Накопитель холодных нейтронов

Авторы патента:

G21K1/04 - регулирующих диафрагм, затворов или прерывателей

Владельцы патента RU 2772969:

Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) (RU)

Изобретение относится к накопителю холодных нейтронов. Накопитель нейтронов, испускаемых импульсным источником, имеет два замедлителя нейтронов. Нейтроноводный канал имеет прямоугольное сечение 4 и окружен внешней боковой 5, верхней 10 и нижней 11 зеркально отражающими стенками. Затвор 7 является частью боковой стенки 5. Первый замедлитель комнатной температуры 2 расположен вблизи источника нейтронов 1. Второй замедлитель 8 расположен в вакуумной камере 3 вплотную к затвору 7, обращенная к затвору 7 поверхность имеет вогнутую цилиндрическую форму, повторяющую форму внешней боковой стенки. Второй замедлитель по сравнению с первым имеет более низкую температуру, например, жидкого азота или жидкого гелия. Техническим результатом является повышение плотности холодных нейтронов от импульсного источника в накопителе. 3 ил.

Настоящее изобретение относится к нейтронной физике, в частности, методам повышения плотности нейтронов в заданном объеме.

Увеличение плотности нейтронов важно для повышения статистической точности при исследовании фундаментальных явлений, таких, например, как осцилляции нейтрон-антинейтрон и нейтрон-зеркальный нейтрон.

Известен способ накопления нейтронов в тороидальной магнитной ловушке (В.В. Владимирский, ЖЭТФ, 39, 1062, I960.). В ловушке для удержания нейтронов используется магнитное поле, что не позволяет его использовать при изучении таких явлений как преобразование нейтронов в антинейтрон или зеркальный нейтрон.

Известен магнитный накопитель нейтронов (И.М. Матора, авторское свидетельство 341091, заявлено 20. XI. 1970, опубликовано 05.VI. 1972, Бюллетень №18, G21k 3/00). Накопитель представляет собой кольцевую магнитную ловушку в виде свернутого в кольцо магнитного нейтроновода. В накопителе нейтроны удерживаются магнитным полем, величина которого возрастает у стенок.

Известно устройство (прототип) для накопления от импульсного источника ультрахолодных нейтронов (УХН) в ловушке с материальными стенками (А.В. Антонов, А.И. Исаков, М.В. Казарновский, В.Е. Солодилов, Письма в ЖЭТФ, том 10, стр. 380-385, 1969). Устройство содержит импульсный источник нейтронов, водородсодержащий замедлитель, механический быстродействующий затвор, ловушку УХН. В замедлителе быстрые нейтроны замедляются. Из поверхностного слоя замедлителя испускаются импульсно УХН. В момент импульса открывается затвор ловушки и УХН входят в ловушку. Между импульсами затвор закрыт, что препятствует выходу УХН из ловушки. В результате, УХН накапливаются в ловушке, то есть, плотность УХН с течением времени возрастает.

Технической задачей является повышение плотности холодных нейтронов от импульсного источника в накопителе.

Техническая результат достигается за счет того, что введен второй замедлитель нейтронов, нейтроноводный канал имеет прямоугольное сечение 4 и окружен внешней боковой 5, верхней 10 и нижней 11 зеркально отражающими стенками; затвор 7 является частью боковой стенки 5; первый замедлитель комнатной температуры 2 расположен вблизи источника нейтронов 1, второй замедлитель 8 расположен в вакуумной камере 3 вплотную к затвору 7, обращенная к затвору 7 поверхность имеет вогнутую цилиндрическую форму, повторяющую форму внешней боковой стенки. Второй замедлитель по сравнению с первым имеет более низкую температуру, например, жидкого азота или жидкого гелия.

