Импульсный лазерный генератор нейтронов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОЛИ((: АНИЕ 74

ИЗОБРЕТЕНИЯ (6!) Дополнительное к авт.свид-ву (22) Заявлено 180878 (2!) 2671181/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 301180. бюллетень 44

Дата опубликования описания 30,1180 <„з

G 2 1 G 4/02//

Н 01 5 3/11

1осударственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК б21. 384 (088.3) (72) Авторы изобретения

Ю. А. Быковский, К. И. Козловский, Ю. П. Козырев и А. С. Иыбин (71) Заявители

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт (54 ) ИМПУЛЬСНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ГЕНЕРАТОР НЕЙТРОНОВ

Изобретение относится к радиационной технике, а конкретно — к устройствам для генерации нейтронных полей, которые широко используются в различных областях ядерной физики и техники.

Известны лазерные генераторы нейтронов, содержащие вакуумную камеру с лазерной плазмообразующей и нейтронообразующей мишенями, систему ускоряющих электродов„ оптические и электрические вводы, лазер, фокусирующую линзу и источник высоковольтного напряжения fl)и (2). Такие генераторы позволяют получать дОстаточно высокий импульсный выход нейтронов в результате протекания реакций D(d,n) He или Т(d,n) Не при. сравнительно малых габаритах излучателя нейтронов, что обусловлено высо- 26 кими эмиссионными характеристиками густка лазерной плазмы и простотой конструкции плазменного инжектора.

Однако извлечение ионов из плазмы внешним электрическим полем и их 25 последующее ускорение этим полем не позволяют в полной мере использовать дейтоны лазерной пл змы для генерации нейтронов из-за ограничения величины извлекаемого ионного тока, ЗО накладываемого законом Чаилда-Ленгмюра (закон "трех вторых" ) .

Известен также импульсный генератор нейтронов )3), содержащий вакуумную камеру с лазерной и нейтронообразующей мишенями, с оптическим и электрическим вводами, лазер, фокусирующую линзу, источник высоковольтного напряжения и коммутатор с лазерными поджигом ускоряющего. Повышение нейтронного выхода такого генератора за счет более полного использования дейтонов лазерной плазмы может быть достигнуто лишь за счет получения более развитои змиттирулцей границы плазмы и извлечения ионов внешним электрическим полем на расстояниях в несколько раз превышающих радиальный размер нейтронной трубки.

Это приводит к увеличению размеров излучателя нейтронов, уменьшению плотности нейтронного потока, а также к увеличению длительности пакета извлекаемых ионов, что приводит к снижению мгновенной интенсивности нейтронного потока.

Цель изобретения — увеличение нейтронного выхода генератора и уменьшение длительности неитронного импульса.

713374

Поставленная цель достигается тем, что перед фокусирующей линзой расположена оптическая пластинка с конической полостью, соосной лучу лазера, лазерная мишень выполнена в виде ди— электрического кольца, укрепленного изолирующим держателем со стороны поверхности, противоположной облучаемой, на катушке, один конец которой заземлен, а другой через высоковольтный ввод камеры соедикен с формирующей линией, включенной на выходе исòî÷íèêà высоковольтного кaпряжекия, при этом лазерная мишекь, и катушка соосны лучу лазера, а элек— тродами коммутатора являются внешняя заземленная оболочка формирующей линии и ее накопительный электрод.

Устройство поясняется чертежом, на котором показана схема импульсного генератора нейтронов . Он содержит .@ лазер 1, вакуумную камеру 2, формирующую линию 3 с коммутатором и источник высоковольтного напряжения 4.

Между лазером и камерой расположены частично отражащая оптическая плос— копараллельная пластинка 5, оптичес — 2 кая пластинка с конической полостью

6 и фокусирующая линза 7. Металлическая камера 2 имеет оптический ввод 8, высоковольтный электрический ввод 9, а откачка ее осуществляется через патрубок 10. Внутри камеры размещены лазерная диэлектрическая кольцевая мишень 11, крепление которой осущест— вляется изолятором 12, одновитковая катушка 13 и нейтронообразующая ми- 35 шень 14. Через высоковольтный ввод к камере подсоединена формирующая линия 3, например двойная формирующая линия, имеющая цилиндрическую металлическую заземленную оболочку, внутри которои соосно расположены цилиндрические электроды 15 и 16, разделенные изолирующим диэлектриком

17. Зарядка электродов формирующей линии осуществляется источником высоковольтного напряжения 4 через вы- 45 соковольтный ввод 18. Накопительный электрод 16 крепится изолятором 19.

В торцовой части оболочки формирую— щей линии имеются оптический ввод 20 и система электродов 21 коммутатора 50 с лазерным поджигом. Электроды коммутатора разделены диэлектриком 22.

