RU2243621C1 - Method and device for generating directional and coherent gamma-radiation - Google Patents

Method and device for generating directional and coherent gamma-radiation

Info

Publication number
RU2243621C1
RU2243621C1 RU2003136409/28A RU2003136409A RU2243621C1 RU 2243621 C1 RU2243621 C1 RU 2243621C1 RU 2003136409/28 A RU2003136409/28 A RU 2003136409/28A RU 2003136409 A RU2003136409 A RU 2003136409A RU 2243621 C1 RU2243621 C1 RU 2243621C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
neutron
uranium
wave
neutrons
nuclei
Prior art date
Application number
RU2003136409/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Н. Моторин (RU)
В.Н. Моторин
А.М. Фролов (RU)
А.М. Фролов
Original Assignee
Моторин Виктор Николаевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Моторин Виктор Николаевич filed Critical Моторин Виктор Николаевич
Priority to RU2003136409/28A priority Critical patent/RU2243621C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2243621C1 publication Critical patent/RU2243621C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

FIELD: laser engineering; generation of directional coherent gamma-radiation pulse beam.
SUBSTANCE: proposed method includes pumping of active medium which is, essentially, laser rod made in the form of elongated monocrystal cylinder accommodating uniformly disposed nuclei of isotopes of uranium hydride group and hydrogen atoms; monocrystal lattice has relatively parallel crystal planes and shafts of laser rod; the latter functions at the same time as fast neutron moderator, neutron wave shaper, pumping source, and active medium; laser rod is first enclosed in thermal-neutron absorbing metal envelope, then in steel carrying case with junction flanges at its ends; tightly joined and fixed on one of case ends is conical metal plug and tightly fixed on its other end is steel sleeve closed on one end and provided with axial chamber and gate built of symmetrical adjacent radial chambers of which one accommodates first rigidly fixed trinitrotoluene charge with detonator; installed in tandem in axial chamber of sleeve are neutron-absorbing metal plug free to move to second radial chamber of gate, external fast-neutron source in the form of monolithic cylinder and piston arranged for axial displacement over sleeve, as well as rigidly fixed second trinitrotoluene charge with detonator disposed at closed wall of sleeve; critical conditions are set up in monocrystal by initiating chain fission reaction of heavy uranium nuclei by thermal neutrons as end surface of external fast-neutron source comes in contact with that of monocrystal and sequentially explodes first and second trinitrotoluene charges with the result that plug is pushed due to gas pressure to vacant radial chamber of gate while external fast-neutron source and piston are moved in its place; piston uniformly presses neutron source end to monocrystal through its entire surface due to high-force contact and generates neutron wave on monocrystal longitudinal axis followed by emission of coherent and directional gamma-radiation from conical plug.
EFFECT: enhanced flux density and radiation power.
8 cl, 16 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к способам получения направленного и когерентного излучения высокой энергии в рентгеновском и гамма-излучательном спектральных диапазонах с высокой выходной плотностью потока гамма-квантов (1024-1025 с-1· см-2) и устройствам для ее генерации, и предназначено для создания системы защиты планеты Земля от столкновения ее с космическими объектами, представляющими угрозу жизни на Земле (П.П.Кузнецов. Анализ следов падения особо крупных астероидов на поверхности Земли. Доклад на семинаре “Малые тела солнечной системы” в АИ РАН от 25.09.2002 г., А.В.Зайцев. Столкновения можно ожидать в любой момент //Земля и вселенная, 2002 г., №2 за март-апрель). Величины потоков (1020-1021 с-1· см-2) нейтронов накачки в предлагаемом изобретении могут быть получены только в результате специально сформированного ядерного взрыва. При этом возбуждение лазерной среды должно производиться потоками нейтронов накачки (Бушуев В.А., Кузмин Р.Н. Проблемы создания лазеров рентгеновского диапазона длин волн. Проблемы гамма-лазера, с.34-53, М.: Общество “Знание” РСФСР, 1976 г.; Husain J. Current trends in development of gamma ray lasers. J.Sci. IND RES., v. 49(8), p.390, 1990; Baldwin G. Approaches to the development of gamma-ray lasers, Rev. Mod. Phys., vol.53, №4. Part 486, 1981). Все существующие современные лазеры, в том числе и гамма-лазер, содержат три основных компонента: активная среда (элемент), в которой создают инверсию населенностей, устройство для создания инверсии в активной среде (система накачки) и устройство для обеспечения положительной обратной связи, например, резонатор для ИК- и видимого диапазонов. Они также обладают способностью концентрировать любую энергию (в том числе и световую) в пространстве и во времени (Борейшо А. Лазеры: устройство и действие, учебное пособие. Санкт-Петербург: Механический институт, 1992). Указанные необходимые требования по созданию гамма-лазера с ядерной накачкой выполняются при временном факторе накачки порядка 10-3 с, а время взрыва существующих ядерных зарядов определяются в 10-9 с, что исключает создание рассматриваемого устройства с помощью существующих ядерных зарядов. Данное противоречие преодолевается при единственном условии, когда увеличивают (растягивают) время ядерного взрыва до 10-3 с. Увеличение времени взрыва, осуществляют при изменении геометрического фактора и критических размеров (критический размер - это размер, сравнимый с длиной пробега нейтрона в среде, при котором начинают идти цепные ядерные реакции) ядерного заряда. В обычных ядерных зарядах (сферическая симметрия) критический размер заряда определяется только одним размером - диаметром. В этом случае ядерными реакциями однородно охватывается весь объем ядерного устройства за время 10-8 с. В случае цилиндрической симметрии критический размер заряда определяется двумя размерами - диаметром и длиной заряда. При такой симметрии осуществление ядерных реакций деления тяжелых ядер происходит не сразу во всем объеме, а с одного из торцов цилиндрического заряда (стержня). При этом стартовое (начальное) инициирование ядерных реакций деления производят с одного из торцов с помощью дополнительного источника быстрых нейтронов на основе существующих для этого ядерных реакций. В этом случае схватывание ядерными реакциями деления будет иметь неоднородный характер, т.е. возникнет подобие волны реакции. Волна реакций деления будет двигаться вдоль стержня со скоростью движения тепловых нейтронов, полученных в результате замедления быстрых нейтронов на ядрах водорода, и, которые в свою очередь рождаются при реакциях деления тяжелых ядер, инициируют эти реакции деления и усиливают в свою очередь волну ядерных реакций деления по мере продвижения по стержню ядерного заряда. В этом случае время взрыва определяется критической длиной стержня (длина ядерного заряда, при котором начинается цепная реакция деления) ядер урана и скоростью движения тепловых нейтронов, которые возбуждают реакции деления тяжелых ядер. Таким образом, в области волны реакции деления будет происходить излучение гамма-квантов, которые рождаются в процессе деления тяжелых ядер, двигаются вдоль стержня к противоположному торцу и излучаются с его поверхности в пространство. В зависимости от кристаллической структуры стержня и геометрического фактора активной ядерной твердотельной среды и от формирования волны реакции (инициируется нейтронной волной), которая создается дифракционным рассеянием тепловых нейтронов на кристаллической решетке и тем самым образуется когерентная волна гамма-излучения. Все необходимые параметры устройства, при которых осуществляются условия для излучения направленного и когерентного гамма-излучения, рассчитываются и определяются с позиции ядерной физики, квантовой электроники, квантовой физики твердого тела и квантово-волновой оптики нейтронов в твердотельных средах.The invention relates to laser technology, and in particular to methods for producing directed and coherent radiation of high energy in the x-ray and gamma-radiation spectral ranges with a high output flux density of gamma rays (10 24 -10 25 s -1 · cm -2 ) and devices for its generation, and is intended to create a system for protecting planet Earth from colliding with space objects that pose a threat to life on Earth (P.P. Kuznetsov. Analysis of traces of the fall of especially large asteroids on the Earth's surface. Report at the seminar “Mal e solar system bodies "in AI RAS on 25.09.2002, at A.V.Zaytsev. Collisions can be expected at any time // Earth and the universe, 2002, 2 March-April). The magnitude of the fluxes (10 20 -10 21 s -1 · cm -2 ) of the pumping neutrons in the present invention can be obtained only as a result of a specially formed nuclear explosion. In this case, the laser medium should be excited by pump neutron fluxes (Bushuev V.A., Kuzmin R.N. Problems of creating lasers of the X-ray wavelength range. Problems of the gamma laser, pp. 34-53, M.: Knowledge Society of the RSFSR, 1976; Husain J. Current trends in development of gamma ray lasers. J. Sci. IND RES., V. 49 (8), p. 390, 1990; Baldwin G. Approaches to the development of gamma ray lasers, Rev. Mod. Phys., Vol. 53, No. 4. Part 486, 1981). All existing modern lasers, including a gamma laser, contain three main components: an active medium (element) in which the population is inverted, a device for creating inversion in the active medium (pump system), and a device for providing positive feedback, for example resonator for IR and visible ranges. They also have the ability to concentrate any energy (including light) in space and time (Boreisho A. Lasers: device and action, study guide. St. Petersburg: Mechanical Institute, 1992). These necessary requirements for the creation of a gamma-ray pump with nuclear pumping are fulfilled with a temporal pumping factor of about 10 -3 s, and the explosion time of existing nuclear charges is determined at 10 -9 s, which excludes the creation of the device under consideration using existing nuclear charges. This contradiction is overcome under the only condition when they increase (stretch) the time of a nuclear explosion to 10 -3 s. An increase in the explosion time is carried out with a change in the geometric factor and critical sizes (the critical size is a size comparable to the mean free path of a neutron in a medium at which chain nuclear reactions begin to occur) of a nuclear charge. In ordinary nuclear charges (spherical symmetry), the critical charge size is determined by only one size - the diameter. In this case, the nuclear reaction uniformly covers the entire volume of the nuclear device over a period of 10 -8 s. In the case of cylindrical symmetry, the critical charge size is determined by two sizes — the diameter and length of the charge. With this symmetry, the implementation of nuclear fission reactions of heavy nuclei does not occur immediately in the entire volume, but from one of the ends of a cylindrical charge (rod). In this case, the starting (initial) initiation of nuclear fission reactions is carried out from one of the ends using an additional source of fast neutrons based on the existing nuclear reactions. In this case, the seizure by nuclear fission reactions will be heterogeneous, i.e. a kind of reaction wave will appear. The wave of fission reactions will move along the rod with the speed of thermal neutrons obtained as a result of the deceleration of fast neutrons on hydrogen nuclei, and which, in turn, are produced during fission reactions of heavy nuclei, initiate these fission reactions and amplify in turn the wave of nuclear fission reactions by as you move along the core of a nuclear charge. In this case, the explosion time is determined by the critical length of the rod (the length of the nuclear charge at which the fission chain reaction begins) of uranium nuclei and the rate of movement of thermal neutrons, which excite fission reactions of heavy nuclei. Thus, in the region of the fission reaction wave, gamma rays will be emitted, which are born in the process of fission of heavy nuclei, move along the rod to the opposite end and are emitted from its surface into space. Depending on the crystal structure of the rod and the geometrical factor of the active nuclear solid state medium and on the formation of the reaction wave (initiated by the neutron wave), which is created by diffraction scattering of thermal neutrons on the crystal lattice, and thus a coherent gamma radiation wave is formed. All the necessary parameters of the device, under which the conditions for radiation of directed and coherent gamma radiation are fulfilled, are calculated and determined from the standpoint of nuclear physics, quantum electronics, quantum solid state physics and quantum-wave optics of neutrons in solid-state media.

Известен способ (прототип) получения инверсной заселенности (накачка) ядерных уровней в материале активной среды гамма-лазера для создания когерентного гамма-излучения от источника накачки (В.И. Петрик (RU) RU №2074469, МКИ 6 Н 01 S 4/00, 1997), который включает в себя использование монокристалла осмия 187, перевод некоторой доли ядер в возбужденное метастабильное состояние материала активной среды, создание инверсной заселенности между изомерными уровнями ядер осмия 187, создание в материале активной среды гамма-резонансных условий гамма-излучательного перехода, осуществление накачки изомерного уровня внешним источником.A known method (prototype) of obtaining inverse population (pumping) of nuclear levels in the material of the active medium of a gamma laser to create coherent gamma radiation from a pump source (V.I. Petrik (RU) RU No. 2074469, MKI 6 H 01 S 4/00 , 1997), which includes the use of an osmium 187 single crystal, the conversion of a certain fraction of nuclei to an excited metastable state of the material of the active medium, the creation of an inverse population between the isomeric levels of osmium 187 nuclei, the creation of gamma-resonance gamma-radiation conditions in the active medium material o transition, pumping of the isomeric level by an external source.

