Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения нейтронов, включающий бомбардировку тритиевой мишени ионами дейтерия, отличающийся тем, что тритиевую мишень дополнительно бомбардируют ионами более тяжелых газов, чем дейтерий.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что бомбардировку мишени ионами бог лее тяжелого газа производят одновременно с бомбардировкой ионами дейтерия.

3. Способ по п. 1,отличающийся тем, что бомбардировку мишени ионами более тяжелого газа проводят периодически а промежутках между бомбардировкой ионами дейтерия.

4. Способ по п. 1,отличающийся тем, что для дополнительной бомбардировки в качестве ионов более тяжелого газа используют ионы Аr, Кr и Хе.

Текст

Изобретение относится к области нейтронной физики, в частности к способу получения нейтронов с энергией 14 МэВ, образуемых в результате реакции Τ (d, n)4 He и может быть использовано в ядернофизических исследованиях, нейтронно-активационном и радиационном анализе. Известен способ стабилизации потока нейтронов, использующий сепарацию ионов дейтерия [1] перед нейтронообразующей мишенью, уменьшающий процесс разбавления ионами Д2+ и Д3+ участка мишени генерирующего нейтроны с энергией 14 Мэв. К недостатку этого способа следует отнести невысокую стабильность пучка облучающих мишень ионов, наличие магнита, позволяющего создать вращающееся магнитное поле, направленное перпендикулярно оси пучка, что очень усложняет конструкцию и не решает проблему стабилизации выхода нейтронов. Наиболее близким техническим решением - прототипом является работа [2], в которой описан способ стабилизации потока нейтронов в откачном нейтронном генераторе, включающий облучение мишени смешанным пучком ускоренных ионов дейтерия и трития, реализованный на устройстве, состоящем из ионного источника, находящегося под высоким потенциалом, ускорительной трубки, мишени, вакуумного насоса и емкости наполненной смесью дейтерия и трития. Ионный источник работает на смеси дейтерия и трития. За счет постоянного пополнения мишени поток нейтронов стабилизируется. К недостаткам прототипа следует отнести то, что работа на смешанных пучках снижает выход нейтронов с энергией 14 МэВ за счет протекания реакций типа Т-Т, Д-Д, кроме того, не обеспечивается надежная радиационная безопасность работы генератора нейтронов в случае разгерметизации вакуумной системы и выброса в помещении радиактивного трития, а также имплантации трития во внутреннюю часть электродов ускорительной трубки и ионопровода. Задачей данного изобретения является увеличение выхода (Д-Т) нейтронов за счет исключения вклада генерации нейтронов из (Т-Т) реакции и значительного уменьшения вклада нейтронов из (Д~Д) реакции; увеличение ресурса работы мишени; увеличение радиационной безопасности работы откачиваемого нейтронного генератора. Технический эффект достигается тем, что нейтроннообразующую мишень бомбардируют не только ионами дейтерия, но и ионами тяжелых газов; например аргона, криптона, ксенона. Бомбардировка ионами тяжелого газа производится либо одновременно с ионами дейтерия, либо периодически в промежутках между бомбардировкой ионами дейтерия. При бомбардировке тритиевой мишени ионами дейтерия (в основном это Д1+ и Д2*) выход нейтронов в результате реакции Τ (d, n)4 НЕ со временем падает. Это происходит вследствие вымывания или замещения трития имплантируемыми ионами Д1+ и Д2+ в конце их пробега в мишени. Область вымывания приблизительно равна страгглингу пробега ионов дейтерия и практически неподвижна относительно поверхности мишени (для легких ионов с энергией в области нескольких сотен кэВ коэффициент распыления намного меньше единицы, например, коэффициент распыления титана дейтронами с энергией 200 кэВ составляет ~1,5 10-2), Учитывая, что пробег ионов Д2+ примерно в 2 раза меньше, чем Д2+ вымывание трития ионами Дг+ происходит в области, где Д1+ теряют половину своей энергией, т.е. при энергии пучка 200 кэВ вымывания происходит на глубине, где энергия Д2+ составляет 100 кэВ. Т.к. максимум сечения реакции Τ (d, n)4 Не лежит как раз в области ~100 кэВ то ясно, что выход нейтронов со временем будет падать. Под действием бомбардировки поверхности мишени ионами тяжелых газов с большим коэффициентом распыления (S > 1) в результате распыления поверхностного слоя ионы Д2* будут заканчивать свой пробег все время на новых участках и вымывания или замещения дейтерия в области максимального сечения реакции происходить не будет, т.е. выход нейтронов застабилизируется и по абсолютной величине будет выход нейтронов по способу, описанному о прототипе, т.