RU185476U1 - NEUTRON PRODUCING TARGET KNOT - Google Patents
NEUTRON PRODUCING TARGET KNOT Download PDFInfo
- Publication number
- RU185476U1 RU185476U1 RU2018115499U RU2018115499U RU185476U1 RU 185476 U1 RU185476 U1 RU 185476U1 RU 2018115499 U RU2018115499 U RU 2018115499U RU 2018115499 U RU2018115499 U RU 2018115499U RU 185476 U1 RU185476 U1 RU 185476U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- neutron
- target
- accelerator
- lithium
- active material
- Prior art date
Links
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 6
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012611 container material Substances 0.000 claims 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 9
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 abstract description 6
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-YPZZEJLDSA-N beryllium-7 Chemical compound [7Be] ATBAMAFKBVZNFJ-YPZZEJLDSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- WTKKCYNZRWIVKL-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta+5] WTKKCYNZRWIVKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21G—CONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
- G21G4/00—Radioactive sources
- G21G4/02—Neutron sources
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Abstract
Предполагаемая полезная модель относится к ядерной физике, и может быть использована в источниках терапевтических нейтронов, работающих преимущественно на основе реакции 7Li(p,n)7Be, областью применения которых является медицина (дистанционно-нейтронная и нейтронозахватная терапия).The proposed utility model relates to nuclear physics, and can be used in sources of therapeutic neutrons, working mainly on the basis of the reaction 7 Li (p, n) 7 Be, the field of application of which is medicine (distance neutron and neutron capture therapy).
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства с более эффективным теплоотводом, что позволит увеличить мощность протонных потоков и тем самым повысить выход нейтронов без существенного повышения температуры мишени путем изменения конструкции мишенного узла.The task to which the claimed utility model is directed is to create a device with a more efficient heat sink, which will increase the power of proton fluxes and thereby increase the neutron yield without significantly increasing the target temperature by changing the design of the target site.
Технический результат достигается тем, что корпус мишени имеет дно из немагнитного материала, под которым помещается кольцеобразный статор электродвигателя, ротором которого является мишень из жидкого лития. Расположенное не в центре корпуса входное окно для пучка ускоренных частиц обеспечивает ядерную реакцию на различных участках поверхности вращающегося объема жидкого лития.The technical result is achieved in that the target body has a bottom of non-magnetic material, under which is placed an annular stator of an electric motor, the rotor of which is a target of liquid lithium. An inlet window for an accelerated particle beam not located in the center of the casing provides a nuclear reaction at different parts of the surface of the rotating volume of liquid lithium.
Полезный эффект состоит в том, что эффективный теплоотвод от зоны реакции в объем жидкого лития и далее во внешний охладитель позволяет без существенного изменения температурного режима мишени увеличить мощность протонных потоков и повысить выход нейтронов. Дополнительным достоинством предлагаемого устройства является герметичность внутреннего объема источника нейтронов на основе ускорителя.
Description
Предполагаемая полезная модель относится к ядерной физике и может быть применена в источниках нейтронов, выполненных на основе ускорителей заряженных частиц. Такие источники продуцируют потоки терапевтических нейтронов и предназначены преимущественно для использования в медицине, в том числе в дистанционно-нейтронной и нейтронозахватной терапии.The proposed utility model relates to nuclear physics and can be used in neutron sources based on charged particle accelerators. Such sources produce therapeutic neutron fluxes and are intended primarily for use in medicine, including remote neutron and neutron capture therapy.
Для предшествующего уровня техники традиционными являются трехслойные мишени, содержащие слой нейтроногенерирующего материала, слой-поглотитель протонного пучка и теплоотводящий слой. Известна также двухслойная нейтроногенерирующая мишень с длительным сроком эксплуатации для генерации эпитепловых нейтронов в борнейтронозахватной терапии (БНЗТ), содержащая слой нейтроногенерирующего материала и слой, являющийся одновременно поглотителем протонного пучка и теплоотводящим слоем (Патент RU 2610301, 9.02.2017). В качестве нейтроногенерирующего материала использовался слой твердого лития, в качестве поглотителя протонов и для теплоотвода - тантал.For the prior art, traditional are three-layer targets containing a layer of neutron-generating material, a proton beam-absorber layer and a heat-removing layer. Also known is a two-layer neutron-generating target with a long lifetime for generating epithermal neutrons in boron neutron capture therapy (BNCT), containing a layer of neutron-generating material and a layer that is simultaneously a proton beam absorber and a heat-removing layer (Patent RU 2610301, 02/09/2017). A layer of solid lithium was used as a neutron-generating material, tantalum was used as a proton absorber, and for heat removal.