На рис. 1 показано сечение накопителя горизонтальной плоскостью:

1 - источник нейтронов

2 - первый замедлитель

3 - вакуумная камера

4 - нейтроноводный канал

5 - боковая материальная внешняя стенка нейтроноводного канала

6 - боковая внутренняя граница нейтроноводного канала в вакууме между заполняемым нейтронами объемом и областью без нейтронов

7 - затвор

8 - второй замедлитель

9 - траектория нейтрона в нейтроноводном канале

На рис. 2 показано сечения накопителя вертикальной плоскостью в зоне затвора и второго замедлителя:

3 - вакуумная камера

4 - нейтроноводный канал

7 - затвор

8 - второй замедлитель

10 - верхняя материальная стенка нейтроноводного канала

11 - нижняя материальная стенка нейтроноводного канала

На рис. 3 показано сечение накопителя вертикальной плоскостью вне зоны затвора и второго замедлителя:

3 - вакуумная камера

4 - нейтроноводный канал

5 - боковая материальная внешняя стенка нейтроноводного канала

10 - верхняя материальная стенка нейтроноводного канала

11 - нижняя материальная стенка нейтроноводного канала

Быстрые нейтроны, испускаемые импульсным источником попадают в замедлитель 2. В замедлителе нейтроны замедляются до тепловой энергии. Тепловые нейтроны из замедлителя 2 проникают в вакуумную камеру и попадают во второй замедлитель 8. Замедлитель 8 находится при более низкой температуре, чем замедлитель 2. В результате, в замедлителе 8 образуются уже холодные нейтроны. Холодные нейтроны через открытый в момент импульса затвор попадают в нейтроноводный канал 4. В нейтроноводном канале 4 нейтроны в промежутках времени между импульсами источника распространяются, отражаясь от боковой 5, верхней 10 и нижней 11 стенок. С внутренней стороны нейтроноводного канала материальная стенка не нужна. Здесь в вакууме существует воображаемая граница 6 (показана штрих - пунктирной линией на рисунках), до которой нейтроны доходят при отражении от внешней боковой стенки.

Существенными и отличительными признаками являются нейтроноводный канал прямоугольного сечения и три его окружающие зеркально отражающие нейтроны стенки. Это верхняя, нижняя и внешняя боковая стенки. В горизонтальной плоскости отражение нейтронов происходит только от одной внешней стенки. В вертикальной плоскости отражение происходит от верхней и нижней стенок.

Существенным и отличительным признаком является затвор, который является частью боковой цилиндрической стенки. В момент прохождения импульса нейтронов от источника в нейтроноводный канал затвор открыт.Во время между импульсами нейтронов затвор закрыт и нейтроны не вытекают из нейтроноводного канала и накапливаются в нем с течением времени.

Существенными признаками является наличие двух замедлителей, установленных в разных местах и находящихся при разной температуре. Один замедлитель расположен вблизи источника нейтронов, что обеспечивает большой телесный угол его видимости из источника, а потому, большой поток нейтронов. Этот замедлитель довольно толстый, порядка 50 мм. Замедлитель находится при комнатной температуре. Нейтроны в нем замедляются до тепловой энергии 300 K. При этих энергиях нейтроны не ослабляются значительно при прохождении стенки вакуумной камеры и попадают во второй замедлитель. Второй замедлитель достаточно тонкий (1-3 мм) и находится при низкой температуре, например, жидкого азота или жидкого гелия. Этот замедлитель находится в вакууме вблизи затвора (вблизи боковой стенки). Обращенная к затвору поверхность замедлителя является, как и боковая стенка, цилиндрической, повторяющей форму внешней боковой стенки. Таким образом, источник холодных нейтронов - второй замедлитель, имеет форму отражающей стенки накопителя. В результате, поток с холодного источника эффективно (без потерь) преобразуется в поток отражаемых и накапливаемых нейтронов.

Физическая сущность предложения прежде всего состоит в создании адекватных кольцевому накопителю цилиндрических источника холодных нейтронов, роль которого выполняет размещенный в вакууме вблизи боковой стенки второй замедлитель, и затвор, а также использовании двух замедлителей при различных температурах.

