Устройство для получения и торможения мюонов Советский патент 1984 года по МПК G21B1/02 

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано для получения мю-мезонов и мю-мезоатомов, необходимых для производства энергии и ней тронов в устройствах с мюкатализом ядерных реаккий синтеза в смеси молекул- дейтерия и трития.

Для реакции экономически выгодного получения энергии и нейтронов с помощью мюонного катализа необходимо, чтобы как можно большая доля мюонов, полученных при распаде пионов, попала в дейтерийтритиевую мишень и была в ней остановлена 1.

Наиболее близким к изобретению является устройство для получения и торможения мюонов, содержащее устройство для генерации пучка заряженных частиц, пионообразующую мишень, замедлитель, соленоид и внутреннюю мюонную .

Устройство работает следующим обра.зом.

Пучок ускоренных заряженных частиц от мезонной фабрики, проходя через пионообразующую мишень, генерируют пи-мезоны. С помощью системы инжекции только часть пучка попадает на вход в соленоид, в котором пи-мезоны распадаются на лету в вакууме, образуя мю-мезоны. Магнитное поле соленоида удерживает мезоны от ухода через стенки и транспортирует их либо к внутренней мюонной мишени, либо в систему экстракции. В ней мю-мезонный пучок сепарируется по импульсу и за счет этого очиилается от других заряженных частиц. попадая затем на внешние мюонные мишеми. Замедлитель перед входом в соленоид служит для повышения плотности остановок мю-мезопов в тонкой внутренней мишени, толщина которой достаточна для торМожения мезонов с малыми импульсами |2).

Недостатком известного устройства является низкая эффективность использования мезонов, что делает его практически неприменимым для проведения в нем мюонного катализа ядерной реакции синтеза.

Этот недостаток обусловлен тем, что в устройстве происходят большие потери пионов и мюонов как при инжекции (введении) в соленоид, так и при пролете через топкую мишень мезонов с большими импульсами.

Целью изобретения яв ляется увеличение накопления мюонов.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для получения и торможения мюонов, содержащем устройство мя генераHHif пучка заряженных частиц, пионообразующук) мишень, соленоид и внутреннюю мюонную мишень, на входе в соленоид введено магнитное зеркало, инжекция пучка заряженных частиц происходит через магнитное зеркало вдоль соленоида, пионообразующая мишень размещена внутри соленоида, а эквивалентная толщина вдоль пучка внутренней мюонной мишени в пересчете на обыч ный водород выполнена в пределах 50- 150 г/см 2.

Конструкция повволяет уменьшить по5 терн мезонов на входе в соленоид и в мюонной мишени, а значит максимально увеличить долю мюонов (по отношению к порождающим их пионам) попадающих и останоапенных в мюонной мишени, заполненной дейтерийтритиевой смесью, что в

0 конечном итоге позволяет использовать предлагаемое устройство для проведения мюонного катализа ядерной реакции синтеза. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

5 Устройство состоит из магнитного зеркала 1, пионообразующей мишени 2 внутри корпуса соленоида 3, вакуумной части соленоида-конвертера 4 и части соленоида, заполненной дейтерий-тритиевой смесью i внутренней мюонной мишени 5, являющейся

0 одновременно и замедлителем.

Устройство работает следующим образом.

Пучок ускоренных заряженных частиц 6 от ускорителя, проход через пионообра5 зующую мишень 2, генерирует пи-мезоны. Так как пионообразующая мишень размещена внутри соленоида, все пи-мезоны, вылетаюпхие из нее вперед в направлении мюонной мишени 5, захватывает магнитное поле, силовые линии которого параллельны 0 оси соленоида. Магнитное поле удерживает летящие вперед мезоны от ухода через боковые стенки соленоида. Мезоны, вылетающие из пионообразующей назад, отражает обратно в соленоид магнитное зеркало 1, размещенное па входе в конвертер. В конвертере пи-мезоны распадаются в вакууме в мю-мезоны, причем доля образованных и направленных в мишень 5 мюмезонов большая. Мюонная мишень, размещенная в магнитном поле соленоида, выполнена толстой, чтобы служить одновременно и замедлителем для мезонов.

Выбор толщины мишени объясняется тем, что д.Шпа торможения наиболее энергетичных мюонов {с импульсом порядка 500МэВ/с) в водороде с плотностью ip 0,07 г/см

5 составляет около 15 м. Поэтому, как показывают расчеты, мишень, эквивалентная толщина которой (т.е. произведение плотности дейтерий-тритиевой смеси на линейную толщину) в пересчете на обычный водород составляет 100 ±50 г/см, останавливает подавляющую часть мюонов. При меньшей эффективной толщине мезоны не успевают затормозиться, а при большей эффективной толщине происходит непроизводительный распад трития. Таким образом, при 5 эквивалентной толшине мюонной мишени, выбранной в указанных пределах, она одновременно служит и эффективным замед лителем. 3 11124 Расчеты на ЭВМ траекторий мезонов в магнитном поле соленоида с учетом распада пи-мезоков в мю-мезоны в конвертере, отражения мезонов от магнитного зеркала и торможения в мюонной мишени показали,, что при длине соленоида 55 м, внутреннем диаметре 40 см, магнитном поле 100 кЭ, пробочном отношении в магнитном зеркале 1,5, длине мю-мезониой мишени 15 м и ядериой плотности заполняющей ее дейтерий-три тиевой смеси 0,07 г/см (в пересчете на легкий изотоп водорода) достигается доля мю-мииус-мезонов - соответственно . Таким образом, в предложенном устройстве обеспечена высокая эффективность использования мезонов, и оно может служить 34 устройством для катализа мю-минус-мезонами реакции синтеза ядер дейтерия и трития для получения энергии и нейтронов, Важным преимуществом предложенного устройства является то, .что оно позволяет обойти те технические трудности, связаиные с нагревом дейтерий-тритиевой смеси до сверхвысоких температур, которые сушествуют в термоядерных установках, предназначеииых также для получения энергии N нейтронов, В предлагаемом устройстве дейтерий-три тиевая смесь находится при обычной тем пературе, не требуется также высокого ва куума.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ /ЧЮОНОВ, содержащее устройство для генерации пучка заряженных частиц, пионообразующую мишень, соленоид и внутреннюю мюонную мишень, отличающееся тем, что, с целью увеличения накопления мюонов, пионообразующая мишень размещена внутри соленоида, а эквивалентная толщина вдоль пучка внутренней мюонной мишени в пересчете на обычный водород выполнена в пределах 50- 150 г/см2. rfi - ч 1чЭ 4