Лазерный генератор нейтронов

 

I.

ОПИСАН --И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ (1 1) 545I 93

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.09.75 (21) 2171216/18-25 с присоединением заявки _#_ (23) Приоритет (51) М. К .

G 21D 3/00

G 01V 5/00

Государствеииый комитет (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень Хо 16 (53) УДК 533.9.07 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (72) Авторы изобретения О. Б. Ананьин, Д. Ф. Беспалов, Ю. А. Быковский, 1О. П. Козырев, A. 3. Минц, Е. В. Рябов, А. С. Цыбин, НЗ. В. Черкасов и А. Е. Шиканов (71) Заявители

Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геофизики и геохимии и Московский ордена Трудового Красного

Знамени инженерно-физический институт (54) ЛАЗЕРНЫЙ ГЕНЕРАТОР НЕЙТРОНОВ

Изобретение относится к устройствам для получения интенсивных нейтронных потоков и может быть использовано в ядерной геофизике для проведения импульсного нейтронного каротажа скважин, в иссле- 5 дованиях критических характеристик ядерных реакторов, для активационного анализа, радиационной терапии, дефектоскопии и т. д.

Известны малогабаритные ядерно-геофи- Io зические нейтронные генераторы с выходом на уровне 10 — 10 н/с, представляющие собой вакуумную камеру, внутри которой размещены источники дейтронов, ионно-оптическая система и тритиевая мишень. 15

Нейтроны образуются при соударенип ускоренных дейтронов с твердой мишенью, содержащей изотоп водорода в окклюдированном состоянии. Ускоряемые дейтроны вытягиваются из ионного источника, где они образуются при «пеппинговском», дуговом или высокочастотном разряде. Повышенный нейтронный выход достигается за счет высокого ускоряющего напряжения (несколько сотен кВ) и больших габаритов ионного источника, при которых реализуется необходимый дейтронный ток.

Известен импульсный генератор нейтронов, содержащий цилиндрическую вакуумную оболочку с тритневой мишенью, лазерный ионный источник с дейтериевой мишенью и импульсный источник напряжения.

Повышенный выход нейтронов в этом генераторе достигается за счет помещения плоской дейтериевой мишени внутри сетчатого цилиндрического электрода, при этом излучение лазера вводится по оси цилиндра. Вытягивание и последующее ускорение дейтронов осуществляется с боковой поверхности плазменного сгустка (коакспальный вариант), ионная мишень при этом расположена на боковой поверхности цилиндрической оболочки генератора.

К недостаткам описанной конструкции следует отнести малый коэффициент использования дейтронной компоненты лазерной плазмы пз-за потерь дейтронов в торцовой области со стороны ввода излучения и большую вероятность возникновения пробоев для области ускорения, куда может проникать часть плазменного сгустка, соответствующего частицам, разлетающимся под малыми углами к поверхности плазмообразующей мишени.

Цель изобретения — увеличение нейтрон545193

55 ного выхода путем уменьшения угла разлета плазмы.

Цель достигается тем, что рабочая поверхность мишени источника ионов выполнена в виде конической полости, установленной напротив лазера, а формирующий сетчатый электрод имеет форму цилиндра со сферическим торцом и подобен по форме экранирующему электроду и нейтронной мишени.

Такая геометрия мишени позволит осуществить эффект кумуляции при столкновении двух плазменных сгустков, что приведет к узконаправленному разлету лазерной плазмы, а также к увеличению степени ионизации в ней из-за преобразования части кинетической энергии разлета сгустков в энергию нагрева плазмы.

Боковой подвод излучения лазера позволит увеличить площадь ионнои мишени благодаря использованию торцовой области генератора, что приведет к более полному использованию дейтериевой компоненты лазерной плазмы в соответствии с ее угловым распределением. Этот факт, а также увеличение степени ионизации приведет к существенному увеличению тока дейтронов на ионную мишень, а следовательно, и к увеличению нейтронного выхода. Кроме того, узконаправленный разлет плазмы устраняет влияние краевых эффектов, приводящих к возникновению пробоев в камере, а значит увеличивается стабильность работы генератора.

На чертеже схематически изображен предлагаемый генератор, Предлагаемый генератор содержит герметическую оболочку, состоящую из стеклянной 1 и металлической 2 частей, которая служит одновременно подложкой ионной мишени 3, насыщенной изотопом водорода. В оболочку симметрично впаяны две линзы 4. Внутри оболочки размещена лазерная плазмообразующая мишень 5 ионного источника, а на ней закреплен сетчатый формирующий электрод 6, находящийся под потенциалом мишени. Перед мишенью 3 на специальных изоляторах 7 закреплен экранирующий электрод 8. Частотный лазер 9, делитель 10 излучения, плоские зеркала 11 и источник 12 высокого напряжения размещены вне герметической вакуумной оболочки генератора. Для подвода к мишени 3 и электродам б и 8 напряжения от источника 12 в оболочку 1 вмонтирован ввод 13, а в оболочку 2— ввод 14.

Для поддержания необходимого для работы прибора вакуума внутри оболочки размещена секция газопоглотителей 15.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 9 с помощью оптическои системы 4, 10, 11 фокусируется на коническую поверхность мишени 5, образуя сталкивающиеся при разлете плазменные сгустки. Кумулятивныи эффект взаимодействия сталкивающихся плазменных сгусткоь приводит к узконаправленному разлету результирующего сгустка, радиальная и осевая составляющие скорости которого меньше аналогичных скоростей, характерных для одного сгустка, разлетающегося от плоской поверхности. Под действием высокого напряжения, приложенного между электродом Ь и мишенью 3, происходит выталкивание дейтронов из сгустков и последующее их ускорение к мишени 3, где в результате ядерной реакции создается поток оыстрых нейтронов. Электрод 8 служит для подавления обратного тока вторичных электронов с мишени 3. Оболочка 2 в процессе работы генератора заземлена, а электроды б, 8 находятся соответственно под положительным и отрицательным потенциалами.

Использование предлагаемого генератора позволит существенно увеличить выход неитронов по сравнению с генераторами, используемыми для целей ядернои геофизики и активационного анализа. Предлагаемая конструкция позволит также повысить стабильность и надежность работы генератора, что в совокупности с повышенным нейтронным выходом даст значительный экономический эффект.

Формула изобретен ия

Лазерный генератор нейтронов, содержащий вакуумную оболочку, ионный источник, сетчатые формирующий и экранирующий электроды, мишень, нейтронную мишень, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода нейтронов путем уменьшения угла разлета плазмы, рабочая поверхность мишени источника ионов выполнена в виде конической плоскости, установленной напротив лазера, а формирующий сетчатый электрод имеет форму цилиндра со сферическим торцом и подобен по форме экранирующему электроду и нейтронной мишени.

545193

Составитель А. Лобанов

Редактор Е. Месропова

Техред В. Серякова Корректор В. Петрова

Заказ 761/2 Изд. № 300 Тираж 522 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по детям изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4,"5

Типография, пр, Сапунова, 2