Технический результат состоит в повышении плотности нейтронов до значения, определяемого соотношением для фактора выигрыша плотности η

η=N/N₀=(T_s^-1/[τ_d^-1+(με₁+ε₂τ_shТ_s^-1)τ_с^-1],

где N₀ - плотность нейтронов в накопителе от одного импульса, N - стационарная плотность в накопителе, T_s - период действия источника нейтронов, τ_d≈880 с - постоянная времени распада нейтрона, τ_sh - время открытого состояния затвора, τ_с - время пробега между столкновениями со стенками, μ - вероятность поглощения нейтрона в стенках, ε₁=(S_a-S_sh)/S_a, ε₂=S_sh/S_a, S_sh - площадь поверхности затвора, S_a - площадь поверхности трех стенок накопителя, включая затвор.

Максимальное значение η, достигаемое при τ_d^-1 >> (με₁+ε₂τ_shT_s^-1) и при значении 1/T_s=10 Гц (проектируемый в Дубне новый источник ИБР-3), равно η_макс=8.8×10³. В реальном случае με₁>> ε₂τ_shT_s^-1, ε₁≈0.999, τ_c=0.1 с и μ≈10^-5-10^-4 получим для фактора увеличения плотности значение в диапазоне (4.8-8.3)×10³.

Накопитель холодных нейтронов от импульсного источника, включающий кольцевой нейтроноводный канал в вакуумной камере, затвор и замедлитель нейтронов, отличающийся тем, что введен второй замедлитель нейтронов; нейтроноводный канал имеет прямоугольное сечение и окружен внешней боковой, верхней и нижней зеркально отражающими стенками; затвор является частью боковой стенки; первый замедлитель комнатной температуры расположен вблизи источника нейтронов; второй замедлитель расположен в вакуумной камере вплотную к затвору, его обращенная к затвору поверхность имеет вогнутую цилиндрическую форму, повторяющую форму внешней боковой стенки; второй замедлитель по сравнению с первым имеет более низкую температуру, например, жидкого азота или жидкого гелия.

Изобретение относится к ядерной физике, а именно к получению нейтронного пучка с помощью прерывателя. Механический фильтр нейтронного пучка с временной фокусировкой представляет собой заготовку в форме цилиндра с возможностью вращения вокруг своей оси, к внешним стенкам которого прикреплены тонкие пластины из поглощающего нейтроны материала, при этом отдельные каналы, сформированные пластинами из поглощающего нейтроны материала, линейно расширяются вдоль оси цилиндра по направлению пучка под некоторым углом к оси цилиндра, и на области поверхности цилиндра, где отсутствуют каналы, добавлен слой из поглощающего нейтроны материала с толщиной больше или равной высоте каналов.

Механический фильтр нейтронного пучка с временной фокусировкой // 2745587

Лазерный рентгеновский излучатель // 2707174

Лазерный рентгеновский излучатель относится к радиационной физике, а именно к области лазерных рентгеновских излучателей, и может быть использован в научных исследованиях в физике, химии, биологии, применен в различных областях промышленности и медицины. Лазерный рентгеновский излучатель содержит источник напряжения, модулирующий лазер, установленный с возможностью облучения эмиттера, размещенного в вакуумированном корпусе, лазер отражаемого излучения, отклоняющий магнит, приемник выходного рентгеновского излучения, поглотитель.

Прерыватель атомного пучка // 2701462

Предлагаемое изобретение относится к области квантовой электроники, устройствам для получения управляемого прерывания атомного пучка с регулировкой его интенсивности, и может быть использовано в атомно-лучевых стандартах частоты с пучками, например, стронция, рубидия или цезия. Изобретение представляет собой прерыватель атомного пучка, содержащий вращающуюся заслонку, один конец которой соединен с двигателем для определения положения заслонки, отличающийся тем, что заслонка, выполнена в виде двух параллельных лопастей, к которой через вакуумный ввод присоединено вакуумное крепление с диафрагмой для ввода атомного пучка, с другой стороны вакуумный ввод соединен с шаговым двигателем с датчиком положения и цифровой обратной связью.

