Способ генерации импульсных потоков в моноэнергетических нейтронов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) у Н 05 Н 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

l10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3508323/18-21 (22) 27.09.82 (46) 07.07.86. Бюл. Ф 25 .(71) Объединенный институт ядерных исследований (72) И.В. Кузнецов, Э.А. Перельштейн и Г.Д. Ширков (53) 621.384.647 (088.8) (56) Экспериментальная ядерная физика. Под ред. Э. Сегрэ, М., ИЛ, 1955, т.П, с. 305.

Андреев А.Д. и др. Нейтронный генератор НГ-150 для активационного. анализа. ПТЭ, 1972, Ó 5, с. 262. (54)(57) СПОСОБ .ГЕНЕРАЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ ПОТОКОВ МОНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ НЕИТРОНОВ, включающий ускорение заряженных частиц и возбуждение ядерных реакций под действием этих частиц, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода и уменьшения энергетического разброса нейтро нов, в магнитное поле инжектиру1от электроны и формируют электронное кольцо, затем в электронное кольца ,инжектируют навстречу друг другу нейтральные частицы, а электронноионное кольцо сжимают до достижения наибольшего выхода нейтронов на ко" нечной стадии сжатия электронноионного кольца в магнитном поле.

1092765

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к коллективным ускорителям заряженных частиц электронными кольцами и может быть использовано для получения быстрых моноэнергетических нейтронов.

Известен способ получения нейтронов из бериллия под действием -квантов из естественных радиоактивных излучателей.

Недостатками этого способа явля ются малые интенсивность и энергия нейтронов, а также немоноэнергетичность, Известен способ генерации импульсных потоков моноэнергетических нейтронов, включающий ускорение заряженных частиц, возбуждение ядерных реакций под действием этих частиц.

В частности, ускоряют ионы дейтерия до энергии 150 кэВ и бомбардируют толстую тритиевую мишень. Разброс в величине энергии нейтронов « определяется энергией ускоренных дейтонов.

Недостатком этого способа является большой энергетический разброс ,образующихся нейтронов.

Целью. изобретения является увеличение выхода и уменьшение величины энергетического разброса нейтронов.

Цель достигается тем, что соглаФно способу генерации импульсных потоков моноэнергетических нейтронов, включающему ускорение заряженных частиц и возбуждение ядерных реакций под действием этих частиц, в магнитное поле инжектируют электроны и формируют электронное кольцо, затем в электронное кольцо инжектируют навстречу друг другу нейтральные частицы, а электронно-ионное кольцо сжимают до достижения наибольшего выхода нейтронов на конечной стадии сжатия электронно-ионного кольца в магнитном поле.

Способ осуществляют следующим образом.

Сначала в магнитном поле формируют кольцо релятивистских электронов, а затем в него инжектируют по касательной к кольцу и навстречу друг другу ионы, взаимодействующие в ядерной реакции нуклидов с определенными начальными скоростями.

Сформированное таким образом электронно-ионное кольцо далее сжимают,Н =Н = 1.10

Количество нейтронов в секунду, образованных встречными пучками в возрастающем во времени магнитном поле. Сжатие обеспечивает увеличение плотности ионов в кольце, так как при сжатии уменьшаются поперечные размеры кольца и дополнительное ускорение ионов за счет действия сил

Кориолиса. Достигаемое при этом увеличение скорости ионов прямо пропорционально отношению начального и ко1О нечного радиусов кольца.

В сжатом кольце ионы удерживаются собственным электрическим полем электронов. Задавая определенные значения начальных скоростей ионов

15 и отношение начального и конечного радиусов, можно добиться того, чтобы в сжатом кольце ионы двигались навстречу друг другу с равными по величине импульсами, а их относительная

20 скорость соответствовала бы максималь. ному сечению образования нейтронов в ядерной реакции.

Энергетический разброс нейтронов в этом случае определяется рассеянием ионов друг на цруге и на остаточном газе в камере ускорителя, а также моноэнергетичяостью ускоренных частиц.

Пример. Образование моноэнер30 гетических нейтронов при взаимодействии дейтерия и трития, ускоренных электронными кольцами коллективного ускорителя.