Общим признаком аналога, совпадающим с предполагаемой полезной моделью, является реализация поглотителя протонного пучка и теплоотводящего слоя в одном изделии (в нашем случае - объеме жидкого лития), что позволяет упростить конструкцию традиционных трехслойных мишеней.A common feature of the analogue, which coincides with the proposed utility model, is the implementation of a proton beam absorber and a heat sink layer in one product (in our case, the volume of liquid lithium), which allows us to simplify the design of traditional three-layer targets.
Недостатками рассматриваемого в аналоге устройства являются невысокая стойкость к радиационному блистерингу и недостаточно эффективный теплоотвод для поддержания слоя лития в твердом состоянии при его нагреве мощным протонным пучком (не менее 10 мА). Под блистериигом понимают вздутие, локальное отслоение тонкослойного покрытия от поверхности под воздействием внешних факторов.The disadvantages of the device considered in the analogue are its low resistance to radiation blistering and insufficiently effective heat removal to maintain the lithium layer in the solid state when it is heated by a powerful proton beam (at least 10 mA). By blisteriig is meant swelling, local exfoliation of a thin-layer coating from the surface under the influence of external factors.
Между тем, мощность протонного пучка определяет величину выхода нейтронов и таким образом эффективность использования устройства для медицинских целей.Meanwhile, the power of the proton beam determines the magnitude of the neutron yield and thus the efficiency of using the device for medical purposes.
Известна жидкометаллическая мишень, содержащая патрубки подвода и отвода жидкого металла, например, эвтектики Pb-Bi, патрубок подвода протонов от ускорителя и рабочую камеру с проточной частью (Патент RU №2284676, 27.09.2006).Known liquid metal target containing nozzles for supplying and removing liquid metal, for example, eutectic Pb-Bi, nozzle for supplying protons from the accelerator and a working chamber with a flow part (Patent RU No. 2284676, 09/27/2006).
У этого аналога общим с предлагаемым устройством является подвод протонов от ускорителя и использование в качестве динамической мишени жидкого металла (в нашем случае - лития).This analogue in common with the proposed device is the supply of protons from the accelerator and the use of liquid metal (in our case, lithium) as a dynamic target.
При использовании аналогового устройства относительно просто решается вопрос с охлаждением мишени, но возникают проблемы, связанные с очисткой внутреннего объема источника нейтронов на основе ускорителя от радиоактивного загрязнения. Это происходит, в том числе, из-за наличия подвижных частей (поворотной камеры), что приводит к негерметичности внутреннего объема.When using an analog device, the problem of cooling the target is relatively easy to solve, but there are problems associated with cleaning the internal volume of the neutron source based on the accelerator from radioactive contamination. This occurs, inter alia, due to the presence of moving parts (a rotary chamber), which leads to leaks in the internal volume.
Прототипом предлагаемой полезной модели является нейтронопродуцирующий мишенный узел для источника нейтронов на основе ускорителя, содержащий мишень из активного материала, на котором производится ядерная реакция, цилиндрический или шарообразный корпус для размещения мишени с входным окном, предназначенным для ввода заряженных частиц от ускорителя, и с выходным коллимирующим окном, предназначенным для вывода нейтронов, а также средство для приведения мишени во вращательное движение и средство ее охлаждения. В одном из вариантов исполнения в качестве охлаждающей среды, заполняющей полость корпуса, использован жидкий литий, выполняющий одновременно функцию активного материала (Патент RU 2282908, 27.08.2006).The prototype of the proposed utility model is a neutron-producing target site for an accelerator-based neutron source, containing a target of the active material on which the nuclear reaction is carried out, a cylindrical or spherical housing for placing the target with an input window designed to enter charged particles from the accelerator, and with an output collimating a window intended for neutron extraction, as well as means for bringing the target into rotational motion and means for cooling it. In one embodiment, liquid lithium is used as the cooling medium filling the body cavity, which simultaneously performs the function of the active material (Patent RU 2282908, 08/27/2006).
