Импульсный источник нейтронов

 

ИМПУЛЬСНЫЙ -ИСТОЧНИК НЕЙТРОНОВ , содержащий вакуумную камеру, внутри которой размещены катод и анод ускоряющей системы с лазерной и нейтронообразующей мишенями, лазер, расположенный вне вакуумной камеры напротив входного оптического окна. на трассе луча которого располагается лазерная мишень, источник высоковольтных ускоряющих импульсов, выходы которого подсоединены к электродам ускоряющей системы, и устройство синхронизации лазерного и ускоряющего напряжений, включенное между лазером и источником ускоряющих импульсов , отличающийся тем, что, с целью увеличения энергии и интенсивности нейтронообра:зунмцего потока ионов, лазерная мишень размещена на катоде ускоряющей системы, а анод вьшолнен в виде цилиндрической трубки,на внутренней поверхности которой размещена сплошная нейтронообразующая мишень, имеющая форму по (Л лого цилиндра с боковыми стенками из диэлектрика и задним торцом из металла, при этом на переднем торце имеется диафрагма. ас О5 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„, 865110 (58 4 Н 05. Н 3 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

@»»-;„., »

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2923799/18-21 (22) 08.05.80 (46) 23.10.87 ° Бюл. 11» 39 (71) Московский. инженерно-физический институт (72) Ю.А.Быковский, Д.Ф.Беспалов, К.И.Козловский, A.Ñ.Öûáèí и А.Е.Шиканов (53) 621.384.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 511752, кл. Н Ol J 3/04, 1975.

Авторское свидетельство СССР

В 545193, кл. G 21 D 3/00, 1976. (54)(57) ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК НЕИТРОНОБ, содержащий вакуумную камеру, внутри которой размещены катод и анод ускоряющей системы с лазерной и нейтронообразующей мишенями, лазер, - расположенный вне вакуумной камеры напротив входного оптического окна, на трассе луча которого располагается лазерная мишень, источник высоковольтных ускоряющих импульсов, выходы которого подсоединены к электродам ускоряющей системы, и устройство синхронизации лазерного и ускоряющего напряжений, включенное между лазером и источником ускоряющих импульсов, отличающийся тем, что, с целью увеличения энергии и интенсивности кейтронообразующего потока ионов, лазерная мишень размещена на катоде ускоряющей системы, . а анод выполнен в виде цилиндрической трубки,на внутренней поверхности которой размещена сплошная нейтроноS образующая мишень, имеющая форму полого цилиндра с боковыми стенками из диэлектрика и задним торцом из металла, при этом на переднем торце имеется диафрагма °

М

I В

865110

Изобретение относится к ускорительной и радиационной технике, в частности, к устройствам для генерации импульсных нейтронных полей шиЭ 5 роко применяемых в ядерно-физических исследованиях и в народном хозяйстве.

Известен импульсный источник нейтронов, содержащий ускоряющую систему, лазер, лазерную и нейтронообра- 1р зующую мяйени, в котором инжекция ионов в ускоряющую систему осуществляется из плазмы, образованной при взаимодействии лазерного излучения с веществом лазерной мишени. Эффек- 15 тивное преобразование энергии лазерного излучения в образование плазменного сгустка в, таких устройствах позволяет получать высокую концентрацию и высокую степень ионизации ионов в 2р плазме при обеспечении высокого

6 (1О имп.) ресурса работы.

Наиболее близким техническим решением является импульсный лазерный генератор нейтронов, содержащий вакуумную оболочку с электродной системой, лазерной и нейтронообразующей мишенями, оптическими и электрическими вводами, лазер, фокусирующую линзу, источник высоковольтных ускоряющих . импульсов.

Нейтронный поток в таком генераторе образуется в результате бомбар35 дировки ускоренными ионами нейтронообразующей мишени, размещенной на катоде электродной системы. Ионы извлекаются из лазерной плазмы и ускоряются высоковольтным импульсом от 4р источника ускоряющего напряжения. Однако такая ускоряющая система не позволяет в полной мере использовать ионы лазерной плазмы для генерации нейтронов из-за ограничения величины извлекаемого ионного тока, накладываемого законом Чайлда-Ленгмюра (закон "трех вторых").

Увеличение нейтронного выхода такого источника за счет повышения амп- 5р литуды ускоряющего напряжения и увеличения мощности лазера может быть достигнуто только при более развитой эмиттирующей поверхности плазмы, что приведет к увеличению размеров излу55 чателя нейтронов, уменьшению плотности нейтронного потока и снижению эффективности работы устройства в целом.

