Импульсный источник нейтронов

 

Изсбрсине относится и ядерной физике и мохчет найти применение для получения мощных нейтронных импульсов интенсивностью до ,10 н/с И более, Импульсный источник нейтронов содержит два цилиндрических электрода - анод (А) 3 и катод 4. Концевая часть катода 4 выполнена в нидс многозаходной спирали 7, при этом угол захода спирали ot, рад, длина I, м, спи-i рального участка и диаметр d, м, спиралн выбраны из условия 2d5: I5i5« кЮ -d-l t{(, где I - ток импульсного источника тока. А 3 и катод 4 установлены коаксиально. Внутри А 3 размещен газовый (либо Плазменный) клапан 6, служащий для впрыскивания в зазор между А 3 и катодом 4 порции дейтериевого газа, либо плазмы. За счет создания начальной закрутки плазменной оболочки в азимутальном направлении в каждом срабатываний ускорителя получается стабильный вихрь, что приводит к стабилизации выхода нейтронов и соответственно возрастанию среднего КГЩ импульсного источника нейтронов, t з.п. ф-лы, 1 ил. с s (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

f39) (1И (51) 5 Н 05 Н 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ДвторекоМ СаидятельСтВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗО6РЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (46) 30.08.92. Бюл. К 32 (21) 4110141/21 (22) 29,08. 86 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.И.Кирова (72) В.H Быстрицкий, И.H.Ôèêñ и В.Г.Толмачева (53) 621,384.6(088,8) (56) 1.псе J.S, Nentrous and Radioisotopes produced by collective Effect

Acceleration Annals L.Acad.Sci, USA, 1975, N 251, р. 217"230.

I.P.Rager. Progresses on Plasma

Focus Pesearch of; Frascati. Proc. of

10-th Furop. Conf on Contr Fusion

and Plasma, Phys, И., v.2, 198 1, р. 71-75. (54) IL!! iy31bC!!)hi ИСТОЧНИК НЕЙТРОНОВ (57) Иэсбрсние относится к ядерной физике и мо>..ет найти применение для получения мощных нейтронных импульсов

2о интенсивностью до,10 н/с и более.

Импульсный источник нейтронов содержит два цилиндрических электрода— анод (А) 3 и катод 4. Концевая часть катода 4 выполнена в виде многоэаходной спирали 7, при этом угол захода спирали К, рад, длина 1, м, спи- рального участка и диаметр d, и, спиралн выбраны иэ условия 2d 1Ъ 5 «

4 -1

«1G d . 1 tgg, где I — ток импульсного источника тока. А 3 и катод 4 установлены коаксиально. Внутри A 3 размещен газовый (либо плазменный) клапан 6, служащий для впрыскивания в зазор между А 3 и катодом 4 порции дейтериевого газа, либо плазмы. За счет соэдапия начальной закрутки плазменной оболочки в азимутальном д направлении в каждом срабатывании ускорителя получается стабильный вихрь, что приводит к стабилизации выхода нейтронов и соответственно С: возрастанию среднего К!Щ импульсного источника нейтронов. 1 з.п. ф-лы, ил.

1448993

Изобретение относится к ядерной физике и может найти применение для получения мощных нейтронных импуль".

tO сов интенсивностью до 10 н/с и более.

Целью изобретения является увеличение стабильности выхода нейтронов.

На черте=.е схематично изображен импульсныи источник нейтронов. 10

Источник содержит импульсный источник тока, например в виде батареи конденсатора 1, .потенциальный полюсвывод которой через коммутатор 2 со" единен с анодом 3 устройства, функ- 15 дию которого выполняет центральный электрод.. Анод 3 отделен от катода 4 изолятором 5. Внутри анода 3 расположен газовый (либо плазменный) клапан 6, служащий для впрыскивания 20 в зазор между анодом 3 и катодом 4 . порции дейтерневого газа либо плазмы.

Концевая часть катода 4 выполнена в виде многозаходной спирали 7, т.е. системы стержней, установленных под 25 углом e(, к образующей цилиндра. Катод

4 соединен с корпусом 8, который заэеилен. как и второй полюс конденса торной батареи. В боковой стенке анода 3 выполнены отверстия 9 для 3п напуска газа в межэлектродное про1

)странство. Кроме того, на чертеже, обозначены напускаемый гаэ 10, силовая линия В -поля 11, создаваемого ток и 2 раэряда вая линия 13 35

В -поля создаваемого обратным тох ком 14, токовая оболочка 15.

Устройство работает следующим об.разом.

В начальный момент времени источ- а0 ник. тока заряжен. Коммутатор 2 ра" зомкнут, все устройство. откачено до рабочего вакуума, клапан б закрыт.