Известно устройство (прототип). Рентгеновский и гамма-лазер с ядерной накачкой от внешнего источника (Эдвард Теллер (US). Лазерное оружие //Ракетная и космическая техника, №16(1121), 17 апреля 1981 г., с.20, рис.3), которое включает внешний ядерный источник накачки активной среды, лазерные металлические стержни с диаметром, равным поглощению рентгеновского излучения, расположенные вокруг источника, твердое вещество в стержнях с высокой атомной плотностью,A device is known (prototype). X-ray and gamma laser with nuclear pumping from an external source (Edward Teller (US). Laser weapons // Rocket and space technology, No. 16 (1121), April 17, 1981, p.20, Fig. 3), which includes an external nuclear source for pumping the active medium, laser metal rods with a diameter equal to the absorption of x-ray radiation located around the source, solid matter in rods with a high atomic density,

Известный способ не может обеспечить представленным энергетическим источником внешнюю нейтронную накачку ядерных уровней для поддержания инверсной заселенности, чтобы на выходе получить потоки гамма-излучения порядка 1025 с-1· см-2, т.к. для этого понадобятся потоки гамма излучений, превышающих выходные потоки гамма на несколько порядков, а такой источник в способе не указан. Накачка для возбуждения ядер в этом способе производится гамма-излучением, при ядерном взрыве, а не нейтронами, что резко уменьшает выходные потоки гамма-лазерного излучения, т.к. первичное гамма-излучение только частично будет поглощаться в активной среде гамма-лазера при создания инверсной заселенности небольшой доли возбуждаемых ядер. Кроме того, для создания инверсной заселенности необходимо, чтобы было совпадение энергии налетающего гамма-кванта с ядерным переходом с точностью до ширины перехода. В данном случае такая часть необходимой энергии гамма-квантов содержится только в очень малой доле энергетического распределения гамма-излучения при ядерном взрыве. В основном при ядерном делении вылетают гамма-кванты с энергией 6-9 МэВ. При самом ядерном взрыве за счет образования высокотемпературной плазмы излучается сплошной спектр излучений в рентгеновском диапазоне 10-100 кэВ. Таким образом, выходная потоковая величина гамма-лазерного излучения станет еще на несколько порядков меньше по сравнению с исходным потоком гамма-квантов от ядерного взрыва. При этом необходимая энергия гамма-кванта лазерного излучения должна иметь величину порядка 257 кэВ, а для рассматриваемого спектра интенсивность излучения при такой энергии уменьшается на несколько порядков. В данном случае только небольшая часть выходного излучения будет использована на возбуждение необходимых ядерных уровней. При этом основная часть энергии излучения накачки бесполезно рассеется. Кроме того, предлагаемый способ преобразования энергии накачки в направленное когерентное гамма-излучение не подтверждается какими-либо математическими расчетами или результатами экспериментов.The known method cannot provide an external neutron pumping of nuclear levels by the provided energy source to maintain inverse population, in order to obtain gamma radiation fluxes of the order of 10 25 s -1 · cm -2 , as for this, gamma-ray streams will be required that exceed the gamma-ray output streams by several orders of magnitude, and such a source is not indicated in the method. The pump for excitation of nuclei in this method is produced by gamma radiation, in a nuclear explosion, and not by neutrons, which dramatically reduces the output streams of gamma laser radiation, because primary gamma radiation will only be partially absorbed in the active medium of the gamma laser when creating an inverse population of a small fraction of the excited nuclei. In addition, to create an inverse population, it is necessary that there is a coincidence of the energy of the incident gamma quantum with the nuclear transition, accurate to the width of the transition. In this case, such a part of the necessary energy of gamma rays is contained only in a very small fraction of the energy distribution of gamma radiation in a nuclear explosion. Mostly during nuclear fission, gamma rays with an energy of 6–9 MeV fly out. In a nuclear explosion itself, due to the formation of a high-temperature plasma, a continuous spectrum of radiation is emitted in the X-ray range of 10-100 keV. Thus, the output flux of gamma-ray radiation will become even several orders of magnitude lower than the initial flux of gamma-rays from a nuclear explosion. In this case, the necessary energy of the gamma-ray laser radiation should be of the order of 257 keV, and for the spectrum under consideration the radiation intensity at this energy decreases by several orders of magnitude. In this case, only a small part of the output radiation will be used to excite the necessary nuclear levels. In this case, the bulk of the energy of the pump radiation is scattered uselessly. In addition, the proposed method of converting pump energy into directed coherent gamma radiation is not confirmed by any mathematical calculations or experimental results.

В известном устройстве используется внешняя накачка материала активной среды гамма-лазера рентгеновским излучением и гамма-излучением ядерного взрыва. При внешней накачке только очень небольшая доля энергии излучения поглощается в тонких стержнях на глубину их диаметра. В данном случае в основном поглощается излучение в рентгеновском диапазоне, т.к. длина поглощения рентгеновского излучения составляет десятые доли мм. Такой же толщины берутся и металлические стержни. В результате такой накачки активной лазерной среды происходит поглощение излучения за счет эффекта Оже (процесс заполнения электроном вакансий в одном из внутренних уровней энергии атома Физический Энциклопедический Словарь, изд. МЭС, с.484, 1984). Верхние электроны в атоме тяжелого металла за малый промежуток времени (10-15 с) начинают занимать освободившийся уровень и излучать кванты перехода с верхнего уровня на нижний уровень. Поэтому, чтобы создать условие инверсной заселенности на данном атомном уровне, необходимы потоки накачки рентгеновским излучением, намного превышающие современные источники ядерных взрывов. В силу эффекта Костера-Кронига (процесс, при котором первичная вакансия энергетического электронного уровня переходит в одну из вторичных вакансий, принадлежащих одной и той же оболочке многоэлектронного атома, см. там же.) излучаемый квант по мере продвижения в электронной среде атома преобразуется в несколько квантов меньшей энергии в сумме, равной энергии первоначального кванта. Таким образом, энергия выходного гамма-кванта уменьшается. Данное устройство было испытано в США, но когерентного излучения получено не было. Однако было получено направленное излучение за счет геометрического фактора длинного тонкого стержня (струны). Такой способ накачки является неэффективным с точки зрения кпд преобразования, т.к. с одной стороны геометрические свойства внешней накачки таковы, что основная часть энергии излучения не используется, а с другой стороны выходное излучение не является когерентным, и будет иметь место сильная геометрическая расходимость выходного излучения. В том случае если излучение было бы когерентным, то имело место дифракционная расходимость, которая на несколько порядков меньше геометрической. Поэтому полученные при испытании в США величины выходного излучения рассматриваемого лазера, составляющие сотни терраватт, практического интереса не представляют, т.к. при характерном времени накачки рентгеновского уровня атома, равном 10-20 с, выходная энергия излучения при такой мощности составит только 0,01 Дж. В данном устройстве выходное излучение представляет собой только рентгеновский диапазон, что соответствует энергии кванта 10-100 кэВ, а это небольшая часть полного спектра ядерного взрыва, т.к. в этом случае происходят большие потери энергии накачки также и по спектру излучения. Полученные результаты по выходному излучению из стержня показали, что они составляют только 0,001% от рентгеновского излучения ядерного взрыва. Таким образом, называть рассматриваемое устройство рентгеновским лазером и тем более гамма-лазером в свете описанных выше условий работы и выходных параметров излучения можно только условно, а само устройство (прототипа) надо рассматривать как ядерный заряд со стержнями с высокой атомной плотностью. Однако каких-либо других устройств подобного типа до настоящего времени создано не было и подобных экспериментов больше не проводилось. Дополнительно можно отметить, что в известном способе и устройстве отсутствует единый замысел, т.к. в способе отсутствует ядерный источник накачки, но присутствует активная среда гамма-лазера, а в устройстве активная среда присутствует, но не для осуществления в устройстве лазерных процессов, а для возбуждения глубоких высокоэнергетических атомных уровней и переизлучения энергии накачки в направленное излучение, за счет влияния геометрического фактора накачиваемой среды. В результате рассмотренные способ и устройство (прототипов) не являются средствами защиты планета Земля от встреч с космическими объектами из-за недостаточной энергетической мощности выходного излучения в обоих прототипах и общий для обоих них низким кпд их работы.The known device uses external pumping of the material of the active medium of a gamma laser by x-ray radiation and gamma radiation of a nuclear explosion. With external pumping, only a very small fraction of the radiation energy is absorbed in thin rods to the depth of their diameter. In this case, radiation in the X-ray range is mainly absorbed, because X-ray absorption length is tenths of mm. The same thickness are taken and metal rods. As a result of such pumping of the active laser medium, radiation is absorbed due to the Auger effect (the process of filling electrons of vacancies in one of the internal energy levels of an atom, Physical Encyclopedic Dictionary, ed. MES, p. 484, 1984). For a short period of time (10 -15 s), the upper electrons in a heavy metal atom begin to occupy the liberated level and emit transition quanta from the upper level to the lower level. Therefore, in order to create an inverse population condition at a given atomic level, X-ray pumping fluxes are required, far exceeding modern sources of nuclear explosions. By virtue of the Koster-Kronig effect (a process in which a primary vacancy of an energy electronic level transforms into one of the secondary vacancies belonging to the same shell of a multielectron atom, see ibid.), The emitted quantum transforms as it moves through the electron medium into several quanta of lesser energy in the amount equal to the energy of the original quantum. Thus, the energy of the output gamma ray decreases. This device was tested in the USA, but no coherent radiation was received. However, directional radiation was obtained due to the geometric factor of a long thin rod (string). This pumping method is ineffective in terms of conversion efficiency, since on the one hand, the geometric properties of external pumping are such that the bulk of the radiation energy is not used, and on the other hand, the output radiation is not coherent, and there will be a strong geometric divergence of the output radiation. In that case, if the radiation were coherent, then there was a diffraction divergence, which is several orders of magnitude less than the geometric. Therefore, the values of the output radiation of the laser under consideration, which are hundreds of terawatts, obtained during testing in the USA, are of no practical interest, because with a typical atomic X-ray pump time of 10 −20 s, the output radiation energy at this power will be only 0.01 J. In this device, the output radiation represents only the X-ray range, which corresponds to a quantum energy of 10–100 keV, and this is small part of the full spectrum of a nuclear explosion, as In this case, large losses of pump energy occur also in the emission spectrum. The results obtained on the output radiation from the rod showed that they make up only 0.001% of the x-ray radiation of a nuclear explosion. Thus, the device in question can be called an X-ray laser and, especially, a gamma laser in the light of the operating conditions described above and the output radiation parameters can only be conditionally, and the device itself (prototype) should be considered as a nuclear charge with rods with high atomic density. However, no other devices of this type have been created to date and no such experiments have been conducted. Additionally, it can be noted that in the known method and device there is no single concept, because the method does not have a nuclear pump source, but an active medium of a gamma laser is present, and an active medium is present in the device, but not for carrying out laser processes in the device, but for exciting deep high-energy atomic levels and re-emitting the pump energy into directional radiation due to the influence of geometric factor of the pumped medium. As a result, the considered method and device (of prototypes) are not means of protecting planet Earth from encounters with space objects due to insufficient energy output radiation in both prototypes and the low efficiency of both of them.

Техническим достижением настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, увеличения кпд работы способа и устройства, получения направленного и когерентного импульсного гамма-излучения высокой плотности мощности и потока энергии, которые осуществляются только при объединении в единый замысел нового способа организации гамма-излучательного перехода активной среды и источника ядерной накачки. Необходимые для поставленной задачи параметры выходного излучения можно получить только при совмещении источника ядерной накачки с материалом активной среды гамма-лазера и при использовании в качестве накачки активной среды нейтронные потоки ядерного взрыва, а не гамма-кванты. Для реализации такого устройства необходимо произвести изготовление твердотельного стержня с субкритическими размерами в виде монокристалла с определенным направлением межкристаллических плоскостей из неметаллического материала, являющегося химическим соединением атомов замедлителя для нейтронов накачки и тяжелых атомов источника накачки в активной среде гамма-лазера с гомогенным распределением в нем легких и тяжелых ядер.A technical achievement of the present invention is the elimination of these drawbacks, increasing the efficiency of the method and device, obtaining directed and coherent pulsed gamma radiation of high power density and energy flow, which are carried out only when combining into a single concept a new method of organizing the gamma-radiation transition of the active medium and source nuclear pumping. The output radiation parameters necessary for the task can be obtained only by combining the nuclear pump source with the material of the active medium of the gamma laser and using neutron fluxes of a nuclear explosion as a pump of the active medium, rather than gamma rays. To implement such a device, it is necessary to manufacture a solid-state rod with subcritical dimensions in the form of a single crystal with a certain direction of intercrystalline planes from non-metallic material, which is a chemical compound of moderator atoms for pump neutrons and heavy atoms of a pump source in an active medium of a gamma laser with a homogeneous distribution of light and heavy cores.