Общим признаком прототипа, совпадающим с предлагаемым техническим решением, является нейтронопродуцирующий мишенный узел для источника нейтронов на основе ускорителя, содержащий мишень из активного материала, на котором производится ядерная реакция, цилиндрический или шарообразный корпус, заполненный жидким литием, выполняющим функцию мишени, с входным окном, предназначенным для ввода заряженных частиц от ускорителя, и с выходным коллимирующим окном, предназначенным для вывода нейтронов, а также средство для приведения мишени во вращательное движение и средство ее охлаждения.A common feature of the prototype, which coincides with the proposed technical solution, is a neutron-producing target site for an accelerator-based neutron source, containing a target of an active material on which a nuclear reaction is carried out, a cylindrical or spherical body filled with liquid lithium acting as a target, with an input window, designed to enter charged particles from the accelerator, and with an output collimating window designed to remove neutrons, as well as means for bringing the target into rotation thorough movement and means of its cooling.
В прототипе объем жидкого лития, заполняющий корпус, используется для охлаждения, а использование его в качестве мишени является вспомогательным. Основная мишень прототипа выполнена в виде тонкостенной оболочки вращения и расположена на внутренней поверхности корпуса, а охлаждающая среда заполняет корпус или циркулирует снаружи. Для использования в бор-нейтронозахватной терапии параметры пучка протонов должны составлять: энергия 1,91 МэВ, ток 10 мА, что соответствует мощности пучка ~20 кВт. Поскольку практически вся энергия пучка заряженных частиц (протонов) трансформируется в тепловую энергию, нагревая слой пробега протонов у поверхности мишени, вопросу температурных режимов должно уделяться особое внимание. При использовании тонкослойных мишеней из твердых материалов необходимо обеспечить:In the prototype, the volume of liquid lithium filling the body is used for cooling, and its use as a target is auxiliary. The main target of the prototype is made in the form of a thin-walled shell of revolution and is located on the inner surface of the housing, and the cooling medium fills the housing or circulates outside. For use in boron-neutron capture therapy, the proton beam parameters should be: energy 1.91 MeV, current 10 mA, which corresponds to a beam power of ~ 20 kW. Since almost all the energy of a beam of charged particles (protons) is transformed into thermal energy, heating the proton path layer near the target surface, special attention should be paid to the temperature regimes. When using thin-layer targets from solid materials, it is necessary to ensure:
- хорошую адгезию между слоями разнородных материалов в условиях нагрева (например, лития и палладия или лития и тантала);- good adhesion between layers of dissimilar materials under heating conditions (for example, lithium and palladium or lithium and tantalum);
- высокую стойкость к радиационному блистерингу;- high resistance to radiation blistering;
- эффективный теплоотвод от активного материала при его нагреве мощным протонным пучком.- effective heat removal from the active material when it is heated by a powerful proton beam.
Особенно критичным становится эффективность теплоотвода при использовании в качестве активного материала твердого лития, температура плавления которого составляет около 180°С. В прототипе жидкостное охлаждение мишени выполняется двумя способами - в первом средство для приведения мишени, выполненной в виде тонкостенной оболочки вращения (совместно с корпусом) содержит привод, вал которого жестко соединен с осью вращения тонкостенной оболочки, во втором сфера размещена в жидкости, охлаждающей полость корпуса, во взвешенном состоянии, а средством приведения ее во вращение служит поток охлаждающей среды.The efficiency of heat removal when using solid lithium as an active material, the melting point of which is about 180 ° C, becomes especially critical. In the prototype, liquid cooling of the target is performed in two ways - in the first, the means for bringing the target, made in the form of a thin-walled shell of revolution (together with the body) contains a drive whose shaft is rigidly connected to the axis of rotation of the thin-walled shell, in the second sphere is placed in the liquid cooling the cavity of the body in suspension, and the means of bringing it into rotation is the flow of the cooling medium.