В необходимый момент времени срйбатывает клапан Ь и впрыскивает через 45 отверстия 9 в область между анодом 3 и катодом 4 расчетную порцию газа D (или цлазмы) 10. Спустя расчетное и контролируемое время задержки, определяемое .скоростью заполнения газом (плазмой) 10 зазора между анодом 3 и катодом 4, срабатывает коммутатор 2 и высокое напряжение поступает на анод 3. 60 аноду начинает протекать ток 1 12, создающий вокруг анода 3 азимутальиое магнитное поле В, 11.

В результате электродинамического взааеодействия поля В, 11 с током 1

12, определяемого силой Лоренца F„

В 1 1п, где 1п - длина токовой. с Г перемычки, где с - скорость света, токовая оболочка начнет перемещаться к торцу устройства, захватывая (сгребая) и этот процесс газ на ее пути и в результате ионизируя его. Двигаясь с ускорением, плазменная оболочка достигает скоростей, имеющих порядок

10 см/с и более, При поступлении

7 на концевой участок, где катод (либо анод, либо и тот и другой) выполнен в виде многозаходной спирали 7, обратный ток 14, стекающий по спирали 7, создает азимутальную составляющую магнитного поля, определяемую из со1 отношения В =-2I/rtg»L 13. Это магнитZ c. ное поле начинает диффундировать в радиальном направлении к оси устройства сквозь плазму со скоростью, определяемой проводимостью плаэмы. Одновременно с этим .наличие радиальной компоненты тока 1 в токовой оболоч ке 15 и аксиального магнитного поля

В вызывает электродинамическое взаи2 модействие, преледяемое силой Лоренца F„ D I„(r„-гд), rcte r - радиус катода; à — радиус анода, приводящее к азимутальному движению токовой оболочки 15.как целого, т.е, к появления у нее начального аэнмутального момента количества движения. Эта начальная закрутка токовой оболочки 15 сохраняется при выносе тока эа торец устройства в связи с тем, что в данной геометрии азимутальный момент количества движения сжимающейся токое вой оболочки 15 P =mar+=A r, где с

Aq" азимутальная компонента векторпотенциала, »> — масса иона; Vq — аэимутальная компонента скорости; е— заряд электрона, является интегралом движения. Одновременно с этим продолжается сжатие токовой оболочки 15 под действием азимуталь»ого поля В .

При этом поле Â в случае высокой проводимости плазмы остается вмороженным в сжимающуюся токо»ую оболочку 15, либо в случае с»ляного турбуЛентиого разогрева (плазма обладает большим сопротивлс»»ем поле быстро днффундирует скво.>ь нее » ве является вмороженным. Таким и )-,»<>м, с уменьшением r (радиуса т<ко» >> < полочки) возрастает у, т.е. и;»>> тся ! <(mV<+eA+r/r) =с<»>). ), » . » ргия

1448993 мента (для плазмы, прозрачной для Мксиального полЯ) trad/Р„ач (г„„ч /гкон )1 где г „ „ — средний радиус электро" дов, т.е. средний начальный радиус гд+г, плазменной оболочки г„„= — ""2---",,кото" рый составляет обычно единицы-десятки сантиметров., г ц „ — радиус плаз" менного фокуса, имеет порядок долйединицы миллиметров, f .« — азимут8$lbная энергия; f ä „ - начальная энергия дейтонов, получаем для „ „ значения = 10 эВ. Эта оценка позволяет определить границы длины спирального участка электрода (внутреннего или внешнего). При движении вдоль этого участка плазменной оболочки со скоростью V, „ 10 см/с оиа должна на т

его длине 1 „приобрести эа счет электродиначического взаимодействия

1„хВ необходимую азимутальную скорос, соответствующую затравочной энергии 10 эВ

V 4 10 см/с ш1 Ч вч с нц «2 Ф цЯЧ

Записываем выражение для V„«

FA 1«1 zVм ° - --ю» - -.1

m; Ч,, е Чзэс где F — сила Лоренца; время движения оболочки вдоль спирали; ш; ." масса ионаt

Y .- токовая скорость в радиаль«» ном направлении, в магнитном пол Ь при радиальном сжатии оболочки перекачивлется в ее азимутальное вращение, т.е. формируется плазменный вихрь. Такое сжатие

c IпIеeр еeкKаeч к о. и I«энергии во вращении про" должаетгя до установления равновесного состояния (N;T +N Т )+В г „„/й

