RU2073964C1 - Method for producing neutrons and gamma-quanta - Google Patents
Method for producing neutrons and gamma-quanta Download PDFInfo
- Publication number
- RU2073964C1 RU2073964C1 RU9494037982A RU94037982A RU2073964C1 RU 2073964 C1 RU2073964 C1 RU 2073964C1 RU 9494037982 A RU9494037982 A RU 9494037982A RU 94037982 A RU94037982 A RU 94037982A RU 2073964 C1 RU2073964 C1 RU 2073964C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- neutrons
- deuterium
- shock
- gamma
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к способу получения нейтронов и гамма-квантов в импульсном режиме за счет осуществления реакции синтеза ядер дейтерия и трития в различных веществах при комнатных температурах. The present invention relates to a method for producing neutrons and gamma rays in a pulsed mode due to the synthesis of deuterium and tritium nuclei in various substances at room temperatures.
Традиционный способ получения нейтронов и гамма-квантов состоит в использовании явления распада изотопов различных элементов. The traditional method of producing neutrons and gamma rays is to use the phenomenon of decay of isotopes of various elements.
Мощный поток нейтронов и гамма-квантов возникает при осуществлении реакции термоядерного синтеза, требующей достижения температур около 108К и давлений в десятки и сотни мегабар.A powerful flux of neutrons and gamma rays arises from the implementation of the thermonuclear fusion reaction, which requires reaching temperatures of about 10 8 K and pressures of tens and hundreds of megabars.
В предлагаемом способе используется явление так называемого низкотемпературного ядерного синтеза (ДАН СССР, 1989, т.307, с.99), которое состоит в том, что при определенных условиях в твердых телах осуществляется реакция синтеза ядер дейтерия и трития при комнатных или не превышающих нескольких сотен градусов Кельвина температурах, сопровождающаяся образованием нейтронов и гамма-квантов. In the proposed method, the phenomenon of the so-called low-temperature nuclear fusion is used (DAN USSR, 1989, v. 307, p. 99), which consists in the fact that under certain conditions, the synthesis of deuterium and tritium nuclei occurs in solids with room or not exceeding several hundreds of degrees Kelvin temperatures, accompanied by the formation of neutrons and gamma rays.
В частности, известен способ проведения реакций низкотемпературного синтеза дейтерия путем насыщения чистых металлов дейтерием. При этом насыщение проводят с помощью электролиза или из газовой фазы под давлением. В качестве "накопителя" дейтерия применяют, как правило, переходные металлы Pd и Ti, обладающие высокой способностью к растворению водорода и его изотопов. Для ускорения процесса ядерного синтеза на насыщенные дейтерием образцы воздействуют ультразвуком, термо-, крио- и электроударами (ДАН СССР, 1989, т. 307, с. 99; Препринт ФИАН N 149, Москва, 1989). При проведении этих реакций наблюдается выделение нейтронов или гамма-квантов, но с невысокой интенсивностью, число нейтронов не превышает долей нейтрона на грамм вещества. In particular, a known method for carrying out reactions of low-temperature synthesis of deuterium by saturation of pure metals with deuterium. In this case, saturation is carried out using electrolysis or from the gas phase under pressure. As a “storage ring" of deuterium, as a rule, transition metals Pd and Ti are used, which are highly capable of dissolving hydrogen and its isotopes. To accelerate the process of nuclear fusion, samples saturated with deuterium are exposed to ultrasound, thermo-, cryo- and electric shocks (DAN USSR, 1989, v. 307, p. 99; Preprint FIAN N 149, Moscow, 1989). During these reactions, the emission of neutrons or gamma rays, but with a low intensity, the number of neutrons does not exceed the fraction of a neutron per gram of substance.
