DE102010032216B4 - Pulsed spallation neutron source - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines zeitlich geglätteten Neutronenflusses insbesondere für einen unterkritisch betriebenen Kernreaktor. Die Vorrichtung umfasst einen Teilchenbeschleuniger, der einen gepulsten Teilchenstrahl mit einer sehr hohen Pulsrepetitionsrate von bspw. 3 kHz erzeugt. Der Teilchenstrahl trifft auf ein Spallationstarget, aus dem er einen ebenfalls gepulsten Neutronenfluss herausschlägt, der seinerseits in einen Neutronenmoderator gelangt. Der Neutronenmoderator weist eine bekannte Verteilung von Verweilzeiten auf. Eine zeitliche Glättung des den Moderator verlassenden Neutronenflusses wird dadurch erreicht, dass die Verweilzeit und die Pulsrepetitionsrate aneinander angepasst sind, indem entweder ein Moderator gewählt wird, der eine geeignete Verteilung von Verweilzeiten aufweist, oder indem bei einem bestimmten, festen Moderator eine passende Pulsrepetitionsrate fpuls eingestellt wird. Bspw. kann gelten 1/fpuls = TV,0, wobei TV,0 die wahrscheinlichste Verweilzeit der Verteilung angibt.The invention relates to a device for generating a time-smoothed neutron flux, in particular for a subcritically operated nuclear reactor. The device comprises a particle accelerator which generates a pulsed particle beam with a very high pulse repetition rate of, for example, 3 kHz. The particle beam hits a spallation target, from which it knocks out a likewise pulsed neutron flux, which in turn reaches a neutron moderator. The neutron moderator has a known distribution of dwell times. A temporal smoothing of the neutron flux leaving the moderator is achieved in that the dwell time and the pulse repetition rate are adapted to one another, either by choosing a moderator who has a suitable distribution of dwell times, or by setting a suitable pulse repetition rate fpuls for a specific, fixed moderator becomes. E.g. 1 / fpuls = TV, 0, where TV, 0 indicates the most likely dwell time of the distribution.
Description
Die Erfindung betrifft eine Neutronenquelle zum Einsatz bei einem unterkritischen Kernreaktor.The invention relates to a neutron source for use in a subcritical nuclear reactor.
In einem unterkritischen Kernreaktor laufen die Kernreaktionen ab, ohne dass der Reaktor in den kritischen Zustand übergeht. Anstatt eine selbstständige Kettenreaktion aufrecht zu erhalten, wird eine externe Neutronenquelle verwendet, um die für die Kernreaktionen benötigten Neutronen zur Verfügung zu stellen. Diesen Zweck erfüllt bspw. ein Teilchenbeschleuniger, dessen Teilchenstrahl auf ein Spallationstarget gerichtet wird, aus dem in der Folge Neutronen herausgeschlagen werden, die schließlich in den unterkritischen Kernreaktor gelangen, um dort die Kernreaktionen zu bewirken. Diese Technologie ist an sich bekannt, z. B. aus der
Unterkritische Reaktoren weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Bspw. können sie verwendet werden, um schwere Isotope zu zerstören, die in den verbrauchten Brennstoffen konventioneller Kernreaktoren enthalten sind, wobei gleichzeitig Energie erzeugt werden kann. Theoretisch können auch die in Nuklearabfällen enthaltenen Transurane gespalten werden, wobei wiederum Energie gewonnen werden kann, während die resultierenden Spaltungsprodukte weniger langlebig sind als die Transurane. Ein derartiger Prozess ist z. B. aus der
Bei den hierzu geeigneten Beschleunigerstrukturen muss unterschieden werden zwischen normalleitenden und supraleitenden Beschleunigern:
- – Die normalleitenden Beschleuniger müssen in der Praxis gepulst betrieben werden, da die geforderten Baugrößen zu elektrischen Feldern in den Beschleunigerzellen (Resonatoren bzw. Kavitäten) führen, die in den umgebenden, feldumschließenden Leiterstrukturen, bspw. in den Resonatorwänden, eine exzessive Verlustleistung verursachen. Ein gepulster Beschleunigerbetrieb und in der Folge ein gepulster Neutronenfluss aus dem Spallationstarget hat jedoch zur Folge, dass der Reaktorkern in der Energieproduktion stark schwankt und damit thermisch und mechanisch stark belastet wird.