Существующие способы получения мощных энергетических потоков для использования их на расстоянии порядка 105 км в технических проектах не рассматривались, т.к. считались не реальными. Рассмотрение с одной стороны физических процессов возбуждения тяжелых ядер и их деление тепловыми нейтронами с позиции квантовой электроники, когда такие процессы определяются по аналогии с явлением инверсной заселенности атомных или ядерных уровней, возбуждаемых рентгеновским или гамма-излучением, а с другой стороны результатами исследований по применению новых технологий выращивания монокристаллов (Монокристаллы, их получение и свойства, Сборник трудов №8 ВНИИМонокристаллов, Харьков, 1982; Рязанов М.И. Взаимодействие ядерных излучений с монокристаллами. М.: МИФИ, 1979), а также разработками по выращиванию новых металлов и монокристаллов из соединений гидрида различным металлов (Царев В.А. Низкотемпературный ядерный синтез, УФН, т.160, вып.11, 1990), позволяют создать по материалам представленного изобретения источник управляемого когерентного гамма-излучения для направленной ее генерации в космическом пространстве. В этой связи вышедший из боевого торца гамма-лазера суммарный пучок длительностью 10-3 с когерентных и некогерентных квантов рентгеновского излучения и гамма-квантов перемещается в пространстве со скоростью света и несет в себе большую часть энергии ядерного взрыва. Такой источник способен защитить планету Земля от любых космических объектов, пересекающих ее орбиту, путем многократного ударного воздействия в одно и тоже место на этом объекте с оптимального расстояния. При таком воздействии можно или разрушить тело астероида, или создать условия для отклонения его траектории на безопасное расстояние от планеты Земля, за счет образования реактивной тяги путем испарения вещества астероида в заданном направлении.The existing methods for producing powerful energy flows for their use at a distance of about 10 5 km were not considered in technical projects, because were considered not real. Consideration on the one hand of the physical processes of excitation of heavy nuclei and their fission by thermal neutrons from the perspective of quantum electronics, when such processes are determined by analogy with the phenomenon of inverse population of atomic or nuclear levels excited by x-ray or gamma radiation, and on the other hand, the results of studies on the use of new technologies for growing single crystals (Single crystals, their preparation and properties, Proceedings No. 8 of the VNIIM single crystals, Kharkov, 1982; Ryazanov MI Interaction of nuclear radiation single crystals. M: MEPhI, 1979), as well as developments on the growth of new metals and single crystals from hydride compounds of various metals (Tsarev V.A. Low-temperature nuclear fusion, Usp. Fiz. Nauk, vol. 160, vol. 11, 1990), allow to create, based on the materials of the present invention, a source of controlled coherent gamma radiation for its directed generation in outer space. In this regard, the total beam of 10 -3 radiation emerging from the combat end of the gamma laser with coherent and incoherent X-ray and gamma-ray quanta moves in space at the speed of light and carries most of the energy of a nuclear explosion. Such a source is capable of protecting planet Earth from any space objects crossing its orbit by repeatedly impacting at the same place on this object from an optimal distance. With this effect, you can either destroy the body of the asteroid, or create conditions for the deviation of its trajectory to a safe distance from the planet Earth, due to the formation of reactive thrust by evaporation of the substance of the asteroid in a given direction.

Технический результат достигается с помощью способа получения направленного и когерентного гамма-излучения, включающий в себя использование монокристалла осмия 187, перевод некоторой доли ядер в возбужденное метастабильное состояние материала активной среды, создание инверсной заселенности между изомерными уровнями ядер осмия 187, создание в материале активной среды гамма-резонансных условий гамма-излучательного перехода с энергией 257 кэВ, осуществление накачки изомерного уровня внешним источником, отличающийся тем, что в качестве материала активной среды используют монокристалл, который состоит из гидрида изотопа урановой группы, который получают, например, в вакуумной нагревательной печи внутри металлического цилиндра путем кристаллизации, для чего поверхность его внутреннего диаметра покрывают слоем материала из гидрида другого металла и выращивают цилиндрический монокристалл с межкристаллическими плоскостями, которые параллельны между собой и его оси и, таким образом, внедряют пропорционально и гомогенно распределяют ядра водорода и ядра изотопов урановой группы и в результате совмещают источник ядерной накачки, замедлитель для нейтронов, формирователь нейтронный волны и получают гомогенный ядерный реактор в предкритическом состоянии (начало цепных ядерных реакций деления), составляющий активную среду гамма-лазера в монокристалле, а на внешний диаметр цилиндра последовательно надевают металлические оболочки, которые отражают и поглощают тепловые нейтроны, и несущий стальной корпус, один из торцов, которого закрывают конической заглушкой, а к противоположному торцу дополнительно присоединяют стакан с глухим торцом и осевой полостью и затвор, с сообщающимися между собой и герметично закрытыми торцами радиальными полостями, в одну из которых устанавливают тротиловый заряд, а в общую осевую полость стакана и полость затвора соосно устанавливают с радиальным перемещением по затвору металлическую пробку из материала, поглощающую тепловые нейтроны, и с осевым перемещением по стакану внешний источник быстрых нейтронов в виде монолитного цилиндра и подвижного поршня, и еще один тротиловый заряд у глухого торца стакана, а направленное когерентное излучение гамма-квантов, рентгена и нейтронов, получают в реакторе из монокристалла, когда создают критический режим его работы при инициировании цепной реакции деления тяжелых ядер тепловыми нейтронами в момент контакта торцевой поверхности внешнего источника быстрых нейтронов с торцевой поверхностью монокристалла из гидрида урана, когда последовательно подрывают в радиальной и осевых полостях затвора и стакана тротиловые заряды, газовым давление которых выбивают пробку в свободную радиальную камеру, а на ее место перемещают монолитный цилиндр с источником нейтронов и подвижный поршень, который усиливает контакт по всей поверхности и равномерно прижимает торцы источника нейтронов и монокристалла друг к другу и инициируют тем самым запуск ядерных реакций источника накачки в активной среде гамма-лазера с последующим выходом из торца цилиндра с конической заглушки когерентного и направленного гамма-излучения, который в свою очередь образован путем инициирования ядерных реакций нейтронами нейтронной волны, движущейся направлено вдоль продольной оси монокристалла. Рассеивают и замедляют нейтроны деления тяжелых ядер до тепловых нейтронов с пространственно-неоднородным распределением и инициируют цепную реакцию деления тяжелых ядер и испускание нейтронов и гамма квантов цепной реакции деления. Рассеивают и замедляют быстрые нейтроны цепной реакции деления тяжелых ядер до тепловых нейтронов на ядрах водорода и формируют из части тепловых нейтронов когерентно рассеянные нейтроны за счет отражения на кристаллических плоскостях монокристалла из гидрида урана. Формируют и усиливают направленную нейтронную волну из когерентно рассеянных тепловых нейтронов в направлении оси цилиндра за счет процессов: инициирования цепного деления тяжелых ядер тепловыми нейтронами, отражения от гидридного слоя на внешней поверхности цилиндра и дифракционного отражения кристаллическими плоскостями монокристалла из гидрида урана. Инициируют, формируют и усиливают фазовую (когерентную) волну цепной реакции распада ядер урана в стержне из гидрида урана в результате поглощения нейтронов нейтронной волны тяжелыми ядрами. Инициируют, формируют и усиливают направленные фазовые (когерентные) волны нейтронов и гамма квантов за счет деления тяжелых ядер нейтронами нейтронной волны и когерентной волны цепной реакции деления тяжелых ядер. Формируют фронт тепловой волны в стержне, которая возникает за счет выделения энергии в процессах деления тяжелых ядер так, чтобы скорость тепловой волны не превышала скорости нейтронной волны. Формируют фронт волны испарения стержня, которая возникает в результате выделения тепла так, чтобы скорость волны испарения не превышала скорости нейтронной волны. Формируют фронт волны сжатия и разряжения среды стержня за счет образования фронта тепловой волны. Рассеивают и частично преобразуют направленную когерентную волну нейтронов в нейтронную волну для инициирования и усиления фазовой волны цепной реакции деления ядер урана, а остальную часть испускают с противоположного торца цилиндра монокристалла. Рассеивают и частично преобразуют направленную когерентную волну гамма-квантов в рентгеновскую когерентную волну за счет комптоновского рассеяния на электронах среды и испускают направленную когерентную волну рентгена и остальную часть направленного когерентного потока гамма-квантов через противоположный торец цилиндра из гидрида урана.The technical result is achieved using a method for producing directed and coherent gamma radiation, which includes the use of an osmium 187 single crystal, transferring a certain fraction of nuclei to an excited metastable state of the material of the active medium, creating an inverse population between the isomeric levels of osmium 187 nuclei, creating gamma in the active medium resonance conditions of the gamma-radiative transition with an energy of 257 keV, pumping the isomeric level with an external source, characterized in that as The active medium series uses a single crystal, which consists of a uranium group isotope hydride, which is obtained, for example, in a vacuum heating furnace inside a metal cylinder by crystallization, for which the surface of its inner diameter is covered with a layer of another metal hydride material and a cylindrical single crystal with intercrystalline planes is grown, which are parallel to each other and its axis and, thus, introduce proportionally and homogeneously distribute hydrogen nuclei and nuclei of uranium isotopes groups and as a result combine a nuclear pump source, a moderator for neutrons, a neutron wave shaper and get a homogeneous nuclear reactor in a precritical state (the beginning of chain nuclear fission reactions), which constitutes the active medium of a gamma laser in a single crystal, and metal shells are sequentially put on the outer cylinder diameter , which reflect and absorb thermal neutrons, and a supporting steel casing, one of the ends, which is closed with a conical plug, and additionally attached to the opposite end they connect a glass with a blind end and an axial cavity and a shutter, with radial cavities communicating with each other and hermetically sealed ends, TNT charge is installed in one of them, and a metal tube made of material is coaxially inserted into the common axial cavity of the glass and shutter cavity with a radial movement along the shutter absorbing thermal neutrons, and with axial movement along the glass, an external source of fast neutrons in the form of a monolithic cylinder and a movable piston, and another TNT charge at the blind end of the glass, and Directed coherent radiation of gamma rays, X-rays and neutrons is obtained from a single crystal in the reactor when they create a critical mode of its operation when initiating a chain reaction of fission of heavy nuclei by thermal neutrons at the moment of contact of the end surface of an external source of fast neutrons with the end surface of a uranium hydride single crystal when successively undermine in the radial and axial cavities of the shutter and the glass TNT charges, the gas pressure of which knocks the cork into a free radial chamber, and on it the place is moved by a monolithic cylinder with a neutron source and a movable piston that enhances contact over the entire surface and uniformly presses the ends of the neutron source and single crystal to each other and thereby initiate the start of nuclear reactions of the pump source in the active medium of the gamma laser with subsequent exit from the cylinder end with conical plugs of coherent and directional gamma radiation, which in turn is formed by initiating nuclear reactions by neutrons of a neutron wave moving along single axis of a single crystal. The fission neutrons of heavy nuclei are scattered and slow down to thermal neutrons with a spatially inhomogeneous distribution and initiate a chain reaction of fission of heavy nuclei and the emission of neutrons and gamma quanta of the fission chain reaction. The fast neutrons of the chain reaction of fission of heavy nuclei to thermal neutrons are scattered and slowed down by hydrogen nuclei and coherently scattered neutrons are formed from a portion of thermal neutrons due to reflection on the crystal planes of a uranium hydride single crystal. A directed neutron wave is generated and amplified from coherently scattered thermal neutrons in the direction of the cylinder axis due to processes: initiation of chain fission of heavy nuclei by thermal neutrons, reflection from the hydride layer on the outer surface of the cylinder, and diffraction reflection by crystal planes of a uranium hydride single crystal. They initiate, form and amplify the phase (coherent) wave of the chain reaction of decay of uranium nuclei in a rod from uranium hydride as a result of absorption of neutrons by a neutron wave by heavy nuclei. Initiate, form and amplify directed phase (coherent) waves of neutrons and gamma quanta due to fission of heavy nuclei by neutrons of a neutron wave and a coherent wave of a chain reaction of fission of heavy nuclei. The front of the thermal wave is formed in the rod, which occurs due to the release of energy in the processes of fission of heavy nuclei so that the speed of the thermal wave does not exceed the speed of the neutron wave. The front of the rod’s evaporation wave is formed, which occurs as a result of heat generation so that the speed of the evaporation wave does not exceed the speed of the neutron wave. A wave front of the compression and rarefaction of the rod medium is formed due to the formation of a heat wave front. The directed coherent neutron wave is scattered and partially converted into a neutron wave to initiate and amplify the phase wave of the chain reaction of fission of uranium nuclei, and the rest is emitted from the opposite end of the single crystal cylinder. The directed coherent wave of gamma quanta is scattered and partially converted into an x-ray coherent wave due to Compton scattering on the electrons of the medium and a directed coherent x-ray wave and the rest of the directed coherent flow of gamma quanta are emitted through the opposite end of the cylinder from uranium hydride.