К недостатком мишенного узла, описанного в прототипе, относится, во-первых, недостаточно эффективный теплоотвод, и как результат - невозможность использовать мощные потоки протонов, что приводит к невысокому выходу нейтронов. Так, при эксплуатации этого мишенного узла реакция 7Li(p,n)7Be изучена при токах 1-2 мА. Это соответствует мощности пучка 2-4 кВт. Современный уровень развития БНЗТ с учетом достижений медицины, технологий и фармпрепаратов требует увеличения мощности примерно на порядок.The disadvantage of the target site described in the prototype is, firstly, insufficiently efficient heat removal, and as a result, the inability to use powerful proton fluxes, which leads to a low neutron yield. So, during the operation of this target unit, the reaction 7 Li (p, n) 7 Be was studied at currents of 1-2 mA. This corresponds to a beam power of 2-4 kW. The current level of development of BNCT, taking into account the achievements of medicine, technology and pharmaceuticals, requires an increase in power by about an order of magnitude.
Вторым недостатком мишенного узла, описанного в прототипе, является наличие подвижных частей (механического привода), что приводит к негерметичности внутреннего объема источника нейтронов на основе ускорителя; этот внутренний объем включает и мишенный узел.The second disadvantage of the target node described in the prototype is the presence of moving parts (mechanical drive), which leads to leaks in the internal volume of the neutron source based on the accelerator; this internal volume also includes the target site.
Техническим результатом, который достигается предлагаемой полезной моделью, является создание устройства с более эффективным теплоотводом, что позволит увеличить мощность протонных потоков и тем самым повысить выход нейтронов без существенного повышения температуры мишени.The technical result achieved by the proposed utility model is the creation of a device with a more efficient heat sink, which will increase the power of proton fluxes and thereby increase the neutron yield without a significant increase in the target temperature.
Технический результат в предлагаемом устройстве достигается тем, что изготовленный из материала с высокой теплопроводностью (металла) корпус имеет дно из немагнитного материала (керамики), под которым помещается кольцеобразный статор электродвигателя, ротором которого является активный материал, а входное окно для ввода заряженных частиц от ускорителя расположено не в центре корпуса.The technical result in the proposed device is achieved in that the housing made of a material with high thermal conductivity (metal) has a bottom made of non-magnetic material (ceramic), under which is placed an annular stator of the electric motor, the rotor of which is the active material, and the input window for entering charged particles from the accelerator not located in the center of the case.
Средство охлаждения мишени может включать внешний охладитель, примыкающий к корпусу, в котором в качестве охлаждающей среды используется вода или галлий.The target cooling means may include an external cooler adjacent to the housing, in which water or gallium is used as the cooling medium.
Кроме того, на дне или стенке корпуса нейтронопродуцирующего мишенного узла может находиться имеется выступ, обеспечивающий при вращении активного материала перемешивание лития не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскостях.In addition, there may be a protrusion on the bottom or wall of the body of the neutron-producing target site, which rotates the active material to mix lithium not only in the horizontal, but also in the vertical planes.
Для достижения технического результата в предлагаемом нейтронопродуцирующем мишенном узле для источника нейтронов на основе ускорителя, содержащем мишень из активного материала, на котором производится ядерная реакция, цилиндрический или шарообразный корпус, заполненный жидким литием, выполняющим функцию мишени, с входным окном, предназначенным для ввода заряженных частиц от ускорителя, и с выходным коллимирующим окном, предназначенным для вывода нейтронов, а также средство для приведения мишени во вращательное движение и средство ее охлаждения, изготовленный из материала с высокой теплопроводностью (металла) корпус имеет дно из немагнитного материала (керамики), под которым помещается кольцеобразный статор электродвигателя, ротором которого является активный материал, а входное окно для ввода заряженных частиц от ускорителя расположено не в центре корпуса.To achieve a technical result in the proposed neutron-producing target site for a neutron source based on an accelerator containing a target of an active material on which a nuclear reaction is carried out, a cylindrical or spherical body filled with liquid lithium, acting as a target, with an input window designed to enter charged particles from the accelerator, and with an exit collimating window designed to output neutrons, as well as means for bringing the target into rotational motion and means e cooling made of a material with high thermal conductivity (metal) housing has a bottom of a nonmagnetic material (ceramic), under which is placed an annular stator of the motor, the rotor of which is the active material, and an input window for input charged particles from an accelerator is not located in the center of the housing.