- – Dieses Problem könnte unter Verwendung eines supraleitenden Beschleunigers gelöst werden. Dieser könnte zwar kontinuierlich betrieben werden und damit das genannte Problem des normalleitenden Beschleunigers vermeiden, jedoch wäre eine kompakte Baugröße nicht realisierbar. Bspw. für die Europäische Spallations-Neutronenquelle ESS ergäbe sich eine Länge von 630 m. Aufgrund dieses Nachteils ist die Verwendung eines supraleitenden Beschleunigers für eine weitestgehend kommerzielle Anwendung nahezu ausgeschlossen.
- - The normal-conducting accelerator must be operated pulsed in practice, since the required sizes lead to electric fields in the accelerator cells (resonators or cavities), which cause in the surrounding field enclosing conductor structures, for example. In the resonator walls, an excessive power loss. However, a pulsed accelerator operation and, as a consequence, a pulsed neutron flux from the spallation target has the result that the reactor core fluctuates greatly in energy production and is thus heavily loaded thermally and mechanically.
- This problem could be solved using a superconducting accelerator. Although this could be operated continuously and thus avoid the mentioned problem of normal-conducting accelerator, but a compact size would not be feasible. For example. for the European spallation neutron source ESS a length of 630 m would result. Due to this disadvantage, the use of a superconducting accelerator for commercial use is almost impossible.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakte Vorrichtung zur Erzeugung eines zeitlich geglätteten Neutronenflusses anzugeben, deren Verwendung bspw. mit einem unterkritischen Kernreaktor die genannten Nachteile nicht aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide a compact device for generating a time-smoothed neutron flux whose use, for example. With a subcritical nuclear reactor does not have the disadvantages mentioned.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by the features specified in the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Lösung geht von einem mit Hilfe einer entsprechend eingerichteten Steuervorrichtung gepulst betriebenen, normalleitenden Beschleuniger aus, dessen gepulster Teilchenstrahl auf ein Spallationstarget gelenkt wird, aus dem in bekannter Weise Neutronen herausgeschlagen werden. Dabei wird eine extrem hohe Pulsrepetitionsrate gewählt, bspw. in einer Größenordnung von ≥ 3 kHz. Dem Spallationstarget nachgeschaltet, d. h. zwischen Target und Reaktorkern, ist ein Neutronenmoderator mit einer bekannten Neutronenverweilzeit angeordnet, mit dem erreicht werden soll, dass der in den unterkritischen Reaktorkern gelangende Neutronenfluss aus dem Target zeitlich geglättet ist, dass also der aus dem Moderator in den Reaktorkern gelangende Neutronenfluss nicht wesentlich schwankt. Bspw. wäre eine Größenordnung von bis zu etwa 20% akzeptabel. Grundsätzlich ist dies jedoch natürlich von der jeweiligen geplanten Anwendung abhängig.The solution according to the invention starts from a normal-conducting accelerator operated in pulsed fashion with the aid of a correspondingly established control device, whose pulsed particle beam is directed onto a spallation target from which neutrons are knocked out in a known manner. In this case, an extremely high pulse repetition rate is selected, for example of the order of ≥3 kHz. Downstream of the spallation target, d. H. between the target and the reactor core, a neutron moderator with a known neutron residence time is arranged, with which it is to be achieved that the reaching into the subcritical reactor core neutron flux from the target is temporally smooth, so that the passing of the moderator into the reactor core neutron flux does not vary significantly. For example. would be an order of magnitude of up to about 20% acceptable. In principle, however, this of course depends on the respective intended application.
Dies wird dadurch erreicht, dass entweder ein Neutronenmoderator verwendet wird, dessen Neutronenverweilzeit, also eine vom Material und von den Dimensionen des Moderators abhängige Größe, in etwa der gewählten Pulsrepetitionsrate entspricht, oder dass die Pulsrepetitionsrate bspw. mit Hilfe einer entsprechenden Steuervorrichtung für den Teilchenbeschleuniger an die bekannte Neutronenverweilzeit angepasst wird. Weiterhin ist die Verweilzeit natürlich auch abhängig von der Geschwindigkeit der Neutronen und damit zu einem gewissen Anteil vom Target. Eine genaue Verweilzeitskurve ist bspw. durch Simulation des Gesamtsystems zu erhalten.This is achieved by either using a neutron moderator whose neutron residence time, that is to say a size dependent on the material and dimensions of the moderator, approximately corresponds to the selected pulse repetition rate, or the pulse repetition rate, for example, with the aid of a corresponding control device for the particle accelerator the known Neutronenverweilzeit is adjusted. Furthermore, of course, the residence time is also dependent on the speed of the neutrons and thus to a certain extent from the target. An accurate residence time curve can be obtained, for example, by simulating the overall system.
