Способ генерации импульсных потоков в моноэнергетических нейтронов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 09) (И) ц 4 Н 05 Н 5/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рных ельштеи ная физи- ИЛ, 1955,онныйционного.262. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) СПОСОБ .ГЕНЕРАЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ ПОТОКОВ МОНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ НЕИТРОНОВ, включающий ускорение заряженных частиц и возбуждение ядерныхреакций под действием этих частиц,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения выхода и уменьшения энергетического разброса нейтронов, в магнитное поле инжектируютэлектроны и формируют электронноекольцо, затем в электронное кольцаинжектируют навстречу друг другунейтральные частицы, а электронноионное кольцо сжимают до достижениянаибольшего выхода нейтронов на ко"нечной стадии сжатия электронноионного кольца в магнитном поле.Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к коллективным ускорителям заряженных частиц электронными кольцами и можетбыть использовано для получениябыстрых моноэнергетических нейтронов.Известен способ получения нейтронов из бериллия под действием-квантов из естественных радиоактивных излучателей.Недостатками этого способа являются малые интенсивность и энергиянейтронов, а также немоноэнергетичностьИзвестен способ генерации импульсных потоков моноэнергетических нейтронов, включающий ускорение заряженных частиц, возбуждение ядерныхреакций под действием этих частиц.В частности, ускоряют ионы дейтерия до энергии 150 кэВ и бомбардируют толстую тритиевую мишень, Разброс в величине энергии нейтроновопределяется энергией ускоренныхдейтонов,Недостатком этого способа является большой энергетический разброс,образующихся нейтронов.Целью, изобретения является увеличение выхода и уменьшение величиныэнергетического разброса нейтронов.Цель достигается тем, что соглаФно способу генерации импульсных потоков моноэнергетических нейтронов,включающему ускорение заряженныхчастиц и возбуждение ядерных реакцийпод действием этих частиц, в магнитное поле инжектируют электроны иформируют электронное кольцо, затемв электронное кольцо инжектируютнавстречу друг другу нейтральные частицы, а электронно-ионное кольцо сжимают до достижения наибольшего выхо"да нейтронов на конечной стадиисжатия электронно-ионного кольца вмагнитном поле,Способ осуществляют следующим образом.Сначала в магнитном поле Формируют кольцо релятивистских электронов,а затем в него инжектируют по каса"тельной к кольцу и навстречу другдругу ионы, взаимодействующие в ядерной реакции нуклидов с определенныминачальными скоростями. СФормированное таким образом электронно-ионное кольцо далее сжимают,Б =Б = 1.10 Количество нейтронов в секунду,образованных встречными пучками в возрастающем во времени магнитномполе. Сжатие обеспечивает увеличениеплотности ионов в кольце, так какпри сжатии уменьшаются поперечныеразмеры кольца и дополнительное ускорение ионов за счет действия силКориолиса. Достигаемое при этом увеличение скорости ионов прямо пропорционально отношению начального и ко О нечного радиусов кольца.В сжатом кольце ионы удерживаются собственным электрическим полемэлектронов. Задавая определенныезначения начальных скоростей ионов 15 и отношение начального и конечногорадиусов, можно добиться того, чтобыв сжатом кольце ионы двигались навстречу друг другу с равными по величине импульсами, а их относительная 20 скорость соответствовала бы максимальному сечению образования нейтроновв ядерной реакции.Энергетический разброс нейтроновв этом случае определяется рассеяни ем ионов друг на цруге и на остаточном газе в камере ускорителя, атакже моноэнергетичяостью ускоренных частиц.П р и м е р. Образование моноэнер гетических нейтронов при взаимодействии дейтерия и трития, ускоренныхэлектронными кольцами коллективногоускорителя.В камере ускорителя при давлении 35остаточного газа 10 тор в магнитном поле с индукцией В=Э Тл возможно сФормировать электронно-ионноекольцо со следующими параметрами 19Не Ф 10 - число релятивистских. электронов вкольце;К=2 см - радиус кольца;а = 0,06 см - радиус малого поперечного сечения 45электронного кольца;- числа ионов тритияи дейтерия в коль 8це;50 7=4,10 см/с- относительная скорость встречныхионов, соответству-ющая максимальномусечению уеакции 55 0=5.10 см.1092765 трития и дейтерия, можно найти нзвыражения 11 тБес 711 п еСЯ2 юВ 10 15 20 25 30 35 40 Предлагаемый способ генерации импульсных потоков моноэнергетических нейтроновможет быть использован для проведения исследований в нейтронной физике, а также для практических целей: активационный анализ, нейтронная спектроскопия и т.д,45 Техред Л.Олейник Редактор Л. Письман Корректор В. БутягаПодписное Тираж 765 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5;где Я = па = 0,01 смПри указанных параметрах электронно-ионного кольца из выражения(1) следует, что И=1,5.10 щ нейтр/с.Если время удержания кольца всжатом состоянии составляет 5 мспри частоте 50 Гц, то. И =4.10 нейтр/с.9иЭнергетический разброс нейтроновопределяется степенью моноэнергетичности дейтонов и трития, их рассеянием друг на друге и на остаточномгазе,Инжекцию ионов трития и дейтериявозможно осуществить в электронномкольце с параметрами И = 6 см и0= 0,25 см. По техническим причинаминжекцию надо выполнять в виде нейтральных атомов трития и дейтерия,Если принять сечение ионизациинейтральных атомов релятивистскимиг-Оэлектронами - 2.10см и времяинжекции 10 с, то потребуется потокнейтральных 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 дозаданной начальной скорости при инжекции и нейтрализации ионов натонкой мишени энергетический разбросинжектированных в кольцо ионов может быть ( 1 эВ.В рассматриваемом примере энергияионов трития и дейтерия при инжекцииравна 4,75 и 7,1 КэВ соответственно,При сжатии электронно-ионногокольца разброс ионов по энергии увеличивается и составляет 10 эВ.Средний разброс по энергии ионовтрития и дейтерия в конце сжатиякольца10 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 ф 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 л, 4 х х 10 нейтр/с при длительности импульса 5.10 с, частоте 50 Гц и при условии, что в каждом кольце содержится 1 О 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 выходэнейтронов 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.