Предлагаемый объект поясняется фигурой, на которой схематически изображена конструкция предлагаемого мишенного узла.The proposed object is illustrated by a figure, which schematically shows the design of the proposed target site.
Нейтронопродуцирующий мишенный узел состоит из корпуса 2, выполненного из материала с высокой теплопроводностью (металла - тантала или бериллия), с неметаллическим дном 3 (из керамики) и имеет форму цилиндра или сферы. Боковая поверхность корпуса соединена с внешним охладителем 6. В корпусе находится активный материал - жидкий литий 1, который приводится во вращение в горизонтальной плоскости с помощью кольцеобразного статора электродвигателя 4, по отношению к которому литий является ротором. Внутренний выступ корпуса 7 (таких выступов может быть несколько) позволяет перемешивать объем лития не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскостях. Пучок заряженных частиц 5 попадает в зону реакции (на литий) через входное окно, расположенное не в центре корпуса; такое расположение окна обеспечивает перемещение зоны реакции на поверхности жидкого лития при его вращении. Выходное коллимирующее окно 8 предназначено для вывода нейтронов из мишенного узла.The neutron-producing target assembly consists of a
Заявляемое устройство работает следующим образом.The inventive device operates as follows.
Сначала во внешний охладитель 6, который примыкает к корпусу 2, имеющему немагнитное дно 3, подается нагретый свыше 189°С воздух для расплава лития 1. После расплава лития с целью его вращения (перемешивания) подается напряжение на обмотки статора 4. Наличие внутреннего выступа корпуса 7 обеспечивает дополнительное перемешивание объема лития не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскостях. Далее на входное окно мишенного узла направляется пучок заряженных частиц 5 от ускорителя и во внешний охладитель подается охлаждающая жидкость (вода или галлий). В результате ядерной реакции нейтроны в каждый момент времени образуются на небольшом участке поверхности жидкого лития, обращенном к окну. Проходя через объем лития, нейтроны выходят наружу через выходное коллимирующее окно 8. Естественно, что участок поверхности, на котором только что возникла реакция, испытывает нагрев. Однако в следующий момент времени этот участок в результате принудительной конвекции отдает объему лития аккумулированное тепло и охлаждается в процессе полного поворота мишени практически до температуры этого объема. Принудительная конвекция является наиболее эффективным методом перемешивания среды и позволяет значительно повысить эффективность теплоотвода (http://chem21.info/page/049233227074032039028022092041036159187254162060/).First, the
К достоинствам предлагаемого устройства относится отсутствие подвижных частей, соединяющих внутренний и внешний объемы корпуса мишени, то есть герметичность внутреннего объема источника нейтронов на основе ускорителя, включающего мишенный узел, не нарушена. Герметичность корпуса снимает основное возражение против использования жидкого лития как активного материала, который состоит в том, что жидкий литий повлечет распространение паров лития и образующегося радиоактивного изотопа бериллий-7 по установке (http://www.findpatent.ru/patent/261/2610301.html RU 2610301, опубликовано 9.02.2017).The advantages of the proposed device include the absence of moving parts connecting the internal and external volumes of the target body, that is, the tightness of the internal volume of the neutron source based on the accelerator, including the target node, is not broken. The tightness of the case removes the main objection to the use of liquid lithium as an active material, which consists in the fact that liquid lithium will entail the spread of lithium vapor and the resulting radioactive isotope beryllium-7 according to the installation (http://www.findpatent.ru/patent/261/2610301 .html RU 2610301, published 02/09/2017).