Bspw. wird eine Pulsrepetitionsrate bzw. dementsprechend ein zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen der Pulsfolge gewählt, der in etwa der Neutronenverweilzeit entspricht. D. h. bei einer Repetitionsrate von bspw. 3 kHz sollte die Verweilzeit im Moderator in etwa 1/(3 kHz) ≈ 0,33 ms oder mehr betragen. Dies hat zur Folge, dass der Neutronenfluss aus dem Moderator trotz des gepulsten Teilchenstrahls und trotz des das Target verlassenden gepulsten Neutronenflusses zeitlich nicht wesentlich schwankt und dementsprechend der vom Neutronenfluss getriebene Reaktorkern keine exzessiven Leistungsschwankungen ausführt.For example. a pulse repetition rate or, accordingly, a time interval between two successive pulses of the pulse sequence is selected, which corresponds approximately to the neutron dwell time. Ie. at a repetition rate of, for example, 3 kHz, the dwell time in the moderator should be approximately 1 / (3 kHz) ≈ 0.33 ms or more. This has the consequence that the neutron flux from the moderator, despite the pulsed particle beam and despite the pulsed neutron flux leaving the target, does not vary significantly in time and, accordingly, the reactor core driven by the neutron flux does not perform excessive power fluctuations.
Aufgrund einer evtl. komplexeren Geometrie des Moderators und/oder der gesamten Anordnung können sich die Laufwege der einzelnen Neutronen durch den Moderator mehr oder weniger stark unterscheiden, so dass nicht mehr von einer einzigen Neutronenverweilzeit gesprochen werden kann, sondern von einer Verteilung der Neutronenverweilzeiten zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert. In diesem Fall stehen mehrere Möglichkeiten der Anpassung von Verweilzeit und Repetitionsrate zur Verfügung, wie im Zusammenhang mit den Figuren erläutert wird.Due to a possibly more complex geometry of the moderator and / or the entire arrangement, the paths of the individual neutrons may differ more or less strongly by the moderator, so that it is no longer possible to speak of a single neutron residence time but of a distribution of the neutron residence times between one Minimum value and a maximum value. In this case, there are several possibilities for adjusting dwell time and repetition rate, as explained in connection with the figures.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Neutronenflusses Nmod weist auf:
- – einen Teilchenbeschleuniger mit einer Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung derart einstellbar ist, dass mit dem Teilchenbeschleuniger ein gepulster Teilchenstrahl S umfassend einen Pulszug mit einer Vielzahl von Pulsen mit einer Pulsrepetitionsrate fpuls erzeugbar ist,
- – ein Spallationstarget, das im Teilchenstrahl S positionierbar ist und aus dem durch den Teilchenstrahl S ein eine Vielzahl von Neutronen umfassender erster Neutronenfluss Ntar herausschlagbar ist,
- – einen Neutronenmoderator, der eine bekannte Verteilung Xn(TV) von Neutronenverweilzeiten TV aufweist, wobei das Target und der Moderator derart zueinander angeordnet sind, dass zumindest ein Teil des ersten Neutronenflusses Ntar in den Moderator gelangen und diesen durchqueren kann, so dass der zu erzeugende Neutronenfluss Nmod den Moderator verlässt.
- A particle accelerator having a control device, wherein the control device is adjustable such that with the particle accelerator a pulsed particle beam S comprising a pulse train with a multiplicity of pulses with a pulse repetition rate f puls can be generated,
- A spallation target which can be positioned in the particle beam S and from which a first neutron flux N tar comprising a multiplicity of neutrons can be knocked out by the particle beam S,
- A neutron moderator having a known distribution X n (T V ) of neutron residence times T V , the target and the moderator being arranged relative to one another such that at least part of the first neutron flux N tar can reach the moderator and pass through it that the neutron flux N mod to be generated leaves the moderator.
Die Pulsrepetitionsrate fpuls und die Verteilung Xn(TV) der Neutronenverweilzeiten TV des Moderators sind nun derart aufeinander abgestimmt, dass der den Moderator verlassende Neutronenfluss Nmod zeitlich geglättet ist.The pulse repetition rate f puls and the distribution X n (T V ) of the neutron residence times T V of the moderator are now matched to one another in such a way that the neutron flux N mod leaving the moderator is smoothed over time.