к. не будет вклада реакций Т-Т и Д-Д. Ионы тяжелого газа, кроме распыления, будут также внедряться в мишень, но так как одновременно с этим будет происходить их распыление ионами пучка этих же газов, то β конце концов наступит динамическое равновесие между этими процессами. Распыление поверхности мишени ионами тяжелых газов может происходить и периодически после бомбардировки мишени ускоренными дейтронами в зависимости от требований к генератору нейтронов по выходу и стабильности. Технический результат по данному изобретению состоит в том, что при введении дополнительной операции - распыления мишени ускоренными ионами тяжелого газа, в 2-3 раза увеличивается выход Д-Т нейтронов, за счет исключения вклада нейтронов по Т-Т реакции и значительного уменьшения вклада нейтронов из Д-Д реакции, в 5-7 раз увеличивается ресурс работы мишени, а также повышается радиационная безопасность работы откачиваемого нейтронного генератора, т.к. в ионном источнике отсутствует газообразный тритий, который при работе насосов неизбежно нужно было бы выбрасывать в атмосферу, а внутри вакуумного объема загрязнял элементы его конструкции, что затрудняет вести профилактический ремонт и смену узлов. В виду того, что эта операция является новой и именно она обеспечивает достижение положительного эффекта решения поставленных задач, то этот признак является существенным отличительным признаком. В связи с вышеизложенным данное изобретение удовлетворяет критерию "существенные отличия". В качестве примера рассмотрим работу откачного генератора нейтронов с ионным источником типа дуаплазматрон. Дейтроны ускоряются до энергии 200 кэВ и бомбардируют эрбиевую мишень насыщенную тритием Æ45 мм, толщиной 10 мкм. Тяжелый газ может поступать в основной источник ионов дейтерия, находящийся под высоким потенциалом, или в дополнительный источник ионов, находящийся под потенциалом кондуктора, или при пониженном потенциале. Ток ускоренных ионов дейтерия составлял ~1,5 МА, а плотность тока при условии равномерного облучения мишени Æ 45мм Jd - 0,1 МА/см2. Ток ускоренных ионов аргона составлял ~100 мкА, т.е. < 10% от тока дейтронов, а плотность тока }аг «=6,6 мкА/см2. Коэффициент распыления эрбия ионами с энергией 200 кэВ согласно составлял SAr = 2. Пробег молекулярных ионов дейтерия Д2+ с энергией 200 кэВ согласно составляет ~0,5 мкм, а разброс пробега (страгглинга) составляет не более 2% т.е. ~0,01 мкм. Рассчитаем теперь скорость распыления поверхности эрбиевой мишени. При плотности тока j [ион/(см2 с)1 за время Dt с площади поверхности а [см2] будет выбито D N = s ja D t атомов, которые при концентрации атомов эрбия По [см-3] занимают объем где DΙ - толщина распыленного слоя. Отсюда получаем выражение для скорости распыления: где n0 – ΝA · r /Α, ΝA - число Авогадро, r -плотность и А - атомная масса распыляемого материала. Подставим приведенные величины в (1) и получим V « 7,2 10-9 Для эрбия см/с, а за 1 ч работы распылится слой DΙ ~ 0,26 мкм. Так как обычно время для стабильной работы тритиевой мишени не превышает нескольких часов, то как видно из приведенных выше оценок пробег молекулярных ионов дейтерия из-за распыления поверхности будет постоянно смещаться вглубь мишени причем скорость перемещения даже при концентрации аргона ~ 10% достаточна, несмотря на разброс пробега, для чего чтобы Д2+ не накапливались в одном месте, а попадали каждый раз на свежие участки мишени. Толщина мишени достаточна, чтобы она проработала несколько десятков часов. Режимы проведения операции распыления мишени определяются энергией и током ускоренных ионов тяжелого газа. В каждом конкретном случае они определяются величиной ускоряющего напряжения ускорителя дейтронов и его мощности, т.к. в простейшем случае ионы тяжелого газа ускоряются до той же энергии, что и дейтроны. Что касается величины тока ускоряемых ионов тяжелого газа, то они также будут зависеть от устройства и мощности ускорителя, а также задаваться конкретными условиями поставленной задачи, которая определяет режимы работы нейтронного генератора. Но очевидно, что изменение тока и энергии пучка ускоренных ионов тяжелого газа по отношению к аналогичным характеристикам пучка дейтронов, не влияют на сущность изобретения. Бомбардировку мишени ионами можно производить и периодически. Для этого используют дополнительный ионный источник, предназначенный для образования ионов аргона. Такой способ особенно эффективен при работе нейтронного генератора в импульсном режиме. В этом случае распыление поверхности мишени производится в промежутках между нейтронными импульсами.

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Neutron method

Автори англійською

Prymenko Hryhorii Ivanovych, Kolomiiets Mykola Fedorovych, Hulko Viacheslav Mykhailovych, Rovenskykh Pavlo Anatoliiovych, Shykanov Oleksandr Yenheniiovych

Назва патенту російською

Способ получения нейтронов

Автори російською

Применко Григорий Иванович, Коломеец Николай Федорович, Гулько Вячеслав Михайлович, Ровенских Павел Анатольевич, Шиканов Александр Евгеньевич

МПК / Мітки

МПК: G21G 4/00

Мітки: одержання, спосіб, нейтронів

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/2-19707-sposib-oderzhannya-nejjtroniv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб одержання нейтронів</a>

Подібні патенти