Известно также использование переходных и редкоземельных металлов Ti, Pd (в дальнейшем именуемых металлами с d и f валентными электронами) проведения низкотемпературной реакции ядерного синтеза (Р. Н. Кузьмин, Б.Н. Швилкин "Холодный ядерный синтез", М. Знание, 1989; Frascaty preprint LNF-89/048 (p), September, 1989; Nuovo Cimento, 1989, v.191, p.841; LANL Report LA-VR-89-1570, 1989; Tyengar P.K. "Paper submitted to 5th Intern, conferece on Emerging Nuclear Energy Systems", Karlsruhe, FRG, July, 3-6, 1989). В этом случае указанные металлы просто насыщают дейтерием, а реакцию ядерного синтеза наблюдают либо при их растрескивании в процессе насыщения дейтерием, либо при термоциклировании. При осуществлении этих экспериментов нейтронов выделяется несколько больше. It is also known to use transition and rare-earth metals Ti, Pd (hereinafter referred to as metals with d and f valence electrons) for carrying out a low-temperature nuclear fusion reaction (RN Kuzmin, BN Shvilkin "Cold nuclear fusion", M. Knowledge, 1989 ; Frascaty preprint LNF-89/048 (p), September, 1989; Nuovo Cimento, 1989, v.191, p.841; LANL Report LA-VR-89-1570, 1989; Tyengar PK "Paper submitted to 5th Intern. conferece on Emerging Nuclear Energy Systems ", Karlsruhe, FRG, July 3-6, 1989). In this case, these metals are simply saturated with deuterium, and the nuclear fusion reaction is observed either when they crack during deuterium saturation, or during thermal cycling. During the implementation of these experiments, a few more neutrons are emitted.
Наиболее близким по существу к заявленному способу является способ, описанный в работе (Письма ЖТФ, 1986, т.12, с.1333). Согласно этому способу в качестве материала для проведения реакции был взят монокристалл LiD. Этот монокристалл устанавливают на свинцовую подложку под тонкую латунную крышку и по нему через латунную крышку ударяют металлическим бойком массой 50 г, который разгоняют в стволе газовой пушки до скорости около 200 м/с. При этом наблюдается выделение слабого потока нейтронов, что говорит о протекании реакции ядерного синтеза. The closest in essence to the claimed method is the method described in the work (Letters of ZhTF, 1986, v.12, p.1333). According to this method, a LiD single crystal was taken as a material for carrying out the reaction. This single crystal is mounted on a lead substrate under a thin brass cover and is struck through a brass cover with a metal striker weighing 50 g, which is accelerated in the barrel of a gas gun to a speed of about 200 m / s. In this case, the release of a weak neutron flux is observed, which indicates the occurrence of a nuclear fusion reaction.
В основу заявляемого изобретения положена задача разработать способ получения нейтронов и гамма квантов, который обеспечивал повышение выхода нейтронов и гамма-квантов до уровня, представляющего практический интерес, за счет реализации механизма сближения атомов дейтерия в локальных областях материала, а также обеспечивал возможность получать нейтроны и гамма-кванты в импульсно-периодическом режиме. The basis of the claimed invention is the task of developing a method for producing neutrons and gamma quanta, which provided an increase in the yield of neutrons and gamma quanta to a level of practical interest due to the implementation of the mechanism of rapprochement of deuterium atoms in local areas of the material, and also provided the ability to obtain neutrons and gamma quanta in a pulse-periodic mode.
Эта задача решается тем, что насыщают металл дейтерием до образования выделения гидридной фазы, осуществляют ударное воздействие на металлический образец при температуре окружающей среды, которое сопровождается прохождением ударной волны и образованием неоднородного напряженно-деформированного состояния по объему металла, при этом в качестве материала образца используют атомы металлов с валентными d и f электронами, образующие стабильные соединения с дейтерием, после насыщения металла дейтерием производят механическую и/или термическую обработку для создания в металле структурных неоднородностей, а ударное воздействие осуществляют при амплитуде нагрузки, превышающей 25 ГПА, относительном изменении объема металла не более 30% и температуре ударно-сжатого металла до 3000 К. This problem is solved by saturating the metal with deuterium until the hydride phase precipitates, performing a shock action on the metal sample at ambient temperature, which is accompanied by the passage of the shock wave and the formation of an inhomogeneous stress-strain state over the volume of the metal, while atoms are used as the material of the sample metals with valence d and f electrons forming stable compounds with deuterium, after saturation of the metal with deuterium, they produce mechanical and / or thermal ical treatment for creating irregularities in the metal structure, and impact action is performed when the load amplitude exceeding 25 GPa, the relative change in volume of the metal is not more than 30% and a temperature shock-compressed metal to 3000 K.