Hierzu ist die Steuervorrichtung derart einstellbar, dass die Pulsrepetitionsrate fpuls der Neutronenverweilzeit TV entspricht.For this purpose, the control device is adjustable in such a way that the pulse repetition rate f pulse corresponds to the neutron residence time T V.
Speziell ist die Steuervorrichtung derart einstellbar, dass für den zeitlichen Abstand ΔTpuls = 1/fpuls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Teilchenstrahls S gilt:
ΔTpuls = 1/fpuls ≥ TV,min, wobei TV,min die minimale Verweilzeit der Verteilung Xn(TV) der Neutronenverweilzeiten TV ist.Specifically, the control device is adjustable so that for the time interval ΔT pulse = 1 / f pulse between two successive pulses of the particle beam S:
ΔT pulse = 1 / f pulse ≥ T V, min , where T V, min is the minimum residence time of the distribution X n (T V ) of the neutron residence times T V.
Dabei wird gilt für den zeitlichen Abstand ΔTpuls = 1/fpuls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Teilchenstrahls S weiterhin: ΔTpuls = 1/fpuls ≤ TV,max, wobei TV,max die maximale Verweilzeit der Verteilung Xn(TV) der Neutronenverweilzeiten TV ist.In this case, the following applies for the time interval ΔT pulse = 1 / f pulse between two successive pulses of the particle beam S: ΔT pulse = 1 / f pulse ≦ T V, max , where T V, max is the maximum dwell time of the distribution X n (T V ) of the neutron residence times T V.
Durch diese Relation zwischen ΔTpuls, TV,min und TV,max ist sichergestellt, dass der durch einen ersten Puls des Teilchenstrahls ausgelöste Neutronenfluss Nmod noch nicht abgeklungen ist, wenn durch den nachfolgenden Puls des Teilchenstrahls ein weiterer Neutronenfluss Nmod erzeugt wird.This relation between ΔT pulse , T V, min and T V, max ensures that the neutron flux N mod triggered by a first pulse of the particle beam has not yet decayed when a further neutron flux N mod is generated by the subsequent pulse of the particle beam ,
Die Steuervorrichtung kann auch derart einstellbar sein, dass für den zeitlichen Abstand ΔTpuls = 1/fpuls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Teilchenstrahls S gilt:
ΔTpuls = 1/fpuls ≈ TV,0, wobei TV,0 die wahrscheinlichste Verweilzeit der Verteilung Xn(TV) der Neutronenverweilzeiten TV ist.The control device may also be adjustable in such a way that for the time interval ΔT pulse = 1 / f pulse between two successive pulses of the particle beam S:
ΔT puls = 1 / f pulse ≈ T V, 0 , where T V, 0 is the most probable residence time of the distribution X n (T V ) of the neutron residence times T V.
Es wird eine Pulsrepetitionsrate fpuls von zumindest 3 kHz gewählt.It is chosen a pulse repetition rate f pulse of at least 3 kHz.
Der Moderator ist derart angeordnet, dass der den Moderator verlassende Neutronenfluss Nmod in einen Reaktorkern eines insbesondere unterkritisch betriebenen Kernreaktors gelangt.The moderator is arranged in such a way that the neutron flux N mod leaving the moderator passes into a reactor core of a nuclear reactor, which operates in a subcritical manner in particular.
Aufgrund der Glättung des Neutronenflusses wird der Kernreaktor bzw. dessen Kern trotz der Verwendung eines gepulsten Teilchenstrahls weder thermisch/mechanisch stark belastet noch schwankt die Energieproduktion über ein tolerierbares Maß hinaus.Due to the smoothing of the neutron flux, the nuclear reactor or its core is neither thermally / mechanically heavily loaded despite the use of a pulsed particle beam nor fluctuates the energy production beyond a tolerable level.