В камере ускорителя при давлении

35 остаточного газа 10 тор в магнитном поле с индукцией В=Э Тл возможно сформировать электронно-ионное кольцо со следующими параметрами

19

Ne 10 — число релятивист40 ских. электронов в кольце;

R=2 см — радиус кольца; а = 0,06 см — радиус малого поперечного сечения

45 электронного кольца; — числа ионов трития и дейтерия в коль8 це;

V=4,10 см/с- относительная скорость встречных ионов, соответству- ющая максимальному сечению 4реакции

55 G=5 10 см.

1092765 трития и дейтерия, можно найти нз выражения NT . Ng. V

11п --- еС

$ 2ВR f.

15

25

35

Предлагаемый способ генерации импульсных потоков моноэнергетических нейтронов может быть использован для проведения исследований в нейтронной физике, а также для практических целей: активационный анализ, нейтронная спектроскопия и т.д.

Техред Л.Олейник

Редактор Л. Письман

Корректор В. Бутяга

Тираж 765

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Заказ 3724/1

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4.где S = и а = 0,01 см .

При указанных параметрах электронно-ионного кольца из выражения (1 ) следует, что И„=1,5. 10 о нейтр/с.

Если время удержания кольца в сжатом состоянии составляет 5 мс при частоте 50 Гц, то. N =4.10 нейтр/с.

9 и

Энергетический разброс нейтронов определяется степенью моноэнергетичности дейтонов и трития, их рассеянием друг на друге и на остаточном газе.

Инжекцию ионов трития и дейтерия возможно осуществить в электронном кольце с параметрами R = 6 см и

a= 0,25 см. По техническим причинам инжекцию надо выполнять в виде нейтральных атомов трития и дейтерия.

Если принять сечение ионизации нейтральных атомов релятивистскими

-1Ф 2 электронами - 2.10 см и время

-з инжекции 10 с, то потребуется поток нейтральных атомов = 6. 10 нейтр/с.

Требуемый поток нейтральных атомов можно получить путем нейтрализа-. ции ускоренных ионов трития и дейтерия на тонкой мишени, при этом по- ток ионов составляет = 0,4 А.

В результате ускорения ионов до заданной начальной скорости при инжекции и нейтрализации ионов на тонкой мишени энергетический разброс инжектированных в кольцо ионов может быть с 1 эВ.

В рассматриваемом примере энергия ионов трития и дейтерия при инжекции равна 4,75 и 7 1 КэВ соответственно.

При сжатии электронно-ионного кольца разброс ионов по энергии увеличивается и составляет 10 эВ.

Средний разброс по энергии ионов трития и дейтерия в конце сжатия кольца 10 эВ. Рассеянием ионов на остаточном газе можно пренебречь (при плотности -4.10 атомов/см ), Взаимное упругое рассеяние ионов за время 5 мс приводит к энергетичес« кому разбросу - 70 эВ. В результате полный поток нейтронов 4.10 нейтр. /с имеет энергетический разброс 80 эВ.

Это означает, что на 1 эВ приходится 5.10 нейтр,/с.эВ.

В прототипе разброс нейтронов по энергии составляет 150 кэВ, а на

1 эВ приходится -5.10 нейтр/с.эВ.

Кроме того; в предлагаемом способе достижимый поток нейтронов . 4 х х 10 нейтр/с при длительности импульса 5.10 с, частоте 50 Гц и при условии, что в каждом кольце содержится 1О ионов дейтерия. Это означает, что выход нейтронов составляет 10 нейтр./с .мкА при энергии Е = 64 кэВ. Для прототипа при

Е = 150 кэВ выход нейтронов составляет -5.10 нейтр./с.мкА.

Таким образом, технические преимущества предлагаемого способа позволяют уменьшить:энергетический разброс в 2.10 раза и увеличить выход э нейтронов на мкА тока дейтронов в

10 раз по сравнению с прототипом. !

Предлагаемый способ позволяет также сформировать в электронном кольце встречные пучки ионов с массовым числом А 10 при условии, что относительная скорость сталкивающихся ионов является вьппе порога образования нейтронов. Кроме того, имеет- ся возможность ускорения сжатого электронно-ионного кольца и достижения тем самым нейтронов высокой энергии.