Импульсный лазерный генератор нейтронов Советский патент 1980 года по МПК G21G4/02 H01S3/11 

Изобретение относится к радиацион ной технике, а конкретно - к устройствам для генерации нейтронных полей, которые широко используются в различных областях ядерной физики и техники. Известны лазерные генераторы ней тронов , содержащие вакуумную камеру с лазерной плазмообразующей и нейтронообразующей мишенями, систему ускоряющих электродов, оптические и электрические вводы, лазер, фокусирующую линзу и источник высоковольтного напряжения 2J. Такие генераторы позволяют получать достаточно высокий импульсный вьаход нейтронов в результате протекания реакций D(d,n) Не или T(d,n)He пр сравнительно малых габаритах излуча ля нейтронов, что обусловлено высокими эмиссионными характеристиками сгустка лазерной плазмы и простотой конструкции плазменного инжектора. Однако извлечение ионов из плазмы внешним электрическим полем и их последующее ускорение этим полем не позволяют в полной мере использоват дейтоны лазерной пл змы для генерации нейтронов из-за ограничения величины извлекаемого ионного тока, накладываемого законом Чайлда-ЛенгMiopa (закон трех вторых) . Известен также импульсный генератор нейтронов ЗТ , 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 развитой эмиттирующей границы плазмы и извлечения ионов внешним электрическим полем на расстояниях в несколько раз превышающих радиальный размер нейтронной трубки. Это приводит f 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 нейтронного импульса . Поставленная цель достигается тем что перед фокусирующей линзой расположена оптическая пластинка с конической полостью, соосной лучу лазера лазерная мишень выполнена в виде диэлектрического кольца, укрепленного изолирующим 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 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, формирукхцую линию 3 с коммутатором и источник высоковольтного напряжения 4. Между лазером и камерой расположены частично отражащая оптическая плоскопараллельная пластинка 5, оптическая пластинка с конической полостью 6 и фокусирующая линза 7. Металличес кая камера 2 имеет оптический ввод 8 высоковольтный электрический ввод 9, а откачка ее осуществляется через патрубок 10. Внутри камеры размещены лазерная диэлектрическая кольцевая MHiueHb 11, крепление которой дсущест вляется изолятором 12, одновитковая катушка 13 и нейтронообразующая мишень 14 . Через высоковольтный ввод к ка.мере подсоединена формирующая линия 3, например двойная формирующая линия, имеющая цилиндрическую металлическую заземленную оболочку, внутри которой соосно расположены цилиндрические электроды 15 и 16, разделенные изолирующим диэлектриком 17. Зарядка электродов формирующей линии осуществляется источником высоковольтного напряжения 4 через высоковольтный- ввод 18. Накопительный электрод 16 крепится изолятором 19. В торцовой части оболочки формирующей линии имеются оптический ввод 20 и система электродов 21 коммутатора с лазерным поджигом. Электроды коммутатора разделены диэлектриком 22.. Перед оптическим вводом 20 расположена фокусирующая линза 23, а часть лазерного излучения для поджига коммутатора подводится с помощью систем зеркал 24. Генератор нейтронов работает следукицим образом. Включение лазера 1 приводит к появлению на его выходе импульса излучения с круглым сечение луча. Прошедший через оптическую пла тинку 6 расходящийся луч имеет сечение в форме кольца и фокусируется линзой 7 на кольцевую лазерную мишен 11. в результате воздействия излучения на мишень образуется кольцевой плазменный дейтерийсодержащий сгусток. Вместе с тем часть лазерного излучения отклоняется плоскопараллельной пластинкой 5, с помощью системы зеркал 24 подводится к коммутатору и фокусируется линзой 23 на один из электродов 21, инициируя пробой разрядного промежутка. Формирующая линия, заряженная предварительно от высоковольтного источника 4, разряжается через одновитковую катушку 13, расположенную в вакуумной камере 2 соосно лазерной мишени 11. Синхронное образование кольцевого плазменного сгустка и разряда формирующей линии через катушку приводит к отталкиванию плазменного кольца от катушки из-за наличия сильной индуктивной связи при протекании токов через катушку и плазменное кольцо. Ускоренное таким образом на длине порядка диаметра лазерной мишени плазменное кольцо, содержащее дейтоны, бомбардирует нейтронообразующую мишень 14, на которой в результате ядерной реакций Tid,n) Не образуется импульсный поток быстрых нейтронов. Ускорение квазинейтрального плазменного кольца и отсутствие внешнего электрического поля, направленный разлет такого плазменного сгустка дают возможность снять ограничения на величину ускоряемого тока ионов устанавливаемого законом трех вторых и использовать практически все дейтоны лазерной плазмы для последукхдего получения нейтронов. Возможность образования плазменного кольца с высокой плотностью (;j,lo см ) и высокой электронной температурой (Z-IO эВ) и синхронный разряд формирующей линии с лазерным поджигом позволяют осуществить сильное импульсное взаимодействие между током в катуиже и наведенном током в плазменном 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 {1СГс) . Простота образования в предлагаемом устройстве кольцевого высокотемпературного и высокоплотного плаз- . манного сгустка, который может содержать более 10 ионов дейтрин, а (также возможность ускорения такого количества дейтонов до энергчш J/ 100 кэВ за короткое время позволяет реализовать высокоинтенсивный импульсный источник с выходом нейтронов 10 Н/имп и мгновенной интенсивностью И/с. Работа устройства в ч.астном режиме позволяет получить и высокий средний поток не;:трг)нс)в,