Der Teilchenstrahl ist vorteilhafterweise ein Protonenstrahl.The particle beam is advantageously a proton beam.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung eines Neutronenflusses Nmod, erzeugt ein Teilchenbeschleuniger einen gepulsten Teilchenstrahl S umfassend einen Pulszug mit einer Vielzahl von Pulsen mit einer Pulsrepetitionsrate fpuls. Der gepulste Teilchenstrahl wird auf ein Spallationstarget gerichtet, wobei aus dem Target durch den Teilchenstrahl ein eine Vielzahl von Neutronen umfassender erster Neutronenfluss Ntar herausgeschlagen wird. Zumindest ein Teil des ersten Neutronenflusses Ntar gelangt in einen Neutronenmoderator und durchquert diesen, so dass der zu erzeugende Neutronenfluss Nmod den Moderator verlässt. Der Moderator weist eine bekannte Verteilung Xn(TV) von Neutronenverweilzeiten TV auf. Der den Moderator verlassende Neutronenfluss Nmod wird nun zeitlich geglättet, indem die Pulsrepetitionsrate fpuls und die Verteilung Xn(TV) der Neutronenverweilzeiten TV des Moderators aufeinander abgestimmt werden.In the method according to the invention for generating a neutron flux N mod , a particle accelerator generates a pulsed particle beam S comprising a pulse train having a multiplicity of pulses with a pulse repetition rate f puls . The pulsed particle beam is directed onto a spallation target, wherein a first neutron flux N tar comprising a multiplicity of neutrons is knocked out of the target by the particle beam. At least part of the first neutron flux N tar passes into a neutron moderator and traverses it, so that the neutron flux N mod to be generated leaves the moderator. The moderator has a known distribution X n (T V ) of neutron residence times T V. The neutron flux N mod leaving the moderator is now time-smoothed by the pulse repetition rate f puls and the distribution X n (T V ) of the Neutron dwell times T V of the moderator are matched.
Die Anpassung wird derart ausgeführt, dass für den zeitlichen Abstand (ΔTpuls = 1/fpuls) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Teilchenstrahls (S) gilt: ΔTpuls = 1/fpuls ≥ TV,min, wobei TV,min die minimale Verweilzeit der Verteilung (Xn(TV)) der Neutronenverweilzeiten (TV) ist.The adaptation is carried out in such a way that for the time interval (ΔT pulse = 1 / f pulse ) between two successive pulses of the particle beam (S): ΔT pulse = 1 / f pulse ≥ T V, min , where T V, min the minimum residence time of the distribution (X n (T V )) of the neutron residence times (T V ).
Weiterhin gilt für den zeitlichen Abstand (ΔTpuls = 1/fpuls) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Teilchenstrahls (S): ΔTpuls = 1/fpuls ≤ TV,max, wobei TV,max die maximale Verweilzeit der Verteilung (Xn(TV)) der Neutronenverweilzeiten (TV) ist.Furthermore, for the time interval (ΔT pulse = 1 / f pulse ) between two successive pulses of the particle beam (S): ΔT pulse = 1 / f pulse ≦ T V, max , where T V, max is the maximum residence time of the distribution (X n (T V )) of the neutron residence times (T V ).
Insbesondere wird die Anpassung derart ausgeführt, dass für den zeitlichen Abstand (ΔTpuls = 1/fpuls) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Teilchenstrahls (S) gilt:
ΔTpuls = 1/fpuls ≈ TV,0 wobei TV,0 die wahrscheinlichste Verweilzeit der Verteilung (Xn(TV)) der Neutronenverweilzeiten (TV) ist.In particular, the adaptation is carried out in such a way that the following applies for the time interval (ΔT pulse = 1 / f pulse ) between two successive pulses of the particle beam (S):
ΔT puls = 1 / f pulse ≈ T V, 0 where T V, 0 is the most likely residence time of the distribution (X n (T V )) of the neutron residence times (T V ).
Zusammengefasst wird die Aufgabe also gelöst durch die Verwendung eines Teilchenbeschleunigers, der mit extrem hoher Pulswiederholrate betrieben wird, in Kombination mit einem geeigneten Neutronenmoderator, der den das Target verlassenden Neutronenfluss zeitlich glättet. Dabei sind der Neutronenmoderator bzw. die Neutronenverweilzeit im Moderator und die Pulsrepetitionsrate aneinander angepasst.In summary, the problem is solved by the use of a particle accelerator, which is operated with extremely high pulse repetition rate, in combination with a suitable neutron moderator, which temporally smoothes the neutron flux leaving the target. The neutron moderator or the neutron residence time in the moderator and the pulse repetition rate are adapted to each other.
Um die hohe Pulsrepetitionsrate zu erreichen, ist eine HF-Sendeanordnung notwendig, die entsprechend geringe Füllzeiten der HF-Resonatoren der Beschleunigerstrecke ermöglicht (maximale HF-Leistung bei variierender Last). Eine Lösung dieses Problems ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, findet sich jedoch in der
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiment described below and with reference to the drawings.