Технический результат достигается также с помощью устройства для генерации гамма-излучения, содержащее, внешний ядерный источник накачки активной среды, лазерные металлические стержни с диаметром равным поглощению рентгеновского излучения, расположенные вокруг источника, твердое вещество в стержнях с высокой атомной плотностью, для генерации гамма-излучения, отличающееся тем, что оно состоит из лазерного твердотельного неметаллического стержня из гидрида металла урановой группы в виде удлиненного цилиндра с предкритическими размерами диаметра и длины, в объеме решетчатой структуры, в которой однородно размещены с концентрацией пропорционально химическому соединению изотопы урана и легких ядер атомов водорода, составляющих кристаллическую решетку монокристалла в виде межкристаллических плоскостей, параллельных между собой и оси лазерного стержня, и представляет собой гомогенный ядерный реактор, который в общем объеме состоит из лазерного стержня, являющийся одновременно замедлителем для быстрых нейтронов, формирователем нейтронной волны, источником накачки и лазерно-активной средой, а по внешнему диаметру монокристалл заключен в тонкую оболочку из фольги, состоящей из материала, отражающего тепловые нейтроны, например, из гидрида лития, титановую цилиндрическую оболочку и в металлические оболочки, состоящие из материалов, отражающих и поглощающих быстрые и тепловые нейтроны, а также в несущий стальной корпус с соединительными фланцами по его торцам, где на один из торцов корпуса герметично и жестко установлена конической формы металлическая заглушка, а на противоположном торце также жестко дополнительно установлен закрытый с одного торца стальной стакан, состоящий из осевой камеры, и затвор, состоящий из смежных между собой симметричных радиальных камер, в одну из которых жестко установлен тротиловый заряд, а в осевую камеру стакана герметично и последовательно установлены: радиально перемещающаяся в затворе монолитная металлическая пробка из материала, поглощающего нейтроны, и имеющие осевое перемещение по стакану внешний источник быстрых нейтронов в виде подвижного монолитного цилиндра и подвижный поршень, а также жестко установлен еще один тротиловый заряд, который размещен у закрытой стенки осевой камеры стакана. Пробка и источник быстрых нейтронов заключены в стальные цилиндрические рубашки. Цилиндр заключен в собственный, закрытый с одного торца металлический стакан из материала, поглощающего тепловые нейтроны, и открытым торцом направлен в сторону пробки, при этом он жестко и герметично размещен в стальной цилиндрической рубашке.The technical result is also achieved using a device for generating gamma radiation, comprising, an external nuclear source for pumping an active medium, laser metal rods with a diameter equal to the absorption of x-ray radiation, located around the source, a solid substance in rods with high atomic density, for generating gamma radiation , characterized in that it consists of a laser solid-state non-metallic rod of a metal hydride of a uranium group in the form of an elongated cylinder with precritical dimensions diameter and length, in the volume of the lattice structure, in which isotopes of uranium and light nuclei of hydrogen atoms uniformly distributed with concentration in proportion to the chemical compound, which form the crystal lattice of the single crystal in the form of intercrystalline planes parallel to each other and to the axis of the laser rod, is a homogeneous nuclear reactor , which in total consists of a laser rod, which is simultaneously a moderator for fast neutrons, a neutron wave shaper, and a pump source and a laser-active medium, and by its outer diameter the single crystal is enclosed in a thin foil shell consisting of a material reflecting thermal neutrons, for example, lithium hydride, a titanium cylindrical shell and in metal shells consisting of materials reflecting and absorbing fast and thermal neutrons, as well as in a bearing steel casing with connecting flanges at its ends, where a metal plug is sealed and rigidly mounted in a conical shape on one of the ends of the casing, and also rigidly on the opposite end o additionally installed is a steel cup closed from one end, consisting of an axial chamber, and a shutter, consisting of adjacent symmetrical radial chambers, one of which has a TNT charge rigidly mounted, and are sealed and sequentially installed in the axial chamber of the cup: radially moving in the shutter monolithic metal tube made of a neutron-absorbing material and having an axial displacement along the glass an external source of fast neutrons in the form of a movable monolithic cylinder and a movable piston, as well as Another TNT charge is well installed, which is located near the closed wall of the axial chamber of the glass. The cork and the source of fast neutrons are enclosed in steel cylindrical shirts. The cylinder is enclosed in its own metal cup closed from one end from a material that absorbs thermal neutrons, and with its open end directed toward the cork, it is rigidly and hermetically placed in a steel cylindrical shirt.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показаны варианты решетчатых структур цилиндрического монокристалла в виде кристаллических плоскостей, параллельных оси симметрии цилиндра (реактора): а - решетчатая структура выполнена в виде крупных кристаллических плоскостей, параллельных оси цилиндра; б - решетчатая структура выполнена в виде набора из отдельных цилиндров с параллельными оси кристаллическими плоскостями; в - решетчатая структура выполнена в виде отдельных мелких кристаллических плоскостей по варианту а и б; на фиг.2 представлена изометрия гамма-лазерного устройства с осевым разрезом, находящегося в предстартовом (в прекритическом состоянии) положении на космической орбите, на фиг.3 представлен элемент изометрии гамма-лазерного устройства с осевым разрезом в момент его старта на космической орбите при контакте торца активной среды монокристалла с поверхностью источника быстрых нейтронов, на фиг.4 представлено схематически физика процесса деления тяжелого ядра и образования гамма-кванта при поглощении теплового нейтрона, на фиг.5 представлено схематически образование когерентного излучения гамма-квантов в результате инициирования реакций деления тяжелых ядер нейтронами нейтронной волны, на фиг.6 показана картина дифракционного рассеяния тепловых нейтронов на межкристаллических плоскостях монокристалла и образование нейтронной волны, на фиг.7 дана общая физическая картина развития процессов при формировании и выхода когерентного гамма-излучения из монокристалла гамма-лазера в момент старта с космической орбиты: на фиг.8 представлен график изменения интенсивности нейтронной волны при движении по стержню в результате выделение нейтронов за счет цепной реакции распада урана 235 инициируемые нейтронами нейтронной волны, на фиг.9 изображен график зависимости изменения критической длины от критического радиуса стержня из кристалла гидрида урана 235 без отражателя, на фиг.10 представлен график зависимости изменения критической длины (см) от критического радиуса (см) реактора из гидрида урана 235 с отражателем из гидрида лития толщиной 0,05 см, на фиг.11 представлен график зависимости изменения критической длины (см) от критического радиуса (см) реактора из гидрида урана 235 с отражателем из гидрида лития толщиной 0,1 см, на фиг.12 представлен график зависимости изменения критической длины (см) от критического радиуса (см) реактора из гидрида урана 235 с отражателем из гидрида лития толщиной 0,2 см, на фиг.13 представлен график зависимости изменения интенсивности (с-1· см-2) ядерных реакций распада урана от времени (с) в течение времени жизни теплового нейтрона в результате инициирования реакций распада нейтронами от источника на торце реактора, на фиг.14 показан график изменения скорости испарения стержня из гидрида урана в зависимости от длины испарения стержня за счет удельной выделяемой энергии в результате цепной реакции распада ядер урана инициируемой нейтронной волной, на фиг.15 представлен график изменения температуры (тепловая волна) разогрева стержня по мере продвижения нейтронной волны по реактору от расстояния на длине 10 см, на фиг.16 представлен график изменения температуры (тепловая волна) разогрева реактора по мере продвижения нейтронной волны по реактору от расстояния на длине 1 см.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a variant of the lattice structures of a cylindrical single crystal in the form of crystalline planes parallel to the axis of symmetry of the cylinder (reactor): a - the lattice structure is made in the form of large crystalline planes parallel to the axis of the cylinder; b - the lattice structure is made in the form of a set of individual cylinders with crystalline planes parallel to the axis; c - the lattice structure is made in the form of separate small crystalline planes according to option a and b; figure 2 presents an isometry of a gamma laser device with an axial section, located in the pre-launch (in a critical state) position in space orbit, figure 3 presents an isometric element of a gamma laser device with an axial section at the time of its launch in space orbit upon contact the end face of the active medium of a single crystal with the surface of a fast neutron source, Fig. 4 shows schematically the physics of the process of fission of a heavy nucleus and the formation of a gamma ray upon absorption of a thermal neutron, Fig. 5 shows but schematically the formation of coherent gamma-ray emission as a result of the initiation of fission reactions of heavy nuclei by neutrons of a neutron wave, Fig. 6 shows a diffraction scattering of thermal neutrons on the intercrystalline planes of a single crystal and the formation of a neutron wave, Fig. 7 gives a general physical picture of the development of processes during formation and the output of coherent gamma radiation from a gamma laser single crystal at the time of launch from space orbit: Fig. 8 shows a graph of changes in the intensity of neutrons a wave when moving along the rod as a result of neutron emission due to the chain reaction of decay of uranium 235 initiated by neutrons of a neutron wave, Fig. 9 shows a graph of the dependence of the change in the critical length on the critical radius of a rod from a uranium hydride crystal 235 without a reflector, Fig. 10 shows the dependence of the change in the critical length (cm) on the critical radius (cm) of a uranium hydride reactor 235 with a reflector of lithium hydride 0.05 cm thick, Fig. 11 shows a graph of the dependence of the change on the critical length (cm ) on the critical radius (cm) of a uranium hydride reactor 235 with a 0.1 cm thick lithium hydride reflector, Fig. 12 shows a graph of the dependence of the change in the critical length (cm) on the critical radius (cm) of a uranium hydride reactor 235 with a reflector of lithium hydride with a thickness of 0.2 cm, Fig. 13 shows a graph of the dependence of the intensity (s -1 · cm -2 ) of nuclear reactions of uranium decay on time (s) over the lifetime of a thermal neutron as a result of initiation of neutron decay reactions from the source to end of the reactor, Fig.14 shows n is a graph of the change in the rate of evaporation of a rod from uranium hydride depending on the length of evaporation of the rod due to the specific energy released as a result of a chain reaction of the decay of uranium nuclei initiated by a neutron wave, Fig. 15 shows a graph of the temperature (thermal wave) of heating of the rod as the neutron wave moves in the reactor from a distance of 10 cm, Fig. 16 shows a graph of the temperature (heat wave) of heating the reactor as the neutron wave moves through the reactor from a distance of 1 cm.