Целью изобретения является увеличение энергии и интенсивности нейтронообразующего потоков ионов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном импульсном источнике нейтронов, содержащем вакуумную каме- ру, внутри которой размещены катод и . анод ускоряющей системы с лазерной и нейтронообразующей мишенями, лазер, расположенный вне вакуумной камеры напротив входного оптического окна, на трассе луча которого располагается лазерная мишень, источник высоковольтных ускоряющих импульсов, выходы которого подсоединены к электродам ускоряющей системы, и устройство синхронизации лазерного и ускоряющего напряжений, включенное между лазером и.источником ускоряющих импульсов, лазерная мишень размещена на катоде ускоряющей системы, а анод выполнен в виде цилиндрической трубки, на внутренней поверхности которой размещена сплошная нейтронообразующая мишень, имеющая форму полого цилиндра с боковыми стенками из диэлектрика и задним торцом .из металла, при этом на переднем торце трубки имеется диафрагма. . Сущность конструкции импульсного источника нейтронов поясняется чертежом, на котором показана схема устройства. Источник состоит из вакуумной камеры 1, лазера 2, источника 3 высоковольтных импульсов и блока 4 синхронизации высоковольтного и лазерного импульсов. Камера содержит электрический высоковольтный ввод 5 и оптический ввод 6. Внутри камеры размещены катод 7 с лазерной мишенью 8, а анодом 9 является цилиндрическая часть камеры с диафрагмой 10 на переднем торце, обращенном к катоду. На внутренней цилиндрической части анода размещена сплошная диэлектрическая нейтронообразующая мишень 11, а на заднем торце анода— металлическая нейтронообразующая мишень 12. На трассе лазерного луча пе,ред камерой расположена фокусирующая линза 13.

Импульсный источник нейтронов работает следующим образом.

Импульс излучения лазера 2, проходя через линзу 13 и оптический ввод

6, Фокусируется на лазерную мишень

8, в результате чего в межэлектродном зазоре образуется сгусток высоко865110 ионизировайной плазмы. Вместе с тем, посредством блока 4 — синхронизации на катод электродной системы от источника 3 высоковольтных импульсов подается высоковольтный импульс, вызывающий образование электронного потока из лазерной плазмы к аноду 9.

Попадая во внутреннюю дрейфовую полость анода 9, электронный поток запирается и в области запирания образуется потенциальная яма. Отрицательный объемный заряд постепенно компенсируется ионами лазерной плазмы, условия запирания нарушаются и яма приходит в движение, увлекая за собой ионы и ускоряя их. Наряду с описанным .процессом. ускорения в диэлектрических дрейфовых трубках имеет место и ускорение ионов при разрушении потенциальной ямы в результате взаимодействия электродов с анодной плазмой, образуемой на поверхности диэлектрика.

Это ускорение происходит как в аксиальном, так и в радиальном направле- 25 ниях. Ускоренные ионы лазерной плазмы, бомбардируя диэлектрическую мишень на внутренней поверхности цилиндрической дрейфовой трубки и металлическую мишень на торце ее, вызывают Зп протекание ядерной реакции, например, Т(d, n)Н е с испусканием нейтронов.

Размещение на заднем торце трубки ме-. таллической мишени препятствует образованию объемного заряда, который уменьшает эффективную энергию ускорения ионов, а значит и выход нейтронов.

Энергия ускоренных таким коллективным образом ионов лазерной плазмы, например, дейтронов, может достигать нескольких мегаэлектровольт при амплитуде ускоряющего импульса 100—

200 кВ, что более чем не порядок увеличивает эффективность протекания реакций с образованием нейтронов.

Кроме того, ток ускоренных в таком компенсированном пучке ионов не огра- . ничивается законом "трех вторых".

Таким образом увеличение нейтронного выхода в предлагаемом устройстве досО тигается за счет более эффективного ускорения ионов лазерной плазмы и оптимальной геометрии нейтронообразующей мишени.

Преимущества описанного устройства особенно важны при создании малогабаритного нейтронного излучателя.

Такой импульсный нейтронный источник с характерным размером 10-20 см позволяет получить выход нейтронов

), 10® нейтр./имп. при мгновенной ин-, тенсивности > 10 нейтр./с. Использование нейтронных источников с такими параметрами повысит эффективность активационного анализа веществ и других методов нейтронно-физических исследований.