Ударное воздействие осуществляется различными путями: налетающим ударником; ударной волной, образующейся, например, при электрическом разряде в жидкости; лазерным импульсом; потоком частиц; пропусканием через материал импульса электрического тока и так далее. Impact action is carried out in various ways: by an attacking drummer; a shock wave formed, for example, during an electric discharge in a liquid; laser pulse; particle stream; passing an electric current pulse through the material and so on.
Целесообразно осуществлять механическую обработку металла путем прокатки металла, а термическую обработку металла целесообразно осуществлять путем отжига и/или закалки металла. It is advisable to carry out the mechanical processing of metal by rolling metal, and heat treatment of the metal, it is advisable to carry out by annealing and / or hardening of the metal.
Механическая обработки металла проводится в условиях, приводящих к большим сдвиговым напряжениям и деформациям: (волочение, прокатка, кручение, экструдирование, их различные комбинации). Metal machining is carried out under conditions leading to large shear stresses and strains: (drawing, rolling, torsion, extrusion, their various combinations).
В процессе пластической деформации материала при достижении определенного уровня напряжения (Рс) в зонах деформации материал переходит в новое структурное состояние динамического типа (сильновозбужденное состояние), представляющее совокупность (смесь) кластеров с различным типом ближнего порядка (В. Е. Егорушкин, В. Е.Панин, Е.В.Савушкин, Ю.А.Хон, Известия ВУЗов, 1987, N 6). Под кластером здесь понимается группа одноименных или разноименных атомов. Расположение атомов и расстояния между ними определяют тип ближнего порядка. Тип возникающего ближнего порядка определяется структурой, составом и свойствами материала в локальной зоне. При достаточно малой скорости и интенсивности нагружения в возбужденной зоне формируется структура, в которой расстояние между атомами порядка -0,1 нм, и она распадается с образованием потока дефектов. Если амплитуда Р и длительность t ударной нагрузки удовлетворяют соотношениям:
P>Pc
t<tc (1)
где Pc, tc критические параметры, зависящие от порядкового номера элемента, числа компонентов в соединении и его структурного состояния, то подводимой энергии становится достаточно для образования кластеров с ближним порядком, не характерным для идеального кристалла, в том числе кластеров, в которых расстояния между атомами дейтерия d<<0,1 нм. Важно подчеркнуть, что и возбужденное состояние и разные типы кластеров существуют только в динамически нагруженном кристалле. Число таких кластеров определяется составом материала, его внутренней структурой и условиями нагружения. При этом чем неоднороднее материал, тем больше будет число областей с сильновозбужденным состоянием материала. Поэтому различные виды механической (прокатка, ковка и пр) и термической (отжиг, закалка) обработки, усиливающие неоднородность материала, будут увеличивать поток нейтронов и гамма-квантов.In the process of plastic deformation of a material, when a certain level of stress (Pc) is reached in the deformation zones, the material goes into a new structural state of the dynamic type (highly excited state), which is a collection (mixture) of clusters with various types of short-range order (V.E. Egorushkin, V. E . Panin, E.V. Savushkin, Yu.A. Khon, Izvestia VUZov, 1987, N 6). By cluster here is meant a group of like or opposite atoms. The arrangement of atoms and the distances between them determine the type of short-range order. The type of short-range order that arises is determined by the structure, composition and properties of the material in the local zone. At a sufficiently low speed and loading intensity, a structure is formed in the excited zone in which the distance between the atoms is of the order of -0.1 nm, and it decomposes with the formation of a defect flux. If the amplitude P and the duration t of the shock load satisfy the relations:
P> Pc
t <tc (1)
where Pc, tc are critical parameters depending on the element serial number, the number of components in the compound and its structural state, the energy supplied becomes sufficient for the formation of short-range clusters that are not characteristic of an ideal crystal, including clusters in which the distances between atoms deuterium d << 0.1 nm. It is important to emphasize that both the excited state and different types of clusters exist only in a dynamically loaded crystal. The number of such clusters is determined by the composition of the material, its internal structure, and loading conditions. Moreover, the more heterogeneous the material, the greater will be the number of regions with a highly excited state of the material. Therefore, various types of mechanical (rolling, forging, etc.) and thermal (annealing, hardening) processing, enhancing the heterogeneity of the material, will increase the flux of neutrons and gamma rays.