Устройство для осуществления предлагаемого способа состоит из титанового полого цилиндра 1, внутренний диаметр которого по всей длине покрыт плотно прилегающей к его поверхности фольгой 2 толщиной до 0,1 см, выполненной из материала, отражающего тепловые нейтроны, например гидрида лития. В образованный фольгой 2 диаметр, также плотно к ее поверхности и по всей длине размещен путем выращивания цилиндрический монокристалл 3 из гидрида изотопа урановой группы с критическими размерами по диаметру и длине. Монокристалл 3 по всему объему представляет собой решетчатую структуру из параллельных между собой и оси цилиндра 1 кристаллических плоскостей 4 (вариант а), или из отдельных составных наборов цилиндрических элементов 5, каждый из которых включает позиции 1, 2, 3 (вариант б), или из отдельных мелких кристаллических плоскостей 6 (вариант в) на фиг.1. Для всех вариантов кристаллические плоскости имеют, например, координаты (1, 0, 0). Позиции 1, 2, 3, 4, 5, 6 характеризуют самостоятельный элемент устройства как лазерный стержень 7 с вариантами (а, б, в), который в лазерной технике и в нашем случае выполняет функцию зоны активной среды твердотельного лазера в виде монокристалла 3 фиг.2, 1. Активная среда лазера в виде монокристалла 3 совмещена с источником его накачки в виде гидрида изотопа урановой группы, равномерно размещенного в том же монокристалле 3. На лазерный стержень 7 (или на внешний диаметр титанового цилиндра 1) плотно и жестко установлены цилиндрические оболочки: оболочка 8, выполненная из материала, отражающего тепловые нейтроны, например бериллия, оболочка 9, выполненная из материала, поглощающего тепловые нейтроны, например кадмия, и стальной несущий корпус 10 с присоединительным фланцем 11. Оболочки 8 и 9, а также корпус 10 составляют вместе с лазерным стержнем 7 ядерный реактор 12. С одного торца реактор 12, через фланец 11, герметично закрыт съемной конической втулкой 13, которая определяет боевое направление лазерного стержня 7, а с противоположного торца он герметично и жестко соединен с вертикально расположенным и имеющим, например, прямоугольную форму корпуса, затвором 14. Внутри корпуса затвора 14 по всей длине его вертикальной оси выполнен сквозной прямоугольный канал 15, а на симметричных стенках затвора 14, в направлении продольной оси лазерного стержня 7, соосно друг к другу, выполнены сквозные отверстия 16 и 17 соответственно. В канал 15 симметрично продольной оси, проходящей через центр отверстия 16 и 17, а также с перекрытием корпуса 10 (фиг.2) реактора 12 с вертикальным перемещением по каналу 15, плотно установлена заглушка 18 (фиг.2). Заглушка 18 выполнена из материала замедляющего и поглощающего быстрые нейтроны, например кадмия с углеродом, заглушка имеет собственную внешнюю рубашку 19 и герметично закрывает отверстия 16 и 17 (фиг.2). С торцов канал 15 герметично закрыт двумя одинаковыми, имеющими общую позицию, съемными крышками 20, через одну из которых в канал 15 жестко установлен тротиловый заряд 21 с детонатором 22 и герметично изолирующий подводящие провода (позиций не имеют) стальной болт 23 на одной из крышек 20. К стенке корпуса затвора 14 (фиг.3) со стороны отверстия 17 (фиг.2) герметично и жестко соосно с 7, 16 и 17 присоединен полый цилиндр 24 (фиг.2, 3), внутри которого плотно, с осевым перемещением, установлены: радиоактивный источник быстрых нейтронов 25, заключенный в свою металлическую цилиндрическую рубашку 26 (фиг.2, фиг.3) и прижимающий поршень 27. Открытый торец цилиндра 24 через соединительный фланец 28 герметично закрыт съемной крышкой 29, посредством которой в полый цилиндр 24 под крышкой 29 жестко установлен второй тротиловый заряд 30 со своим детонатором 31, подводящими проводами (позиций не имеют) и изолирующий их стальной болт 32, который герметично установлен на крышке 29. Тротиловые заряды и их детонаторы имеют самостоятельные позиции, т.к. они несут в себе разную мощность взрыва и выполняют различные технологические функции не связанные друг с другом. Радиоактивный источник быстрых нейтронов 25 представляет собой малогабаритный в масштабе (фиг.2) смесь радиоактивных элементов, ядра которых под воздействием ядерных реакций излучают быстрые нейтроны с величиной потока частиц порядка 108-109 с-1· см-2. Полученное таким образом устройство представляет собой гамма-лазер с ядерной накачкой, который в земных условиях должен быть герметично размещен в металлическом контейнере с защитными от радиации слоями, который снимается при запуске на космическую орбиту. В рассматриваемом изобретении контейнер не рассматривается и позиций не имеет.A device for implementing the proposed method consists of a titanium hollow cylinder 1, the inner diameter of which is covered over its entire length by a foil 2, which is closely adjacent to its surface, up to 0.1 cm thick, made of material reflecting thermal neutrons, for example lithium hydride. In the diameter formed by the foil 2, it is also tight to its surface and along the entire length placed by growing a cylindrical single crystal 3 from a uranium group isotope hydride with critical dimensions in diameter and length. A single crystal 3 over the entire volume is a lattice structure of crystalline planes 4 parallel to each other and to the axis of the cylinder 1 (option a), or from separate composite sets of cylindrical elements 5, each of which includes positions 1, 2, 3 (option b), or from individual small crystalline planes 6 (option c) in figure 1. For all variants, the crystalline planes have, for example, the coordinates (1, 0, 0). Positions 1, 2, 3, 4, 5, 6 characterize an independent element of the device as a laser rod 7 with options (a, b, c), which in laser technology and in our case performs the function of the active medium zone of a solid-state laser in the form of a single crystal 3 FIG. .2, 1. The active medium of the laser in the form of a single crystal 3 is combined with its pump source in the form of a hydride of an isotope of an uranium group uniformly placed in the same single crystal 3. Cylindrical cylinders 7 (or the outer diameter of titanium cylinder 1) are tightly and rigidly mounted shell: obolo 8 made of a material that reflects thermal neutrons, such as beryllium, a shell 9 made of a material that absorbs thermal neutrons, such as cadmium, and a steel supporting body 10 with a connecting flange 11. The shells 8 and 9, as well as the body 10, together with a laser rod 7 nuclear reactor 12. From one end, the reactor 12, through the flange 11, is hermetically closed by a removable conical sleeve 13, which determines the combat direction of the laser rod 7, and from the opposite end it is hermetically and rigidly connected to a vertically located closed and having, for example, a rectangular body shape, a shutter 14. Inside the shutter body 14, a through rectangular channel 15 is made along the entire length of its vertical axis, and on the symmetrical walls of the shutter 14, in the direction of the longitudinal axis of the laser rod 7, coaxially to each other, are made through holes 16 and 17, respectively. In the channel 15 symmetrically to the longitudinal axis passing through the center of the holes 16 and 17, as well as with the closure of the body 10 (figure 2) of the reactor 12 with vertical movement along the channel 15, a plug 18 is tightly installed (figure 2). The plug 18 is made of material that slows down and absorbs fast neutrons, for example cadmium with carbon, the plug has its own outer jacket 19 and hermetically closes the holes 16 and 17 (Fig. 2). From the ends of the channel 15 is hermetically closed by two identical, with a common position, removable covers 20, through one of which a TNT charge 21 with a detonator 22 is rigidly installed in the channel 15 and a steel bolt 23 is tightly insulated on the lead-in wires (no positions) on one of the covers 20 To the wall of the valve body 14 (Fig. 3) from the side of the hole 17 (Fig. 2), a hollow cylinder 24 (Figs. 2, 3) is tightly and coaxially aligned with 7, 16 and 17, inside of which it is tight, with axial movement, found: a radioactive source of fast neutrons 25, enclosed in its meta a cylindrical shirt 26 (FIG. 2, FIG. 3) and a pressing piston 27. The open end of the cylinder 24 is sealed through a connecting flange 28 by a removable cover 29, by means of which a second TNT charge 30 with its detonator is rigidly installed in the hollow cylinder 24 under the cover 29 31, with lead wires (they have no positions) and a steel bolt 32 insulating them, which is hermetically mounted on the cover 29. TNT charges and their detonators have independent positions, because they carry a different explosion power and perform various technological functions not related to each other. A radioactive source of fast neutrons 25 is a small-sized (figure 2) mixture of radioactive elements whose nuclei emit fast neutrons under the influence of nuclear reactions with a particle flux of the order of 10 8 -10 9 s -1 · cm -2 . The device thus obtained is a nuclear-pumped gamma laser, which in terrestrial conditions should be hermetically placed in a metal container with layers that are protected from radiation, which is removed when launched into space orbit. In the present invention, the container is not considered and has no positions.