Прерыватель атомного пучка // 2701462

Поворот детектора, управляемый коллимацией рентгеновского излучения // 2701123

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам получения рентгеновских изображений. Конструкция детектора рентгеновского излучения содержит блок детектора рентгеновского излучения и блок поворота, причем блок детектора рентгеновского излучения содержит детектор рентгеновского излучения с множеством обнаруживающих рентгеновское излучение элементов, выполненных в виде поверхности детектора, блок поворота выполнен с возможностью поворота детектора рентгеновского излучения вокруг оси, перпендикулярной поверхности детектора по меньшей мере в точке пересечения с поверхностью детектора, после приема сигнала поворота по отношению к блоку детектора рентгеновского излучения, при этом сигнал поворота управляется в зависимости от конфигурации коллиматора конструкции источника рентгеновского излучения для выдачи рентгеновского излучения к блоку детектора рентгеновского излучения с возможностью сохранения по меньшей мере параметров конфигурации коллиматора вместе с рабочими параметрами конструкции детектора рентгеновского излучения.

Получение фазы для систем сканирования с дифференциальным фазовым контрастом // 2677763

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам для фазоконтрастной радиографии. Фазоконтрастная радиографическая система (MA) сканирующего типа, содержит основание (PD), раму (AR), подвижную относительно основания, узел интерферометра в креплении (GM) в раме или на раме, включающий в себя одну или более решеток (G0, G1, G2), источник (XR) рентгеновского излучения, детектор (D), смонтированный в раме или на раме, подвижный при сканирующем движении для приема излучения после взаимодействия излучения с решетками интерферометра для создания картины интенсивности дрейфующего муара, обнаруживаемой детектором на протяжении последовательности считываний во время использования устройства, элемент (RGD) жесткости, выполненный с возможностью приложения силы к раме и/или к креплению интерферометра для изменения жесткости рамы и/или крепления (GM) интерферометра перед или во время упомянутого сканирующего движения таким образом, чтобы передавать относительное движение между этими по меньшей мере двумя решетками, таким образом обеспечивая возможность изменения локальной фазы интерференционной полосы упомянутой муаровой картины.

Система уменьшения интенсивности рентгеновского излучения // 2660944

Изобретение относится к рентгеновской системе. Система содержит источник рентгеновского излучения, детектор, имеющий входную зону, монитор, выполненный с возможностью воспроизведения зафиксированных изображений, средства для определения местоположения области исследования на указанном отображаемом изображении и коллиматор, содержащий средства для проецирования указанной области исследования на выбранную часть указанной входной зоны, облучаемой указанным источником рентгеновского излучения.

Фильтрация мультифокального рентгеновского излучения // 2615151

Изобретение относится к средствам фильтрации рентгеновского излучения. Для генерации многоэнергетического рентгеновского излучения разработана рентгеновская трубка (10) для генерации многоэнергетического рентгеновского излучения, содержащая анод (12) и фильтрующий блок (14).

Коллиматорное устройство и способ // 2591761

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам для сканирования с использованием множества рентгеновских пучков. Рентгеновское устройство содержит источник, детектор и первый коллиматор, имеющий первое рабочее положение, и второй коллиматор, имеющий второе рабочее положение, при этом рентгеновское устройство дополнительно содержит позиционный датчик и средство для переключения на один из коллиматоров в зависимости от значения из позиционного датчика.

Герметизированный источник нейтронов // 2761862

Изобретение относится к герметизированному источнику нейтронов, который содержит металлокерамические проволочные источники, такие как проволоки с калифорнием-252/палладием. Герметизированный источник нейтронов включает первую капсульную конструкцию, включающую в себя блочную конструкцию.