VBLHEP Scientific and Methodical Seminar #15

Date and Time: Thursday, 28 November 2019, at 11:00 AM

Venue: bld. 215, room 347, Veksler and Baldin Laboratory of High Energy Physics

Seminar topic: «Mathematical and engineering grounds for the implementation of electronically controlled pulsed synthesis generator of neutrons»

Authors: V. V. Radenko, M. V. Dolgopolov, V. B. Svirkov

Speaker: V. V. Radenko

Abstract:

Математический аппарат для описания электронно-управляемого импульсного синтез-генератора нейтронов основан на методе формирования дискретных потоков ионов для формирования в магнитооптической ловушке литиевой или тритиевой мишени с программно заданными параметрами концентрации ионов формируемой мишени и направленного потока протонов с реализацией электронно-управляемого ядерного синтеза. Для этого из линейных потоков ионов Pi, формируемых источником ионов с начальным током I₀, происходит разбиение на потоки I₀₁, I₀₂, …, I_0n, с необходимым периодом следования (T₀₁…T_0n). Дальнейшее группирование ионных потоков позволяет получить потоки высокой плотности. Требуемые значения энергии Ek частиц достигаются заданием определенных параметров ускоряющего напряжения импульсного линейного электростатического ускорителя. Изменение значений ускоряющего напряжения от Umin до Umax позволяет формировать для каждого единичного потока значения от Emin до Emax таким образом, что в магнитооптической ловушке, используя разность хода первого и n-го потока при заданной напряженности магнитного поля, возможно уплотнять поток до достаточных значений для получения синтеза ядер.
Генератор нейтронов состоит из трех секций синтез-генераторов. В первом формируется поток протонов, а во втором поток ионов мишени. Поток ионов в синтез-генераторе состоит из литиевой и дейтериевой компонент. Слой литий-дейтериевой компонент – со средней энергией 200 кэВ. Третья секция формирует верхний плотный слой литиевой или бор плазмы со средней энергией 250 кэВ для экранирования дрейфовых нейтронов.
Направленный поток нейтронов с энергией 12 МэВ генерируется синтез-генератором. Реакция для генерации нейтронов d+⁷Li → 2⁴He+n + 15 МэВ. Экранирование нейтронного потока плотной плазмой за счет реакций:

n + ⁶₃Li → ³₁H + α + 4,78 МэВ
n + ¹⁰₅B → ⁷₃Li + α + 2,79 МэВ

Из потока дейтериевой и тритиевой плазмы, где ядерная реакция происходит при бомбардировке потоком дейтронов плазменной тритиевой мишени:

d+t → ⁴He+n + 17.6 МэВ.

Эта реакция экзотермическая и может протекать при сколь угодно малых энергиях дейтронов. Диапазон полного сечения реакции, в 10²⁴ см², от энергии дейтронов Ed, кэВ, в пределах до 300 кэВ. В сравнении с генерацией нейтронных импульсов с длительностью 1÷100 нс с использованием малогабаритных вакуумных ускорительных трубок, где возможно (DT реакция, 300 кВ), выход нейтронов составляет 2∙10⁷ н/имп. В синтез-генераторе происходит формирование ускоренных пучков ионов лития, дейтерия и трития, а затем формирование плотной ионной или плазменной мишени и плотного набегающего потока, что позволяет формировать импульсы нейтронов от единиц секунд до миллисекунд и от 2∙10¹⁰ н/имп до 2∙10¹⁴ н/имп.
Утилизация части энергии синтеза происходит путем преобразования энергии мощными пролетными СВЧ-приборами – клистронами, работающими на преобразовании кинетической энергии ионов в СВЧ-колебания.

VBLHEP Online