Импульсная нейтронная трубка Советский патент 1982 года по МПК H05H5/02 G21G4/02 

(54) ИМПУЛЬСНАЯ НЕЙТРОННАЯ ТРУБКА

1

Изобретение относится к нейтронной и ускорительной технике, преимущественно к источникам нейтронов на основе отпаянных нейтронных трубок.

По основному авт. св. № 528834 известна импульсная нейтронная трубка, содержащая вакуумный корпус с электрическими вводами и окнами для ввода лазерного излучения, в котором расположены лазерная и ионная мишени, система ускоряющих и экранирующих электродов, газопоглотители, причем корпус трубки выполнен в виде сферы, на внутренней поверхности которой расположена ионная мишень, внутри сферы концентрично ей размещена система сетчатых электродов, и в центре - двусторонняя плоская лазерная мишень, а два оптических окна, расположены на сферическом корпусе трубки 1.

Недостатком известной нейтронной трубки является то, что она позволяет получать нейтроны либо в результате d, d либо d, Т реакций, что значительно сужает область ее функционального использования.

Кроме того, в соответствии с конструкцией лазерное излучение фокусируется практически в одной точке ионнообразующей

мишени, что приводит к обеднению области фокусировки изотопами водорода, а значит, к уменьшению выхода .нейтронов и ресурса трубки.

Целью изобретения является расширение диапазона рабочих режимов за счет обеспечения возможности протекания реакций d d и d, Т в одной нейтронной трубке.

Поставленная цель достигается тем, что в лазерную мищень введена антидиффузионная по ионам водорода перегородка, раз10деляющая слои мишени.

Кроме того, перед окнами для ввода лазерного излучения введена диафрагма с набором отверстий, снабженная механизмом вращения, подключенным к схеме уп15равления.

На фиг. 1 схематически показана нейтронная трубка со сферической геометрией электродов, элементы оптической системы и системы управления режимом работы источника нейтронов; на фиг. 2 - устройство одного

20 из возможных вариантов диафрагмы, позволяющих источнику нейтронов работать в различных режимах.

Источник нейтронов состоит из сферической нейтронной трубки 1, внутри которой расположена ионнообразующая мишень, состоящая из слоя 2, насыщенного дейтерием, слоя 3, насыщенного тритием, антидиффузионная перегородка 4, оптических вводов 5, 6, высоковольтного ввода 7, нейтронеобразующей мищени 8. Оптическая система состоит из лазера со сканирующим устройством 9, устройства 10 раздвоения лазерного излучения, двух обычных зеркал 11, 12, двух фокусирующих линз 13, 14. Система управления режимом работы состоит из диафрагмы 15 с отверстиями, блока 16 запуска с регулируемой задержкой, блока 17 управления двигателем, двигателя 18 вращения диафрагмы и высоковольтного блока 19. Диафрагма имеет вид диска отверстиями, расположенными на одинаковом расстоянии от его геометрического центра. Импульсная нейтронная трубка работает в следующих режимах: одновременная генерация нейтронов как в результате d,d реакций, так и в результате d, Т реакций; генерирование нейтронов только в результате d, d реакций или d, Т реакций; генерирование нейтронов как в результате d, d реакций, так и в результате d, Т реакций как одновременно, так и с любой наперед заданной последовательностью. Для реализации первого режима используются, например, отверстия 20 и 21 (фиг. 2). Блок 16 запуска вырабатывает импульс, который одновременно подается на запуск лазера со сканирующим устройством 9, на высоковольтный блок 19 и на блок 17 управления двигателя. В результате лазер генерирует импульс, который, попав на устройство 10 раздвоения, состоящий, например, из полупрозрачного зеркала, раздваивается и через отверстия 20,21 попадает на зеркала 11, 12, отражается от них и через фокусирующие линзы 13, 14 попадает на соответствующие слои 2, 3 ионнообразующей мишени. В результате взаимодействия мощного лазерного излучения со слоями 2, 3 мишени, насыщенные дейтерием и тритием соответственно, образуется два плазменных факела. Одновременно с генерацией лазера блок 16 запуска запускает высоковольтный блок 19, который генерирует импульс высоковольтного напряжения амплитудой 150- 200 кВ. Под действием высоковольтного импульса ионы дейтерия и трития вытягиваются из плазмы, ускоряются и бомбардируют нейтроннообразующую мишень 8, состоящую например, из дейтерида титана (TiD). В результате протекают d,d и d, Т реакции и генерируются нейтроны с энергией 2,5 и 15 МэВ соответственно. Антидиффузионная перегородка 4 (барьерный слой) предназначена для предотвращения диффузии дейтерия из слоя 2 мишени в слой 3, насыщенный тритием и, наоборот, диффузии трития из слоя 3 - в слой 2. Перегородка 4 выполнена из окиси алюминия, так как это соединение обладает очень низкой проницаемостью по отношению к изотопам водорода. Это особенно существенно, если источник используется для получения нейтронов либо в результате d, d реакций, либо d, Т реакций. Одновременно с поступлением сигналов на устройство 9 и блок 19 из блока 16 поступает импульс на блок 17, который запускает двигатель 18, вращающий диафрагму 15. Скорость вращения диафрагмы такова, что она совершает полный оборот за время, равное периоду следования лазерных импульсов, т. е. скорость вращения диафрагмы совпадает с частотой генерации лазера, так как в состав лазера входит система сканирования лазерного излучения, то размер щели должен быть таким, чтобы при сканировании лазерного излучения по поверхности ионнообразующей мишени луч лазера не поглощался в диафрагме. Для осуществления второго режима используются отверстия 22 или 23 соответственно (фиг. 2). Сначала рассмотрим случай генерации нейтронов только в результате d,d реакции. Для этого установим задержку генерации лазерного и высоковольтного импульсов на такое время, чтобы к моменту генерации диафрагма повернулась на угол oil и отверстие 22 расположилось на пути первого лазерного луча, выходящего из устройства 10. При этом второй луч, выходящий из устройства раздвоения, поглощается диафрагмой. Весь остальной процесс работы источника нейтронов аналогичен описанному. Для осуществления генерации нейтронов только в результате d, Т реакции используется отверстие 23, расположенное под углом -2, причем 2 .Если теперь установить задержку генерации лазерного и высоковольтного импульсов на такое время, чтобы к моменту генерации диафрагма повернулась на угол , то отверстие 23 расположится на пути второго лазерного луча, а первый луч будет поглощаться диафрагмой и нейтроны будут генерироваться только в результате d, Т реакции. Для осуществления третьего режима необходимо ввести в блок запуска дополнительное устройство, которое могло бы по заданной наперед программе менять величину задержки и таким образом осуществлять генерацию нейтронов в результате d, d и d, Т реакций как одновременно, так и с любой наперед заданной последовательностью. Создание многоцелевого источника нейтронов значительно расширяет объем его функционального использования, т. е. получения нейтронов в результате d, d и d, Т реакций в одной нейтронной трубке и, кроме этого, даст определенный экономический эффект, связанный с экономией материалов.