Dabei zeigt:Showing:
Die
Die HF-Resonatoren
Durch die Steuervorrichtung
Mit Hilfe der Steuervorrichtung
Unabhängig davon, ob die HF-Resonatoren
In der
Wie einleitend beschrieben, bewirkt der Teilchenstrahl S im Spallationstarget
Dieser gepulste Neutronenfluss Ntar gelangt nun zunächst in einen Neutronenmoderator
Die
Xn(TV) = –C1·(TV – TV,0)2 + C2, wobei C1, C2 und TV,0 Konstanten sind, die von der Wahl des Moderators abhängen.The
X n (T V ) = -
In der Praxis hängt die Form der Verlaufskurve natürlich im Wesentlichen von Geometrie und Material des Moderators
Der durch einen einzelnen Puls bewirkte Neutronenfluss Nmod(t) hat ein qualitativ im Wesentlichen vergleichbares zeitliches Verhalten wie die in der
Durch eine geeignete Wahl des Moderators
Für den Verlauf der Nmod-Kurve in
In der
Der gesamte, überlagerte Neutronenfluss Nmod aus dem Moderator
Die Differenz zwischen dem Minimal- und dem Maximalwert des Neutronenflusses Nmod, d. h. die Schwankung ΔNmod des Neutronenflusses, hängt nun von mehreren Faktoren ab. Das Zusammenspiel zwischen dem zeitlichen Abstand ΔTpuls der Pulse des Teilchenstrahls auf der einen Seite und der Verteilung der Verweilzeiten TV für die Neutronen eines Pulses gemäß
Ist also, vereinfacht ausgedrückt, die maximale Verweilzeit TV,max kleiner als der zeitliche Abstand ΔTpuls der Pulse des Teilchenstrahls, so wird der Minimalwert Nmod,min des Neutronenflusses Nmod vergleichsweise klein, d. h. Nmod,min ≈ 0, da der durch einen ersten Puls ausgelöste Neutronenfluss bereits abgeklungen ist, wenn der durch den nachfolgenden Puls ausgelöste Neutronenfluss auftritt. Es kommt also zu keiner Akkumulation der Neutronenflüsse und zu keinem Einschwingen. Dementsprechend ist die Schwankung ΔNmod des den Moderator
Erfindungsgemäß sind nun der Moderator und die Pulsrepetitionsrate aufeinander abgestimmt. Bei einem fest vorgegebenen Moderator mit bekannten Eigenschaften insbesondere bzgl. der Verteilung Xn der Neutronenverweilzeiten TV kann mit Hilfe der Steuervorrichtung
Umgekehrt kann sich auch die Auswahl und Auslegung des Moderators
In beiden genannten Fällen der Anpassung könnte als Anpassungskriterium verwendet werden, dass die minimale Verweilzeit TV,min der Verteilung Xn(TV) zumindest dem zeitlichen Abstand ΔTpuls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Teilchenstrahls entspricht, d. h. ΔTpuls = 1/fpuls ≥ TV,min. Ein weiter einschränkendes Kriterium, das auch zur Erstellung des Diagramms der
Die Steuervorrichtung
Die hohe Pulsrepetitionsfrequenz von ≥ 3 kHz erfordert natürlich möglichst kurze Füllzeiten der HF-Energie in die HF-Kavitäten des Beschleunigers, d. h. eine möglichst große Sendeleistung. Dies ist gerade bei Hochleistungsbeschleunigern ein erstrebenswertes Ziel. Die vom Teilchenstrahl in der Kavität absorbierte Leistung sollte bekanntlich auch im Interesse eines hohen Wirkungsgrades die Verlustleistung im Beschleuniger dominieren. Damit kann während der Füll- bzw. Einschwingphase, d. h. ohne Teilchenstrahl, die gesamte verfügbare Sendeleistung zur Füllung der Kavität dienen, so dass kurze Füllzeiten ermöglicht werden. Das HF-Konzept des Beschleunigers muss so ausgelegt werden, dass möglichst viel HF-Leistung während der Füllphase, d. h. bei variabler HF-Last, zur Verfügung steht. Eine hierzu geeignete Vorrichtung einschließlich der geeigneten HF-Kavität wird bspw. in
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Legal Events
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R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20120804 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140201 |