= I /2c, где д N - линейные плот- 10 е ности дейтонлп и электронов в плазменном вихре; Те, Т; - их средние кинетические энергии (т.ес температу» ры); г„ „ - конечный радиус плазменного вихря; I — ток оболочки. Эксперименты показывают, что подобные плазменные конфигурации достаточно устойчивы. В образовавшемся вихре дейтоны с энергией на уровне 100 кэВ производят ядерные реакции с выходом нейронов. В .том случае, если турбул нтность плазмы в фокусе велика и соответственно обладает большим сопротивлением, аксиальное поле, породившее азимутальный плазменный вихрь, не оказывается вмороженным и не сжимается вместе с ним. Тогда

«равновесно". состояние возникает на меньшем радиусе вихря и будет характеризоваться большей азимутальной 30 энергией врашаюшихся дейтонов. Как правило, зто наблюдается на больших уровнях энерговклада. Благодаря начальной закрутке плазменной токонесущей оболочки, обеспечиваемой в аксиальном магнитном поле Ь, - возникающем за счет протекающего по концевой спиральной части катода тока, и дальнейшему сжатию оболочки, сохраняющему азимутальный момент коли- 40 чества движения, происходит перекачка энергии Ilocтупательного движения токонесущей плазменной оболочки во вращательную. Изменением угла наклона стержней многозаходной спира- 4я ли можно в широких пределах менять ° начальное значение V „ „ и тем самым обеспечивать оптимальный режим формирования плазменного вихря в зависи мости от полной совокупности начальных условий знергозапаса батареи, давления (и массы) газа,,геометрии анода и катода и т. .. Выбор длины спирально о участка осуществляется., исходя и.. слелуничих предпосылок. Йри нимая за оптимальное значение.коначной азнмутап ной энергии дейтонов в плазменном вихре " 50 кэВ, учитывая,. что из сохранения канонического мо: !

Учитывая, что В =- 21/rtgaL, где

tg ot,- тангенс угла захода спирали, для достаточно широкого диапазона токов и плотностей плазмы можно принять, что Ч = (10Г -1)Ч„,, получаем следующее вйражение для 1« .

Ч е с гС вел

1 % - - " - — — =(1-10) св . с 2е J.

4м 4 m c

Так как — — (1-3) ° 10; ---- (для с 2е

0 ) «3,4 ° 101 кА, то 1гв

50dtg,аС

-,r (А)

Верхняя граница длины спирального участка электродов может быть определена, исходя из конечной длины спада ак иальйого, магнитного поля на концах соленоида, которая имеет значение порядка д - диаметра электрода.

Отсюда для полной длины спирали можно ввести ограничение 1 „ 2d, таким образом длина спирального участка

1448993 где I — ток импульсного источника тока, A.

2. Источник по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что конечный участок второго электрода также выполнен в виде многозаходной спирали, длина которой соответстнует пляпе спирального участка первого электрода, а угол захода равен по величине и противоположен по знаку углу захода первой спирали.

Составитель Н.Катинова

Техред M.Ходанич Корректор H.Король

Редактор Т.Ловкарева

Заказ 3476".:

Тираж

Подписное

ЬНИИПИ 3 оСударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ О:(:P

113035, Москва, Ж-35, Рауп1ская наб., д. 4/5!

1роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, у:t. Нрое ° тя 1р

vt ла входа спирали связаны следующим неравенств м:

5 ° 1.0 dtав .

2d 1 Х вЂ” — --— сн «I

5 где d — диаметр спирального участка электрода, м;

1 „ — длина спирального участка, м;

I - ток импульсного источника, A. !

За счет оздания начальной закрут-fQ ки Плазменной оболочки в азимутальном направлении в каждом срабатывании ускорителя получается стабильный вихрь, что, в свою очередь, приводит к стабилизации выхода нейтp 1t

U0"80%), осуществлялось случайным и неуправляемым событием, и в результате средний КПД оказывается низким, 25

Формула изобретения

Импульсный источник нейтронов, содержащий герметичный корпус, в котором соосно размещены два коаксиально расположенных цилиндрических электрода, гальванически изолированных один

îт другого, nttttystt оный источник тока, соединенный через коммутатор с центральным электродом, и импульсную систему напуска дейтерневого газа или плазмы, при этом внешний цилиндрический электрод одним торцом укреплен на торцовой стенке корпуса и гальванически соединен с общей шиной, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения стабильности выхода нейтроноя, конечный участок по крайней мер» одного из цилиндрических электродов выполнен в виде многозаходной спирали, при этом угол захода спирали М, рад, длина спирального участка ) „,и и диаметр спирали d, и, выбраны из условия

2d I,.„» 5 10 d I tg ttt,