Физической причиной изменения межатомных расстояний в таких кластерах является появление дополнительного химического взаимодействия атомов, обусловленное перераспределением электронной плотности вследствие динамических внешних воздействий. При этом связь носит резонансный характер, обусловленный d и f электронами металла. Другими словами, сближение атомов до расстояний d<<0,1 нм и образование связанного состояния атомов дейтерия обусловлено общим возрастанием энергии во всем кластере. Расчеты показывают, что кластер, в котором два атома дейтерия образуют связанное состояние с d<<0,1 нм должен содержать около 1000 100000 атомов. The physical reason for the change in interatomic distances in such clusters is the appearance of an additional chemical interaction of atoms, due to the redistribution of electron density due to dynamic external influences. In this case, the bond is resonant in nature, due to the d and f electrons of the metal. In other words, the approach of atoms to distances d << 0.1 nm and the formation of the bound state of deuterium atoms is due to a general increase in energy throughout the cluster. Calculations show that a cluster in which two deuterium atoms form a bound state with d << 0.1 nm should contain about 1000 to 100000 atoms.
Время t существования указанных неравновесных кластеров определяется условием. The time t of existence of these nonequilibrium clusters is determined by the condition.
t≈l2/D=tc (2)
где l характерный размер кластера, D коэффициент диффузии. Поэтому время нарастания нагрузки до максимального значения должно определяться условием t<tc. Для l≈0,1 1 нм и D≈10-11 см2/с находим t≈10-5 10-3c. Видно, что высокие температуры, увеличивающие D, резко уменьшают tс.t≈l 2 / D = tc (2)
where l is the characteristic cluster size, D is the diffusion coefficient. Therefore, the rise time of the load to the maximum value should be determined by the condition t <tc. For l≈0.1 1 nm and D≈10 -11 cm 2 / s, we find t≈10 -5 10 -3 s. It can be seen that high temperatures increasing D sharply decrease tс.
Таким образом, для проведения реакции ядерного синтеза при низких температурах необходимо кристалл, в структуре которого имеются химически связанные с атомами матрицы атомы дейтерия, подвергнуть ударной нагрузке с указанными выше параметрами. По изложенным причинам атомы дейтерия сближаются друг с другом до расстояний, при которых между ними протекает реакция синтеза. Thus, to carry out the nuclear fusion reaction at low temperatures, it is necessary that the crystal, in the structure of which there are deuterium atoms chemically bonded to the matrix atoms, be subjected to shock loading with the above parameters. For the reasons stated above, the deuterium atoms approach each other to distances at which a synthesis reaction proceeds between them.