Для определения позиций и с целью описания физических процессов в лазерном стержне 7 и в ядерном реакторе 12 на фиг.4 схематично и в развернутом виде изображено пространство кристаллической решетки 33 с атомами изотопов урановой группы 34, например урана 35 с внедренными в нее атомами водорода 36, образующей химическое соединение UH6, имеющее твердотельное состояние в виде монокристалла. Кристаллическая решетка 33 состоит из атомов изотопа урановой группы 34, в которую внедрены и равномерно распределены атомы водорода 36. На фиг.4, 5, 6, 7 показаны ядерные частицы, которые участвуют в процессах ядерной накачки и инициирования ядерных реакций деления тепловыми нейтронами 37 с выделением быстрых нейтронов 38, гамма-квантов 39 (фиг.4), осколков тяжелых ядер 40 (фиг.4), инициирование за счет реакций деления фронта волны цепных ядерных реакций 41 (фиг.5 и 7) фронта тепловой волны 42, фронта волны испарения вещества 43, фронта волны разрежения 44 и волны сжатия 45 вещества, инициирование цепных ядерных реакций деления тепловыми нейтронами 37 с выделением быстрых нейтронов 38 и образованием в результате замедления на ядрах водорода быстрых нейтронов 38 и дифракционного рассеяния на кристаллической решетке 33 тепловых нейтронов 37, инициирующие когерентные цепных ядерные реакции деления 46 и нейтронной волны 47 (фиг.6), которая в свою очередь инициирует волну цепных ядерных реакций 41 и когерентную волну гамма-излучения 48 (фиг.6). Все рассматриваемые процессы осуществляются в монокристалле 3, в кристаллической решетке 33. Образование и выход направленного и когерентного гамма-излучения 48 из гамма-лазера с ядерной накачкой осуществляют следующим образом. С целью создания нового материала активной среды лазера в твердотельной фазе, например, в вакуумной нагревательной печи (позиции не имеет) выращивают монокристалл 3 из гидрида изотопа урановой группы 34 с отражающими тепловые нейтроны 37 фольги 2 и титанового цилиндра 1. В результате получаем лазерный стержень 7 с вариантами параллельных продольной оси монокристалла 3 межкристаллических плоскостей 4, 5, 6 (а, б, в) (фиг.1) в объеме всего монокристалла 3 с равномерным распределением атомов изотопа урановой группы 34 и атомов водорода 36 в нем. Стержень 7 размещают в оболочку 8, отражающую тепловые нейтроны 37, оболочку 9, замедляющую и поглощающую быстрые нейтроны 38, а также в несущий корпус 10, позиции 8, 9 и 10 совместно с 7 образуют ядерный реактор 12. С боевого торца реактор закрывают съемной конической втулкой 13 (фиг.3), а с противоположного торца его закрывают заглушкой 18, поглощающей тепловые нейтроны 37 (фиг.2). В этом случае реакция деления ядер элементов урановой группы 34 в реакторе 12 не идет. Чтобы инициировать процесс реакции деления в реакторе и создать в нeм поток тепловых нейтронов 37 и, как следствие этого, поток гамма-квантов 39 производят следующие действия. Существующими способами доставляют гамма-лазер на расчетную космическую орбиту и также известным способом управления выводят его на ударную позицию по направлению острия конической втулки 13. Выбор места поражения на теле, например кометы, и наведение лазера на выбранное место также осуществляют известными способами. Запуск реактора 12 должен происходить на максимально удаленном расстоянии от планеты Земля и на оптимальном расстоянии от кометы или астероида. Перед запуском реактор 12 гамма-лазера с ядерной накачкой должен находиться на космической орбите в критическом режиме запуска (фиг.2) достаточно долгое время, например до нескольких лет. Такой критический режим запуска обеспечивает заглушка 18, которая герметично закрывает и разделяет соосные сквозные отверстия 16 и 17. Заглушка является преградой для проникновения быстрых нейтронов 38 из радиационного источника 25 через рубашку 26 в торец монокристалла 3. Запуск реактора 12 и, следовательно, гамма-лазера производят по команде, например, с Земли подрывом детонатора 22, который в свою очередь производит взрыв тротилового заряда 21. В этом случае давление газовой взрывной волны перемещает заглушку 18, например, в нижний свободный канал 15 в корпусе затвора 14 (фиг.2). Почти одновременно с запаздыванием в 10-3 с производят подрыв второго детонатора 31 и взрыв тротилового заряда 30, размещенного в полом цилиндре 24 под крышкой 29. Давлением газовой взрывной волной заряда 30 перемещают вдоль продольной оси цилиндра 24 радиоактивный источник 25. Через отверстие 17 в корпусе затвора 14 на место выбитой заглушки 18 устанавливают источник 25 и равномерно прижимают подвижным поршнем 27 торец радиоактивного источника 25, через сквозное отверстие 16 к торцу монокристалла 3 (фиг.3). В результате такого контакта быстрые нейтроны 38 радиоактивного источника 25 проникают в монокристалл 3, начинают замедляться на ядрах водорода 36, достигают тепловых скоростей и превращаются в тепловые нейтроны 37, захватываются ядрами изотопов урановой группы 49 и инициируют ядерные реакции деления с выделением быстрых нейтронов 38, гамма-квантов 39 и осколков тяжелых ядер 40. Быстрые нейтроны 38 замедляются до тепловых нейтронов 37 и инициируют цепные ядерные реакции деления, которые в свою очередь производят инициирование фронта волны ядерных реакций 41, фронта тепловой волны 42, фронта волны испарения вещества 43, фронта волны разрежения 44 и волны сжатия 45 вещества, инициирование цепных ядерных реакций деления тепловыми нейтронами 37 с выделением быстрых нейтронов 38 и образованием в результате замедления и дифракционного рассеяния на кристаллической решетке 33 тепловых нейтронов и образование когерентного потока тепловых нейтронов, или, что тоже самое, нейтронной волны 47, которая в свою очередь инициирует волну цепных ядерных реакций 41 и когерентную волну гамма излучения 48 (фиг.4, 5, 6, 7, 8). Когерентная волна гамма-излучения выводится с боевого торца реактора 12 и направляется на объект воздействия известным способом.To determine the positions and in order to describe the physical processes in the laser rod 7 and in the nuclear reactor 12, Fig. 4 schematically and in expanded form shows the space of the crystal lattice 33 with atoms of isotopes of the uranium group 34, for example, uranium 35 with hydrogen atoms 36 embedded in it, forming a chemical compound UH 6 having a solid state in the form of a single crystal. The crystal lattice 33 consists of atoms of the isotope of the uranium group 34 into which hydrogen atoms 36 are embedded and uniformly distributed. Figures 4, 5, 6, 7 show nuclear particles that participate in the processes of nuclear pumping and initiation of nuclear fission reactions by thermal neutrons 37 s the release of fast neutrons 38, gamma rays 39 (figure 4), fragments of heavy nuclei 40 (figure 4), initiation due to fission reactions of the wave front of chain nuclear reactions 41 (5 and 7) of the front of the heat wave 42, the wave front evaporation of substance 43, front of rarefaction wave 44 and compression of 45 substances, initiation of nuclear fission chain reactions of thermal neutrons 37 with the release of fast neutrons 38 and the formation of fast neutrons 38 on deceleration of hydrogen nuclei on the cores of hydrogen and diffraction scattering on the crystal lattice 33 of thermal neutrons 37, initiating coherent nuclear fission reactions of fission 46 and a neutron wave 47 (FIG. 6), which in turn initiates a wave of chain nuclear reactions 41 and a coherent wave of gamma radiation 48 (FIG. 6). All the processes under consideration are carried out in a single crystal 3, in a crystal lattice 33. The formation and output of directional and coherent gamma radiation 48 from a nuclear-pumped gamma laser is as follows. In order to create a new material of the active medium of the laser in the solid-state phase, for example, in a vacuum heating furnace (does not have a position), a single crystal 3 is grown from a uranium group 34 isotope hydride with foil 2 and titanium cylinder 1 reflecting thermal neutrons 37 and the result is a laser rod 7 with options parallel to the longitudinal axis of the single crystal 3 of intercrystalline planes 4, 5, 6 (a, b, c) (Fig. 1) in the volume of the entire single crystal 3 with a uniform distribution of atoms of the isotope of the uranium group 34 and hydrogen atoms 36 in it. The rod 7 is placed in the shell 8, which reflects thermal neutrons 37, the shell 9, which slows down and absorbs fast neutrons 38, as well as in the supporting body 10, positions 8, 9, and 10 together with 7 form a nuclear reactor 12. From the combat end, the reactor is closed with a removable conical sleeve 13 (figure 3), and from the opposite end it is closed with a plug 18, absorbing thermal neutrons 37 (figure 2). In this case, the fission reaction of the nuclei of the elements of the uranium group 34 does not proceed in the reactor 12. In order to initiate the fission reaction process in the reactor and create a thermal neutron flux 37 in it and, as a result of this, the gamma-ray flux 39 performs the following actions. The existing methods deliver the gamma laser into the calculated cosmic orbit and also, in a known manner of control, bring it to the shock position in the direction of the tip of the conical sleeve 13. The choice of the lesion on the body, such as a comet, and the laser is guided to the selected location by known methods. The start of the reactor 12 should occur at the most remote distance from planet Earth and at the optimal distance from the comet or asteroid. Before starting the reactor 12, a gamma-ray pump with a nuclear pump should be in space orbit in a critical launch mode (figure 2) for a sufficiently long time, for example up to several years. Such a critical trigger mode is provided by a plug 18, which hermetically closes and separates the coaxial through holes 16 and 17. The plug is an obstacle for the penetration of fast neutrons 38 from the radiation source 25 through the jacket 26 into the end face of the single crystal 3. Starting the reactor 12 and, consequently, the gamma laser produced by command, for example, from the Earth by detonating the detonator 22, which in turn produces an explosion of TNT charge 21. In this case, the pressure of the gas blast wave moves the plug 18, for example, into the lower free channel al 15 in the housing of the shutter 14 (figure 2). Almost simultaneously with a delay of 10 -3 s, the second detonator 31 is blown up and the TNT charge 30 burnt in the hollow cylinder 24 under the cover 29 is blown up. A radioactive source 25 is moved along the longitudinal axis of the cylinder 24 with the pressure of the gas blast wave 30. Through the hole 17 in the housing the shutter 14 in place of the knocked out plugs 18 install the source 25 and uniformly press the end face of the radioactive source 25 through the through hole 16 to the end face of the single crystal 3 with a movable piston 27 (Fig. 3). As a result of such contact, fast neutrons 38 of a radioactive source 25 penetrate into a single crystal 3, begin to slow down on hydrogen nuclei 36, reach thermal speeds and turn into thermal neutrons 37, are captured by nuclei of isotopes of uranium group 49 and initiate nuclear fission reactions with the release of fast neutrons 38, gamma of quanta 39 and fragments of heavy nuclei 40. Fast neutrons 38 slow down to thermal neutrons 37 and initiate chain nuclear fission reactions, which in turn produce the initiation of a nuclear wave front x reactions 41, the front of the heat wave 42, the front of the wave of evaporation of substance 43, the front of the wave of rarefaction 44 and the wave of compression 45 of the substance, the initiation of chain nuclear fission reactions by thermal neutrons 37 with the release of fast neutrons 38 and the formation as a result of deceleration and diffraction scattering on the crystal lattice 33 thermal neutrons and the formation of a coherent flux of thermal neutrons, or, which is the same, a neutron wave 47, which in turn initiates a wave of chain nuclear reactions 41 and a coherent gamma radiation wave 48 (FIG. .4, 5, 6, 7, 8). A coherent wave of gamma radiation is output from the combat end of the reactor 12 and is directed to the object of influence in a known manner.

Эффективность способа и устройства генерации мощного направленного и когерентного импульсного гамма-излучения 48 заключается в следующем. Известно, что ядерная реакция деления 36 ядра изотопа урановой группы 49, например урана 235, под действием тепловых нейтронов 37 состоит в том, что тяжелое ядро, поглотив нейтрон, делится на два почти равных осколка 40. При этом деление сопровождается испусканием двух-трех быстрых нейтронов 38 и при каждом акте деления выделяется энергия, равная примерно 200 МэВ. Кроме того, при делении ядра происходит излучение гамма-кванта 39 высокой энергии равной 9-10 МэВ и быстрых нейтронов 38 с энергией 1-2 МэВ. Очевидно, что ядро, например, урана 235 может начать делится под действием своих собственных тепловых нейтронов 37, которые образуются в результате той же реакции деления, тем более, что это количество возрастает при каждом акте деления в 2-3 раза. Интенсивность реакции деления ядра сильно зависит от энергии нейтронов, т.е. чем меньше энергия нейтрона, тем выше интенсивность реакции деления. Так как реакция деления идет при любых энергиях, то в соответствии с законом обратной пропорциональности эффективного сечения от скорости движения нейтрона, сечение реакции резко возрастает при приближении энергии теплового нейтрона 37 к нулю. Так, например, для тепловых нейтронов Е=0,025 эВ сечение реакции деления равно 600 барн. Для тепловых нейтронов 37 деление, если оно идет, является преобладающим процессом над всеми остальными реакциями. Так при захвате теплового нейтрона 37, например, ядром урана 235 деление происходит с вероятностью 0,84. Кроме процесса деления, могут также происходить процессы возбуждения ядра урана-235 с последующим процессом испускания гамма-кванта. Однако такой процесс происходит при высоких энергиях нейтрона, т.е. для быстрых нейтронов 38. Таким образом, видно, что для получения высокой интенсивности реакции деления, например, ядра урана 235 необходимо замедлить быстрые нейтроны 38 реакции деления ядра до тепловых нейтронов 37. При столкновении с ядрами гидрида изотопа урановой группы 34, например урана-235, быстрый нейтрон 38 после замедления может поглотиться этим ядром или рассеяться на ядрах водорода 36 или, например, на ядрах урана-235 и размножиться за счет реакции деления на макроскопических масштабах, который будет занимать материал из гидрида изотопа урановой группы урана-34. При переходе к макроскопическим масштабам отдельные акты поглощения, суммируясь, приведут к некоторому поглощению нейтронного потока 50, а суммарное действие большого числа актов рассеяния приведет к двум макроскопическим процессам - к замедлению и диффузии. Конечный результат действия этих двух процессов приведет к поглощению части замедленных тепловых нейтронов 37 и к диффузионному процессу деления, например, ядер урана-235, а следовательно, к диффузному излучению гамма-квантов 39, возникающих в результате распада ядер урана при поглощении теплового нейтрона 37.The effectiveness of the method and device for generating powerful directional and coherent pulsed gamma radiation 48 is as follows. It is known that the nuclear fission reaction 36 of the nucleus of an isotope of a uranium group 49, for example uranium 235, under the influence of thermal neutrons 37 consists in the fact that a heavy nucleus, having absorbed a neutron, is divided into two almost equal fragments 40. In this case, fission is accompanied by the emission of two or three fast neutrons 38 and at each act of fission, an energy of approximately 200 MeV is released. In addition, during nuclear fission, high-energy gamma-ray 39 of 9-10 MeV and fast neutrons 38 with an energy of 1-2 MeV are emitted. Obviously, the nucleus, for example, of uranium 235 can begin to divide under the influence of its own thermal neutrons 37, which are formed as a result of the same fission reaction, especially since this amount increases by 2-3 times with each fission event. The intensity of the nuclear fission reaction strongly depends on the neutron energy, i.e. the lower the neutron energy, the higher the intensity of the fission reaction. Since the fission reaction occurs at any energies, in accordance with the law of inverse proportionality of the effective cross section to the neutron velocity, the reaction cross section increases sharply as the thermal neutron energy 37 approaches zero. So, for example, for thermal neutrons E = 0.025 eV, the fission reaction cross section is 600 barn. For thermal neutrons, 37 fission, if it occurs, is the predominant process over all other reactions. So, when a thermal neutron 37 is captured, for example, by a uranium nucleus 235, fission occurs with a probability of 0.84. In addition to the fission process, processes of excitation of the uranium-235 nucleus can also occur, followed by the process of emitting a gamma ray. However, such a process occurs at high neutron energies, i.e. for fast neutrons 38. Thus, it is clear that in order to obtain a high intensity fission reaction, for example, of a uranium nucleus 235, it is necessary to slow down fast neutrons 38 of a fission reaction to thermal neutrons 37. In a collision with a hydride nucleus, an isotope of a uranium group 34, for example, uranium-235 , a fast neutron 38 after deceleration can be absorbed by this nucleus or scattered by hydrogen nuclei 36 or, for example, by uranium-235 nuclei and multiply due to the fission reaction at macroscopic scales, which will occupy the material from the isotope hydride uranium group of uranium-34. When moving to macroscopic scales, individual absorption events, summing up, will lead to some absorption of the neutron flux 50, and the total effect of a large number of scattering events will lead to two macroscopic processes - to slowdown and diffusion. The final result of the action of these two processes will lead to the absorption of part of the delayed thermal neutrons 37 and to the diffusion fission process, for example, of uranium-235 nuclei, and therefore to diffuse radiation of gamma rays 39 arising from the decay of uranium nuclei upon absorption of a thermal neutron 37.