Перед оптическим вводом 20 расположена фокусирующая линза 23, а часть лазерного излучения для поджига ком- д мутатора подводится с помощью системы зеркал 24.

Генератор нейтронов работает следующим образом. Включение лазера 1 приводит к появлению на его выходе Я) импульса излучения с круглым сечением лУча. Прошедший через оптическую пластинку 6 расходящийся луч имеет сече— ние в форме кольца и фокусируется линзой 7 на кольцевую лазерную мишень 6$

11. В результате воздействия излуче— ния на мишень образуе-.ся кольцевой плазменный дейтерийсодержащий стусток

Вместе с тем часть лазерного излучения отклоняется глоскопараллельной плас тинк ой 5, с помощью системы зеркап 24 подводится к ксммутатору и фокусируется линзои 23 на одик из электродов 21, инициируя пробой раз— рядного промежутка. Формирующая линия, заряженная предварительно от высоковольтногс источника 4, -разряжается через одновитковую катушку 13, распо— лсженную в вакуумной камере 2 соосно лазерной мишени 11. Синхронное образование кольцевого плазменного сгустка и разряда формирующей линии через катушку приводит к отталкиванию плаз— менного кольца от катушки и", — çà наличия сильной индуктивной связи IpH протекании токов через ка:,шку и плазменное коль,o. Ускоренное -аким обра— зом на длине порядка диаметра лазерной мишени плазменкое кольцо, содер— жащее дейтоны, бомбардиp)ет нейтронообразующую мишень 14, на которой в результате ядерной реакции Tid,n) He образуется импульсный исток быстрых нейтронов.

Ускорение квазикейтрального плаз— менногс кольца и отсутствие внешкего электрического поля, направленный разлет такого плазменного сгустка дают возможность снять ограничения на величину ускоряемого тока ионов устанавливаемого законом =рех вторых" и использовать практически все дейтоны лазерной плазмы для последующего получения нейтронов, Возможность образования плазменного коль— ца с высокой плотностью (7„10 см ) и

|Ф -Ь высокой электронной температурой (,ь10 эВ) и синхронный разряд формирующей линии с лазерным поджигом позволяют осуществить сильное импульс— ное взаимодействие между током B катушке и наведенном током в плазмен— ном кольце и ускорить этот сгусток до энергии 100 кэВ. Ускорение плазменного кольца начинается практически с момента образования плазмы и происходит на длине порядка диаметра кольца, что позволяет получить короткий по длительности пакет ускоренных дейтонов (107с) .

Простота образования в предлагаемом устройстве кольцевого высокотем— пературного и высокоплотного плазменного сгустка, который может содержать более 10 ионов дейтрин, а

16 также возмбжность ускорения такого количества дейтонов до энергии и 100 кэВ за короткое время позволя— ет реализовать высокоинтенсив HLIH импульсный источник с выходом нейтронов 10 Н/имп и мгновени ->,l интенсивностью 10 Н/с. Рабо-а устройства в частном режиме позволяет l,n>. учить и высокий средний поток : е;.т1о>нов, 713374 на порядок и более превышающий нейтронные потоки известных низкозольтных нейтронных генераторов. Кроме того, малые размеры ускоряющей области {порядка нескольких сантиметров) способствуют созданию малогабаритного нейтронного излучателя с высокой плотностью нейтронного потока, например, в виде малогабаритной отпаянной трубки.

Формула изобретения

Импульсный лазерный генератор нейтронов, содержащий вакуумную камеру с лазерной и нейтронообразующей мишенями, с оптическим и электрическими вводами, лазер, фокусирующую линзу, источник высоковольтного напряжения, коммутатор с лазерным поджигом, отличающийся тем, что, с целью увеличения нейтронного выхода и уменьшения длительности нейтронного импульса, перед фокусирующей линзой расположена оптическая пластинка с конической полостью, силосной лучу лазера, лазерная мишень выполнена в виде диэлектрического кольца, укрепленного изолирукщим держателем со стороны поверхности, противоположной облучаемой, на катушке, один конец которой,заземлен, а другой через высоковольтный ввод камеры соединен с формирующей линией, включенной на выходе источника высоковольтного напряжения, при этом лазерная мишень и катушка соосны лучу лазера, а электродами коммутатора являются внешняя заземленная оболочка формирующей линии и ее накопительный электрод.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции Р 1516920, кл. Н 05 Н 5/00, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

9 545193, кл. Ц 21 d 3/00, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

9 580725, кл. Я 21 Я 4/02, 1977.

НИИПИ Заказ 9232/73 ираж 505 Подписное

Филиал ППП Патент, r,ужгород, ул, Проектная, 4