Выбор реакции для решения конкретных прикладных задач определяется параметрами ускорителя, необходимой энергией нейтронов, а также наибольшим их выходом. Для ускорителя с предельной энергией 2,5-3 МэВ наибольший выход нейтронов может быть получен с использованием реакций 7Li(p,n)7Ве и 9Ве(d,n)10В, 7Li(d,n)24He. Ядерные реакции, протекающие в мишени из металлического лития при бомбардировке ионами водорода (протоны, дейтроны) с энергией 2-3 МэВ, являются наиболее перспективными для создания терапевтических пучков нейтронов с различными энергиями (О.Е. Кононов, В.Н. Кононов, М.В. Боховко, Д.Е. Гремячкин «Концепция создания безреакторного интенсивного источника нейтронов для лучевой терапии на базе ускорителя ионов водорода» // Известия вузов. Ядерная энергетика, №4, 2013. С. 86-94).The choice of reaction for solving specific applied problems is determined by the parameters of the accelerator, the necessary neutron energy, and also their greatest yield. For an accelerator with a limiting energy of 2.5-3 MeV, the highest neutron yield can be obtained using the reactions 7 Li (p, n) 7 Be and 9 Be (d, n) 10 V, 7 Li (d, n) 2 4 He . Nuclear reactions occurring in a target made of lithium metal when bombarded with hydrogen ions (protons, deuterons) with an energy of 2-3 MeV are the most promising for creating therapeutic neutron beams with different energies (O.E. Kononov, V.N. Kononov, M .V. Bokhovko, D.E. Gremyachkin "The concept of creating a non-reactor intense neutron source for radiation therapy based on a hydrogen ion accelerator" // University Proceedings. Nuclear Energy, No. 4, 2013. P. 86-94).
Основное требование, предъявляемое к пучку эпитепловых (терапевтических) нейтронов: плотность потока нейтронов должна быть выше 109 см-2с-1 с тем, чтобы длительность терапии была менее одного часа (Ю. Таскаев «Ускорительный источник эпитепловых нейтронов» // Физика элементарных частиц и атомного ядра 2015. Т. 46. Вып. 6.) Это требование позволяет реализовать предлагаемое устройство вследствие высокой эффективности теплоотвода от зоны реакции.The main requirement for a beam of epithermal (therapeutic) neutrons: the neutron flux density should be higher than 10 9 cm -2 s -1 so that the duration of therapy is less than one hour (Yu. Taskaev “Accelerator source of epithermal neutrons” // Elementary Physics of particles and atomic nucleus 2015. T. 46.
В прототипе указано, что при скорости вращения 200-300 об/мин пятно диаметром J=50 мм на сфере d=150 мм нагреется под пучком на дополнительную температуру 150-200°С (Патент RU 2282908, 27.08.2006), но не указана продолжительность рабочего режима. Наши оценки дают, что при тех же параметрах мишенного узла и скорости вращения активного материала 100-150 об/мин температура активного материала в рабочем режиме может поддерживаться в интервале (200-250)°С в течение 1 часа при токе нейтронного пучка 10 мА, что соответствует мощности ~20 кВт. При такой температуре концентрации паров лития и бериллия пренебрежимо малы (см. таблицу).The prototype indicates that at a rotation speed of 200-300 rpm, a spot with a diameter of J = 50 mm on a sphere d = 150 mm will be heated under the beam to an additional temperature of 150-200 ° C (Patent RU 2282908, 08/27/2006), but not indicated operating time. Our estimates give that, with the same parameters of the target assembly and the active material rotation speed of 100-150 rpm, the temperature of the active material in the operating mode can be maintained in the range (200-250) ° С for 1 hour at a neutron beam current of 10 mA, which corresponds to a power of ~ 20 kW. At this temperature, the concentrations of lithium and beryllium vapor are negligible (see table).
(Несмеянов А.Н. Давление пара химических элементов, М., Изд-во АН СССР, 1961).(Nesmeyanov A.N. Steam pressure of chemical elements, M., Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1961).