Поскольку основной целью поставленной задачи является получение когерентных потоков гамма-квантов 48, а не диффузных потоков гамма-квантов 39, то для решения поставленной задачи необходимо получение когерентных потоков тепловых нейтронов 47, т.е. надо преобразовать диффузионные потоки замедленных нейтронов в когерентные потоки тепловых нейтронов 47 (фиг.5). Замедление нейтронов происходит как при неупругих, так и при упругих столкновениях. До столкновения с нейтроном ядро урана 235 или ядро атома водород 36 находится в состоянии покоя, а после столкновения приходит в движение, получая от нейтрона некоторую энергию. В результате этого процесса нейтрон замедляется. Это замедление не может привести к полной остановке нейтрона из-за теплового движения ядер. Энергия теплового движения ядер атома водорода 36 имеет величину порядка kT=0,025 эВ. Нейтроны с этой энергией находятся в тепловом равновесии со средой, такие нейтроны называются тепловыми. Одновременно с процессами замедления нейтронов идут процессы поглощения и диффузии нейтронов. При достижении некоторой определенной энергии в результате замедления нейтрон может быть захвачен ядром и выбыть из дальнейшего процесса замедления. Для среды из гидрида изотопа урановой группы 34, например урана 235, процесс замедления нейтронов в основном происходит на ядрах водорода, а процессы поглощения и диффузия в основном происходит на тяжелых ядрах, например ядрах урана 235. При поглощении одного замедленного теплового нейтрона 37, например, ядром урана 235 происходит реакция деления тяжелого ядра урана 235 и рождение 2 или трех быстрых нейтронов 38, т.е. процессы замедления и поглощения нейтронов сопровождаются также еще одним процессом - процессом размножения нейтронов фиг.4, 5. Определим параметры процесса размножения нейтронов в результате замедления быстрых нейтронов 38 на ядрах атома водорода 36 до тепловых энергий и поглощения тепловых нейтронов 37, например, ядрами урана 235 в активной твердотельной зоне гамма-излучения, состоящей из гидрида, например, урана 235. Исходя из табличных значений для сечений рассеяния и поглощения тепловых 37 и быстрых нейтронов 38 на ядрах урана-235, водорода и дейтерия и средних значений числа нейтронов, испускаемых при делении фиг.4, 5.Since the main goal of the task is to obtain coherent gamma-ray fluxes 48, rather than diffuse gamma-ray fluxes 39, to solve the problem, it is necessary to obtain coherent fluxes of thermal neutrons 47, i.e. it is necessary to convert the diffusion fluxes of delayed neutrons into coherent fluxes of thermal neutrons 47 (figure 5). The slowing down of neutrons occurs both in inelastic and in elastic collisions. Before a collision with a neutron, the uranium nucleus 235 or the nucleus of an atom of hydrogen 36 is at rest, and after the collision comes into motion, receiving some energy from the neutron. As a result of this process, the neutron slows down. This deceleration cannot lead to a complete neutron stop due to the thermal motion of the nuclei. The energy of thermal motion of the nuclei of a hydrogen atom 36 is of the order of kT = 0.025 eV. Neutrons with this energy are in thermal equilibrium with the medium, such neutrons are called thermal. Simultaneously with the processes of neutron deceleration, processes of absorption and diffusion of neutrons are in progress. Upon reaching a certain specific energy as a result of deceleration, the neutron can be captured by the nucleus and be eliminated from the further deceleration process. For a medium from an isotope hydride of a uranium group 34, for example, uranium 235, the process of neutron deceleration mainly occurs on hydrogen nuclei, and the absorption and diffusion processes mainly occur on heavy nuclei, for example, uranium 235 nuclei. When one slow thermal neutron 37 is absorbed, for example, The fission of a heavy uranium 235 nucleus and the production of 2 or three fast neutrons 38, i.e. neutron moderation and absorption processes are also accompanied by another process — the neutron multiplication process of FIGS. 4, 5. We determine the parameters of the neutron multiplication process as a result of the deceleration of fast neutrons 38 on the nuclei of a hydrogen atom 36 to thermal energies and absorption of thermal neutrons 37, for example, uranium nuclei 235 in the active solid-state zone of gamma radiation, consisting of hydride, for example, uranium 235. Based on the tabular values for the scattering and absorption cross sections of thermal 37 and fast neutrons 38 at the nuclei of uranium-235, hydrogen and eyteriya and average values of the number of neutrons emitted in the fission of 4, 5.

Среднее число нейтронов, испускаемых в одном акте деления урана-235 при захвате теплового нейтрона 37The average number of neutrons emitted in one act of fission of uranium-235 upon capture of a thermal neutron 37

Vt=2.47.V t = 2.47.

Энергия быстрого нейтрона 38, выделяющегося в результате реакции деления, например, урана-235 (эВ)Fast neutron energy 38 released as a result of a fission reaction, for example, uranium-235 (eV)

Еn=106.E n = 10 6 .

Среднее число нейтронов, испускаемых в одном акте деления урана-235 при захвате быстрого нейтрона 38The average number of neutrons emitted in one act of fission of uranium-235 during the capture of a fast neutron 38

vb=2.65.v b = 2.65.

Сечение деления урана-235 тепловыми нейтронами 37 (см2)Uranium-235 fission cross section for thermal neutrons 37 (cm 2 )

Snf=5,9· 10-22.S nf = 5.9 · 10 -22 .

Сумма сечений деления и радиационного захвата ядром урана-235 тепловыми нейтронами (см2)The sum of the fission and radiative capture cross sections of a uranium-235 nucleus by thermal neutrons (cm 2 )

Sna=6,98· 10-22.S na = 6.98 · 10 -22 .

Сечение упругого рассеяния тепловых нейтронов 37 на ядре урана-235 (см2)The cross section for elastic scattering of thermal neutrons 37 on a uranium-235 nucleus (cm 2 )

Sns=1,5· 10-23.S ns = 1.5 · 10 -23 .

Сечение деления урана-235 быстрыми нейтронами (см2)Uranium-235 fission cross section by fast neutrons (cm 2 )

Sbf=2· 10-24.S bf = 2 · 10 -24 .

Сечение деления и радиационного захвата ядром урана-235 быстрого нейтрона (см2)Fission and radiation capture cross section of a fast neutron uranium-235 nucleus (cm 2 )

Sba=2,3· 10-24.S ba = 2.3 · 10 -24 .

Сечение радиационного захвата быстрого нейтрона ядром урана-235Radiation capture cross section of a fast neutron by a uranium-235 nucleus

Sbi=0,3· 10-24.S bi = 0.3 · 10 -24 .

Сечение радиационного захвата теплового нейтрона ядром урана-235The cross section for radiation capture of a thermal neutron by a uranium-235 nucleus

Sni=1,12· 10-22.S ni = 1.12 · 10 -22 .

Сечение рассеяния замедленного нейтрона на ядре атома водород 36The scattering cross section of a delayed neutron at the nucleus of a hydrogen atom 36

Ssh=6,9· 10-23.S sh = 6.9 · 10 -23 .

Сечение поглощения замедленного нейтрона ядрами водородаThe cross section for the absorption of a delayed neutron by hydrogen nuclei

Sah=1,15· 10-24.S ah = 1.15 · 10 -24 .

Сечение рассеяния тепловых нейтронов 37 на ядрах урана-235Thermal neutron scattering cross section 37 on uranium-235 nuclei

Ssu=1,5· 10-23.S su = 1.5 · 10 -23 .

Сечение рассеяния замедленного нейтрона на ядрах водородаCross section for scattering of a delayed neutron by hydrogen nuclei

Ssh=6,9· 10-23.S sh = 6.9 · 10 -23 .

Сечение поглощения замедленного нейтрона ядром водородThe absorption cross section of a delayed neutron by a hydrogen nucleus

Sah=1,15· 10-24.S ah = 1.15 · 10 -24 .

Определим коэффициенты размножения нейтронов в твердотельной смеси гидрида и дейтерида урана-235 и режим нарастания нейтронов за счет цепной реакции деления 46 ядер урана в таких смесяхWe determine the neutron multiplication coefficients in a solid-state mixture of uranium-235 hydride and deuteride and the neutron growth regime due to the chain reaction of fission of 46 uranium nuclei in such mixtures

Среднее число вторичных нейтронов на один захват нейтрона делящимся ядром урана-235The average number of secondary neutrons per neutron capture by the fissile nucleus of uranium-235

Yt=vt· Snf/Sna=2.087822350.Y t = v t · S nf / S na = 2.087822350.

Среднее число вторичных нейтронов на один акт захвата быстрого нейтрона 37 ядром урана-235The average number of secondary neutrons per act of capture of a fast neutron 37 by a uranium-235 nucleus

уb=vb· Sbf/Sba=2.304347826.at b = v b · S bf / S ba = 2.304347826.

Коэффициент замедления теплового нейтрона 37 на ядре водородаThermal neutron deceleration coefficient 37 on a hydrogen nucleus

ph=Ssh/Sah=60.00000000.p h = S sh / S ah = 60.00000000.

Коэффициент замедления быстрого нейтрона 38 на ядре водорода в смеси с ядрами урана-235Deceleration coefficient of a fast neutron 38 on a hydrogen nucleus mixed with uranium-235 nuclei

phu=Ssh/Sni=.6160714286.p hu = S sh / S ni = .6160714286.

Коэффициент замедления быстрого нейтрона 38 на ядрах дейтерия в смеси с ядрами урана-23538 Fast neutron slowdown coefficient on deuterium nuclei mixed with uranium-235 nuclei

pdu=Ssd/Sni=.1517857143.p du = S sd / S ni = .1517857143.

Среднее сечение поглощения теплового нейтрона 37 в смеси водорода с ураном-235The average absorption cross section of thermal neutron 37 in a mixture of hydrogen with uranium-235

Sau=Sni+Snf+Sah=.7031500000· 10-21.S au = S ni + S nf + S ah = .7031500000 × 10 -21 .

Коэффициент размножения тепловых нейтронов 37 в смеси водорода с ураном-235Thermal neutron multiplication factor 37 in a mixture of hydrogen with uranium-235

kn=vtSnfphu/Sau=1.276826983.k n = v t S nf p hu / S au = 1.276826983.

Коэффициент размножения тепловых нейтронов 37 в чистом уране-235Thermal neutron multiplication coefficient 37 in pure uranium-235

k1=ytpu=.2796190647.k 1 = y t p u = .2796190647.

Среднее сечение поглощения теплового нейтрона 37 в смеси дейтерия с ураном-235The average absorption cross section of thermal neutron 37 in a mixture of deuterium with uranium-235

Sud=Sni+Snf+Sad=.7020400000· 10-21.S ud = S ni + S nf + S ad = .7020400000 × 10 -21 .

Коэффициент размножения быстрых и тепловых нейтронов в смеси дейтерия с ураном-235The multiplication factor of fast and thermal neutrons in a mixture of deuterium with uranium-235

kd=vtSnfpdu/Sud=.3150779463.k d = v t S nf p du / S ud = .3150779463.

Начальное число быстрых нейтронов 38 (величина потока нейтронов от запального источника (с-1· см-2)The initial number of fast neutrons is 38 (the magnitude of the neutron flux from the ignition source (s -1 · cm -2 )

Nto=108.N to = 10 8 .

Число поколений тепловых нейтронов 37 при размноженииThe number of generations of thermal neutrons 37 during reproduction

n:=110.n: = 110.

Число размножаемых тепловых нейтронов 37 в смеси гидрида урана 235 в n-м поколении (с-1· см-2)The number of propagated thermal neutrons 37 in a mixture of uranium hydride 235 in the n-th generation (s -1 · cm -2 )

Io=Ntok n n =.6210072369· 1020.I o = N to k n n = .621007236910 20 .

