Мишенный блок нейтронного генератора

Изобретение относится к получению нейтронов, к мишеням для ядерных реакций, а именно к получению интенсивных потоков быстрых монохроматических нейтронов, в частности к нейтронным генераторам. Технический результат - упрощение конструкции, повышение интенсивности пучка нейтронов. На подложке мишени установлена дейтериевая мишень, центр которой смещен по горизонтали относительно оси дейтонного пучка на половину ее радиуса, а вокруг дейтериевой мишени соосно расположена тритиевая мишень, выполненная в виде трех ступенек концентрических колец, ширина которых не менее диаметра выделенного компонента пучка дейтронов, а толщина ступенек убывает от периферии к центру мишени. 1 ил.

 

Изобретение относится к мишеням для ядерных реакций, к получению интенсивных потоков быстрых монохроматических нейтронов, в частности к нейтронным генераторам.

Известен нейтронный генератор с двумя или более мишенями с поверхностными слоями, насыщенными тритием, каждая мишень выполнена в виде пластины, наклоненной к оси системы с возможностью полного облучения ее поверхности дейтронами, и встроена в систему плоских параллельных друг другу слоев материала, содержащего делящееся под действием медленных нейтронов вещество, и чередующихся с ними плоских слоев замедлителя быстрых нейтронов. Патент Российской Федерации №2147383, МПК: G21B 1/02, 2000 г.

Устройство имеет сложную конструкцию, а интенсивность выхода нейтронов увеличена лишь за счет большого количества мишеней.

Известен блок нейтронного генератора с мишенью, содержащей активный слой в виде насыщенного тритием плоского кольца, где r_мин - минимальный радиус активного слоя мишени; R - радиус мишенного блока генератора. Авторское свидетельство СССР №1725649, МПК: G01T 1/29, 2000 г.

Общая конструкция устройства сложна в изготовлении, интенсивность нейтронного пучка не велика.

Известен нейтронный генератор, содержащий ускоритель ионов дейтерия, масс-сепаратор, мишенную камеру, в которой установлена вращающаяся тритиевая мишень с системой охлаждения.

Мишенная камера и магнитный анализатор сложны в конструктивном исполнении. Ток ионов дейтерия на мишени имеет низкую интенсивность. Г.Г.Воронин, А.В.Морозов, С.А.Никифоров и др. «Вопросы атомной науки и техники». Серия: Электрофизическая аппаратура. Выпуск 23. Ленинград, Энергоатомиздат, 1987, с.52-55, с.55-58.

Известен нейтронный генератор, содержащий ускоритель ионов дейтерия, масс-сепаратор, мишенную камеру, в которой установлена тритиевая мишень с системой охлаждения.

Масс-сепаратор предназначен для разделения ионов дейтерия по массам , , , которые бомбардируют тритиевую мишень. А.В.Андреев, И.Я.Барит, О.М.Варич и др. «Атомная энергия», 1989, т.66, вып.2, с.133. Прототип.

Как аналоги, так и прототип обладают общим недостатком - сложное конструктивное исполнение, низкая интенсивность получаемого потока нейтронов.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, возможность получения медленных и быстрых нейтронов, повышение интенсивности пучка нейтронов.

Технический результат достигается тем, что в мишенном блоке нейтронного генератора, содержащем масс-сепаратор и мишенную камеру, в которой установлена на подложке тритиевая мишень с системой вращения и охлаждения, на подложке установлена дейтериевая мишень, центр которой смещен по горизонтали относительно оси дейтонного пучка на половину ее радиуса, вокруг дейтериевой мишени соосно расположена тритиевая мишень, выполненная в виде трех ступенек концентрических колец, ширина которых не менее диаметра выделенного компонента пучка дейтронов , , , а толщина ступенек убывает от периферии к центру мишени и не превосходит 0,95 длины пробега , , в материале ступенек тритиевой мишени.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, на котором схематично представлен разрез в вертикальной плоскости мишенного блока нейтронного генератора, где

1 - трехступенчатая тритиевая мишень; 2 - дейтериевая мишень; 3 - подложка мишени; 4 - система охлаждения; 5 - система вращения мишени; 6 - диафрагма с отверстиями 7 и 8; 9 - масс-сепаратор; 10 - ионопровод нейтронного генератора, 11 - пучок ускоренных ионов дейтерия без масс-сепарации; 12 - пучок ускоренных ионов дейтерия с масс-сепарацией.

Устройство работает следующим образом.

Для получения нейтронов с энергией 2,8-3,2 МэВ масс-сепаратор 9 отключают. Через отверстие 7 диафрагмы 6 на вращаемую и охлаждаемую дейтериевую мишень 2 направляют через ионопровод 10 смешанный пучок , , ускоренных дейтронов 11.

Толщина дейтериевой мишени 2 превышает максимальный пробег дейтронов в материале мишени.

В этом случае поток нейтронов практически не зависит от времени облучения дейтериевой мишени 2 и плотности тока. Так как концентрация дейтерия в дейтериевой мишени 2 остается постоянной за счет «набивки» дейтерия в процессе облучения дейтериевой мишени 2, а предельная концентрация дейтерия в дейтериевой мишени 2 обусловлена коэффициентом растворимости водорода в ее материале.

Для получения нейтронов с энергией 14-15 МэВ включают масс-сепаратор 9, который разделяет ионы дейтерия по массам , , .

Пучок ускоренных ионов дейтерия с масс-сепарацией 12 проходит через отверстие 8 и каждый компонент , , пучка попадает на соответствующие кольца трехступенчатой тритиевой мишени 1.

Трехступенчатая тритиевая мишень 1 в процессе облучения постоянно охлаждается и вращается под действием системы охлаждения 4 и системы вращения мишени 5, что увеличивает ее срок службы.

Для разделения ускоренного пучка дейтронов на компоненты , , режим работы масс-сепаратора 9 выбирают из условия прохождения сепарированного пучка дейтронов через отверстие 8 в диафрагме 6. Для чего регулируют расстояние между центром масс-сепаратора 9 и центром трехступенчатой тритиевой мишени 1.

Толщина каждой ступени (кольца) трехступенчатой тритиевой мишени 1 не превышает 0,95 максимальной длины пробега , , в материале ступенек тритиевой мишени 1 падающего на нее компонента пучка после масс-сепарации 12.

Использование такой толщины ступеней тритиевой мишени 1 позволяет ионам , , пройти соответствующую ступень, замедлиться и остановиться в подложке 3, что уменьшает избыточную концентрацию водорода в тритиевой мишени 1 за счет «вбивания» дейтерия, уменьшая тем самым диффузию трития из тритиевой мишени 1. Интенсивность нейтронного выхода возрастает.

Мишенный блок нейтронного генератора, содержащий масс-сепаратор и мишенную камеру, в которой установлена на подложке тритиевая мишень с системой вращения и охлаждения, отличающийся тем, что на подложке установлена дейтериевая мишень, центр которой смещен по горизонтали относительно оси дейтонного пучка на половину ее радиуса, а вокруг дейтериевой мишени соосно расположена тритиевая мишень, выполненная в виде трех ступенек концентрических колец, ширина которых не менее диаметра выделенного компонента пучка дейтронов, а толщина ступенек убывает от периферии к центру мишени и не превосходит 0,95 длины пробега, , , , в материале ступенек тритиевой мишени.