Физические условия выбора диапазона давления на фронте ударной волны состоят в следующем. Вероятность образования кластера (Po) определяется выражением
Po= exp[-(σt/σ)2], (3)
где σt напряжение, соответствующее потере устойчивости кристаллической решетки и являющееся характеристикой материала, σ напряжение в зоне концентратора напряжений, создаваемое внешней нагрузкой. Из анализа этой формулы следует, что зависимость Po от s имеет S-образную форму, меняясь от нуля при s=0 до 1 при σ_→ ∞.. Например, при 
P o = exp [- (σ t / σ) 2 ], (3)
where σ t is the voltage corresponding to the loss of stability of the crystal lattice and which is a characteristic of the material, σ is the stress in the zone of the stress concentrator created by the external load. From the analysis of this formula it follows that the dependence of P o on s is S-shaped, changing from zero at s = 0 to 1 as σ_ → ∞ .. For example, when
Указанные параметры нагрузки позволяют ударно-нагруженный материал сохранить и подвергнуть его вторичной ударной нагрузке. То есть появляется возможность получать нейтроны и гамма-кванты в импульсно-периодическом режиме. The indicated load parameters allow the shock-loaded material to be stored and subjected to secondary shock load. That is, it becomes possible to obtain neutrons and gamma rays in a pulse-periodic mode.
Способ осуществлялся при комнатной температуре следующим образом. Образец из сплава TiPd стехиометрического состава в упорядоченном состоянии размером (10х10х1) мм насыщался дейтерием до концентрации, при которой объемная доля гидрадной фазы составляла примерно 50% и затем закаливался. После этого образец помещался в герметичную камеру, заполненную водой. В воде производился высоковольтный электрический разряд с длительностью 3-8 мкс. Ударное воздействие может осуществляться различными способами, такими как: механическое воздействие, световое с использованием лазерного излучения, электрическое и тому подобное. Меняя величину подводимой энергии до 30 кДж в импульсе, амплитуду ударной волны увеличивали до 2 ГПа. Для достижения критических напряжений в материале нагрузку производили через стальную пластинку размером (20х20х5) мм, в которой прорезались треугольные канавки глубиной 0,5 мм. Это позволяло уменьшать площадь нагрузки на образец и, тем самым, увеличивать давление. Величину напряжений оценивали делением давления ударной волны в воде на площадь контакта. О протекании реакции судили по показаниям счетчика нейтронов и гамма-квантов. The method was carried out at room temperature as follows. A sample of TiPd alloy of stoichiometric composition in an ordered state of size (10 × 10 × 1) mm was saturated with deuterium to a concentration at which the volume fraction of the hydride phase was approximately 50% and then quenched. After that, the sample was placed in a sealed chamber filled with water. A high-voltage electric discharge with a duration of 3-8 μs was produced in water. Impact action can be carried out in various ways, such as: mechanical action, light using laser radiation, electrical and the like. Changing the amount of energy supplied to 30 kJ per pulse, the amplitude of the shock wave was increased to 2 GPa. To achieve critical stresses in the material, the load was made through a steel plate of size (20x20x5) mm, in which triangular grooves 0.5 mm deep were cut. This made it possible to reduce the load area on the sample and, thereby, increase the pressure. The magnitude of the stresses was estimated by dividing the pressure of the shock wave in water by the contact area. The course of the reaction was judged by the readings of the counter of neutrons and gamma rays.
Реализация описанного выше процесса показала следующее. При давлениях меньше 25 ГПа нейтронов и гамма-квантов не наблюдается. При давлениях свыше 25 ГПа в момент удара фиксировались нейтроны и гамма-кванты в количестве 10-50 нейтронов и нескольких гамма-квантов (3-10) на грамм вещества. The implementation of the process described above showed the following. At pressures less than 25 GPa, neutrons and gamma rays are not observed. At pressures above 25 GPa, at the moment of impact, neutrons and gamma rays in the amount of 10-50 neutrons and several gamma rays (3-10) per gram of substance were detected.