Предлагаемое устройство позволит создать нейтронопродуцирующий мишенный узел для ускорителей потоков заряженных частиц с эффективным теплоотводом, что разрешит увеличить мощность протонных потоков и повысить выход нейтронов. Это позволит получать требуемые потоки терапевтических нейтронов для использования в нейтронной (преимущественно дистанционно-нейтронной и нейтронозахватной) терапии.The proposed device will allow you to create a neutron-producing target site for accelerators of charged particle fluxes with efficient heat removal, which will increase the power of proton fluxes and increase the neutron yield. This will allow to obtain the required therapeutic neutron fluxes for use in neutron (mainly distance-neutron and neutron capture) therapy.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018115499U RU185476U1 (en) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | NEUTRON PRODUCING TARGET KNOT |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018115499U RU185476U1 (en) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | NEUTRON PRODUCING TARGET KNOT |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU185476U1 true RU185476U1 (en) | 2018-12-06 |
Family
ID=64577070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018115499U RU185476U1 (en) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | NEUTRON PRODUCING TARGET KNOT |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU185476U1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4582667A (en) * | 1978-11-18 | 1986-04-15 | Kernforschungsanlage Julich Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung | Target arrangement for spallation-neutron-sources |
| RU2282908C2 (en) * | 2003-10-06 | 2006-08-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики Имени Академика Е.И. Забабахина (Рфяц Вниитф) | Neutron-producing target assembly |
| RU2284676C1 (en) * | 2005-03-21 | 2006-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет (ГОУВПО НГТУ) | Liquid-metal target |
| RU2610301C1 (en) * | 2015-11-25 | 2017-02-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) | Neutron-generating target |
-
2018
- 2018-04-24 RU RU2018115499U patent/RU185476U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4582667A (en) * | 1978-11-18 | 1986-04-15 | Kernforschungsanlage Julich Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung | Target arrangement for spallation-neutron-sources |
| RU2282908C2 (en) * | 2003-10-06 | 2006-08-27 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики Имени Академика Е.И. Забабахина (Рфяц Вниитф) | Neutron-producing target assembly |
| RU2284676C1 (en) * | 2005-03-21 | 2006-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет (ГОУВПО НГТУ) | Liquid-metal target |
| RU2610301C1 (en) * | 2015-11-25 | 2017-02-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) | Neutron-generating target |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6961662B2 (en) | Fusion reaction methods, equipment, and systems | |
| JP6814167B2 (en) | Isotope generation system with a vibrating device and isotope generation method | |
| BR112012002147B1 (en) | systems and methods for plasma compression with projectile recycling | |
| US20240015876A1 (en) | System Of Converging Plasma Pistons | |
| CN108401354A (en) | A kind of rotary target for accelerator neutron generator | |
| JP2018517130A (en) | Method and associated apparatus for use in power generation | |
| JP2023520020A (en) | High energy plasma generator using radio frequency and neutral beam power | |
| RU185476U1 (en) | NEUTRON PRODUCING TARGET KNOT | |
| Hu et al. | Simulations on the thermal and mechanical performance of the rotating target system of accelerator-driven neutron source for Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) | |
| WO2019021959A1 (en) | Nuclear fusion reactor, thermal equipment, external combustion engine, electricity generating device, and moving body | |
| CN112309591A (en) | Method and device for realizing low-temperature controllable nuclear fusion by neutron number multiplication | |
| Ho et al. | Radiation converter physics and a method for obtaining the upper limit for gain in heavy ion fusion | |
| WO2023104729A1 (en) | High power converter target assembly, related facility and method to produce bremsstrahlung for photonuclear reactions | |
| Ryutov et al. | Plasma liner with an intermediate heavy shell and thermal pressure drive | |
| US20230187089A1 (en) | Fast-neutron flux radiating device with an improved support for a target of radiations and radiating method thereof | |
| Thio | Magneto-inertial fusion: An emerging concept for inertial fusion and dense plasmas in ultrahigh magnetic fields | |
| JP2015129735A (en) | Nuclear fusion power reactor which performs self-ignition by using semiconductor laser as ignition means for self-ignition conditions of nuclear fusion power reactor which does not emit neutrons at all with d-h e3 or b11 -p as nuclear fusion fuel using laser beam or semiconductor laser | |
| Zhang et al. | Warm-dense-matter state of iron generated by intense heavy-ion beams | |
| CN105591522A (en) | Plasma ball vortex magnetic field power generation technology | |
| Belov et al. | Neutron producing target for accelerator based neutron source for NCT | |
| CN102568635A (en) | Particle revolving acceleration-type atomic pile | |
| Bauer et al. | Magnetized high energy density laboratory plasmas | |
| Skorkin et al. | The high-current deuteron accelerator for the neutron therapy | |
| TW201947608A (en) | Direct energy conversion - applied electric field | |
| Sievers et al. | Positron Source using channeling with a granular converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190425 |