Полученное значение напряжения находится в интервале 0,01σ-σ1 как это было обсуждено выше.The obtained voltage value is in the range of 0.01σ-σ 1 as discussed above.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9494037982A RU2073964C1 (en) | 1994-09-19 | 1994-09-19 | Method for producing neutrons and gamma-quanta |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9494037982A RU2073964C1 (en) | 1994-09-19 | 1994-09-19 | Method for producing neutrons and gamma-quanta |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94037982A RU94037982A (en) | 1996-07-10 |
| RU2073964C1 true RU2073964C1 (en) | 1997-02-20 |
Family
ID=20161520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9494037982A RU2073964C1 (en) | 1994-09-19 | 1994-09-19 | Method for producing neutrons and gamma-quanta |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2073964C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2671005C2 (en) * | 2013-07-18 | 2018-10-29 | Хайдроджен Инджиниринг Эппликейшн Энд Девелопмент Компани | Reagent, heat generating device and heating method |
-
1994
- 1994-09-19 RU RU9494037982A patent/RU2073964C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Царев В.А. Успехи физических наук,т. 160, в. 11, 1990, с. 23 - 31, 35 - 37. Клюев В.А. и др. Письма в ЖТФ, т. 12, 1986, с. 1333 - 1336. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2671005C2 (en) * | 2013-07-18 | 2018-10-29 | Хайдроджен Инджиниринг Эппликейшн Энд Девелопмент Компани | Reagent, heat generating device and heating method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94037982A (en) | 1996-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Carroll et al. | X-ray-driven gamma emission | |
| Ahmad et al. | Search for X-Ray Induced Acceleration of the Decay of the 31-Yr Isomer of H 178 f Using Synchrotron Radiation | |
| Fedoseyev et al. | Chemically selective laser ion source of manganese | |
| Bowden et al. | Irradiation of explosives with high-speed particles and the influence of crystal size on explosion | |
| Las et al. | TL mechanisms and luminescence characteristics in MgO | |
| EP0388420B1 (en) | Method and apparatus for forming a coherent beam of bosons having mass | |
| RU2073964C1 (en) | Method for producing neutrons and gamma-quanta | |
| Cardone et al. | Possible evidence for production of an artificial radionuclide in cavitated water | |
| JP4436968B2 (en) | Method for producing carbon having electroactive sites | |
| US6252921B1 (en) | Nuclear isomers as neutron and energy sources | |
| Nayfeh | Laser Detection of Single Atoms: Resonance ionization spectroscopy has made it possible to investigate previously undetectable events, and application of this new technique is proving useful in research fields as diverse as cosmology and molecular chemistry | |
| Finkenthal et al. | Electron-density dependence of line intensities of Cu i–like Sm 3 3+ to Yb 4 1+ emitted from tokamak and laser-produced plasmas | |
| Vedernikov et al. | Synthesis of high-energy materials modified with nanoscale carbon and investigation of their sensitivity to laser radiation | |
| Xu et al. | Coincidence doppler broadening of positron annihilation radiation for detection of helium in irradiated Ni and Cu | |
| Albertini et al. | Piezonuclear reactions and DST-reactions | |
| Stringham | Helium Measurements From Target Foils, LANL and PNNL, 1994 | |
| Volkov et al. | On the Possibility of Observing Stimulated De-Excitation of Nuclear Isomer 186 m Re in a High-Current Z-Pinch Plasma at the ANGARA-5-1 Setup | |
| Koltcov | On the stimulation of the de-excitation of nuclear isomers in plasma of a high-current electric discharge | |
| Magill et al. | Laser transmutation of nuclear materials | |
| Baryshnikov et al. | Femtosecond mechanisms of electronic excitations in crystalline materials | |
| Karamian et al. | Prospects for coherently driven nuclear radiation by Coulomb excitation | |
| RU2200353C1 (en) | Method for decontaminating radioactive wastes | |
| Begzhanov et al. | Lifetime of the 0.845 MeV Level of the Fe56 Nucleus | |
| Yadav et al. | Signature of pre-equilibrium-emission in forward-to-backward yield ratio measurement | |
| Ziegler | Materials Research with Beams at Cyclotron Energies |