Время жизни одного поколения для медленных реакций (с)One generation lifetime for slow reactions (s)

t1=1· 10-5.t 1 = 1 · 10 -5 .

Полное время рождения нейтронов для 100 поколений нейтронов для медленных реакций(с)Total neutron production time for 100 neutron generations for slow reactions (s)

tp=t1n=0.0011.t p = t 1 n = 0.0011.

Таким образом, проведенные расчеты по определению коэффициента размножения тепловых нейтронов 37 в уране-235 показывают, что в чистых веществах урана-235 коэффициент размножения меньше единицы, т.е. цепные реакции деления в чистых ядерно-активных веществах не имеют место. Однако, если произвести полное наводораживание урана-235 с концентрациями водорода и урана пропорционально химическому соединению гидрида урана (UH6), коэффициент размножения тепловых нейтронов становится больше единицы. Для современных ядерных зарядов также применяются замедление с помощью легких ядер, однако используется при этом не гомогенный принцип распределения замедлителя в уране, а гетерогенный, при котором процентное содержание замедлителя соответствует необходимой величине для замедления нейтрона до тепловых энергий. При этом размеры таких зарядов становятся сравнительно большими.Thus, the calculations performed to determine the multiplication coefficient of thermal neutrons 37 in uranium-235 show that in pure uranium-235 substances the multiplication coefficient is less than unity, i.e. fission chain reactions in pure nuclear active substances do not take place. However, if a complete hydrogenation of uranium-235 with hydrogen and uranium concentrations is performed in proportion to the chemical compound of uranium hydride (UH 6 ), the multiplication coefficient of thermal neutrons becomes more than unity. For modern nuclear charges, moderation with the help of light nuclei is also used, however, it is not the homogeneous moderator distribution principle in uranium that is used, but heterogeneous, in which the moderator percentage corresponds to the necessary value for moderating the neutron to thermal energies. Moreover, the sizes of such charges become relatively large.

В данном случае рассматривается гомогенное распределение замедлителя, при этом используется не в виде соединения водорода с кислородом, а в чистом виде, что увеличивает величину коэффициента размножения тепловых нейтронов и изменяет все остальные параметры, в том числе размер заряда. Такую смесь замедлителя и активного ядра можно получить в виде химического соединения, называемого гидридом урана (UH6), что дает широкие технологические возможности по созданию топливного элемента. Такие элементы можно производить путем прессования из порошка гидрида урана или выращивать монокристаллы гидрида урана. Оценочные расчеты показывают, что при начальном потоке быстрых нейтронов 38, равном No=108-1· см-2), которые можно получить в результате других ядерных реакций, за счет процесса размножения нейтронов в твердотельном гидриде урана-235 в результате цепных ядерных реакциях деления урана-235 за время равное 10-3 с, величина потока нейтронов 50 возрастает до N=1025-1· см-2). При достижении тепловой энергии (0,25 эВ) у теплового нейтрона 37 начинают проявляться волновые свойства. Согласно квантово-механическим представлениям, нейтрон, как и любая другая частица, обладает волновыми свойствами. Эти волновые свойства будут теперь влиять на нейтрон после замедления его на атоме водород 36 и при движении его в кристалле гидрида урана, так как дебройлевская длина волны lnu=0,1· 10-7 см по порядку величины близка межплоскостному расстоянию duh=0,27· 10-7 см. При такой длине волны энергия нейтрона имеют величину в пределах En=0,08-0,25 эВ, так что волновые свойства отчетливо сказываются у тепловых нейтронов 37 и еще сильнее у холодных. Влияние волновых свойств проявляется в том, что рассеянные разными ядрами нейтронные волны 47 начинают интерферировать друг с другом, испытывают дифракцию, преломление и отражение (в том числе и полное внутренне отражение).In this case, the homogeneous distribution of the moderator is considered, and it is used not in the form of a compound of hydrogen with oxygen, but in its pure form, which increases the multiplication coefficient of thermal neutrons and changes all other parameters, including the size of the charge. Such a mixture of moderator and active core can be obtained in the form of a chemical compound called uranium hydride (UH 6 ), which gives wide technological possibilities for creating a fuel cell. Such elements can be produced by pressing from uranium hydride powder or growing uranium hydride single crystals. Estimated calculations show that with an initial fast neutron flux of 38 equal to N o = 10 8 (s -1 · cm -2 ), which can be obtained as a result of other nuclear reactions, due to the process of neutron multiplication in solid uranium-235 hydride as a result chain nuclear fission reactions of uranium-235 in a time equal to 10 -3 s, the magnitude of the neutron flux 50 increases to N = 10 25 (s -1 · cm -2 ). Upon reaching thermal energy (0.25 eV), the thermal neutron 37 begins to manifest wave properties. According to quantum-mechanical concepts, a neutron, like any other particle, has wave properties. These wave properties will now affect the neutron after it is slowed down by a hydrogen 36 atom and when it moves in a uranium hydride crystal, since the de Broglie wavelength l nu = 0.1 · 10 -7 cm is close to the interplanar distance d uh = 0 in order of magnitude , 27 · 10 -7 cm. At this wavelength, the neutron energy has a value in the range of E n = 0.08-0.25 eV, so that the wave properties are clearly reflected in thermal neutrons 37 and even stronger in cold ones. The influence of wave properties is manifested in the fact that neutron waves 47 scattered by different nuclei begin to interfere with each other, undergo diffraction, refraction, and reflection (including total internal reflection).

Если энергия теплового нейтрона 37 в нейтронной волне 47 равна (эрг)If the energy of the thermal neutron 37 in the neutron wave 47 is (erg)

Ет=8· 10-14,E t = 8 · 10 -14 ,

то при твердотельной концентрации молекул гидрида урана 235, равной (см-3)then at a solid-state concentration of uranium hydride molecules 235 equal to (cm -3 )

No=4,7· 1022,N o = 4.7 · 10 22 ,

длина волны теплового нейтрона будет равна (см)the wavelength of the thermal neutron will be equal to (cm)

lnu=(4π 2h 2 p /(2mnEn))1/2=.1110157647· 10-7.l nu = (4π 2 h 2 p / (2m n E n )) 1/2 = .1110157647 · 10 -7 .

Межатомное расстояние в такой твердотельной среде определяется выражением (см)The interatomic distance in such a solid-state medium is determined by the expression (cm)

duh=(1/No)1/3=.2770984186· 10-7,d uh = (1 / N o ) 1/3 = .2770984186 · 10 -7 ,

которое называется межплоскостным расстоянием в кристалле 3 гидрида урана. Таким образом, проходя через кристалл, тепловые нейтроны 37, подобно рентгеновским лучам, претерпевают дифракционное рассеяние (фиг.8). Это рассеяние проявляется в том, что при попадании пучка нейтронов в кристалл возникают новые пучки, идущие в направление, отличные от первоначальных (фиг.8). При прохождении пучков тепловых нейтронов 37 в кристалле в результате рассеяния на ядрах водорода формируется плоская нейтронная волна 47 (фиг.7). Ядра атомов водорода 36, расположенные в определенной кристаллической плоскости, отражают эту волну. Параллельных кристаллических плоскостей 33 очень много. Нейтронные волны 47, отраженные в каждой из них, интерферируют друг с другом. В результате от кристалла 3 в целом нейтронная волна 47 будет распространяться лишь в том направлении, в которой волны, отраженные различными параллельными плоскостями, начинают усиливать друг друга. Для этого разность хода лучей, отраженных разными плоскостями, должна равняться целому числу полуволн. В рассматриваемом случае для стержня 7 из гидрида урана такие плоскости будут иметь место, если кристалл 3 выращен, например, с плоскостью [1.0.0.].which is called the interplanar spacing in crystal 3 of uranium hydride. Thus, passing through the crystal, thermal neutrons 37, like x-rays, undergo diffraction scattering (Fig. 8). This scattering is manifested in the fact that when a neutron beam enters the crystal, new beams appear that go in a direction different from the original ones (Fig. 8). During the passage of beams of thermal neutrons 37 in the crystal as a result of scattering on hydrogen nuclei, a plane neutron wave 47 is formed (Fig. 7). The nuclei of hydrogen atoms 36, located in a certain crystalline plane, reflect this wave. There are a lot of parallel crystalline planes 33. Neutron waves 47 reflected in each of them interfere with each other. As a result, from the crystal 3 as a whole, the neutron wave 47 will propagate only in the direction in which the waves reflected by different parallel planes begin to amplify each other. For this, the difference in the path of the rays reflected by different planes should be equal to an integer number of half-waves. In the case under consideration, for a rod 7 of uranium hydride, such planes will occur if crystal 3 is grown, for example, with a plane [1.0.0.].

2duh sin(ϑ )-mlmu,2d uh sin (ϑ) -ml mu ,

где duh - межплоскостное расстояние, ϑ - угол скольжения между отражающей плоскостью и падающим пучком, m - положительное целое число, называемое порядком отражения. Это соотношение называется условием Брэгга-Вульфа. Оно применимо для дифракции на кристалле волн любой природы, в том числе и нейтронных волн 47. Отсюда угол скольжения для заданного порядка отражения будет определяться выражением:where d uh is the interplanar distance, ϑ is the slip angle between the reflecting plane and the incident beam, m is a positive integer called the reflection order. This relation is called the Bragg-Wolfe condition. It is applicable for diffraction by a crystal of waves of any nature, including neutron waves 47. Hence, the slip angle for a given reflection order will be determined by the expression:

ϑ =arcsin(mlnu/(2duh))=arcsin(.2003182935 m).ϑ = arcsin (ml nu / (2d uh )) = arcsin (.2003182935 m).

В ближней дифракционной зоне, т.е. для m=1 угол скольжения равен примерно ϑ =0,2 рад.In the near diffraction zone, i.e. for m = 1, the slip angle is approximately ϑ = 0.2 rad.

Основным параметром, характеризующим процессы рассеяния нейтронов в кристалле 3, является длина рассеяния, которая используется для описания s-волны рассеяния падающих нейтронов низкой энергии при взаимодействии с ядром. В борновском приближении дифференциальное сечение рассеяния не зависит от угла рассеяния и энергии, пока можно считать выполненным условие, что длина волны нейтрона превышает длину рассеяния. Длина рассеяния определяется из величины сечения упругого рассеяния теплового нейтрона 37 на ядрах атомов водорода 36 или атомов урана 34 в гидриде урана.The main parameter characterizing the processes of neutron scattering in crystal 3 is the scattering length, which is used to describe the s-wave scattering of incident low-energy neutrons in interaction with the nucleus. In the Born approximation, the differential scattering cross section does not depend on the scattering angle and energy, so long as the condition that the neutron wavelength exceeds the scattering length can be considered fulfilled. The scattering length is determined from the value of the elastic scattering cross section of the thermal neutron 37 on the nuclei of hydrogen atoms 36 or uranium atoms 34 in uranium hydride.

Ssh=6,9· 10-23,S sh = 6.9 · 10 -23 ,

полная амплитуда рассеяния тепловых нейтронов 37 на ядре атома водорода 36 в гидриде урана (см)the total amplitude of scattering of thermal neutrons 37 on the nucleus of a hydrogen atom 36 in uranium hydride (cm)

anh=(Ssh/4π ))1/2=.2343849520· 10-11.a nh = (S sh / 4π)) 1/2 = .2343849520 · 10 -11 .

Если исходить из того, что кристалл содержит N ядер, то полное сечение рассеяния тепловых нейтронов на ансамбле из N ядер кристалла будет определяться выражениемBased on the fact that a crystal contains N nuclei, the total cross section for scattering of thermal neutrons in an ensemble of N nuclei of a crystal will be determined by the expression

Figure 00000002
Figure 00000002

где ak(n) - амплитуда когерентного рассеяния нейтрона для n - плоскости. Предполагая, что амплитуда когерентного рассеяния одинакова для каждой плоскости отражения потока нейтронов, получим выражение для сечения когерентного рассеяния в виде:where a k (n) is the amplitude of coherent neutron scattering for the n - plane. Assuming that the amplitude of coherent scattering is the same for each plane of reflection of the neutron flux, we obtain the expression for the cross section of coherent scattering in the form:

Figure 00000003
Figure 00000003

где х(n) - радиус-вектор узлов решетки, К - радиус-вектор обратной решетки. Эта сумма обращается в нуль, если произведение К.х(n) не является целым числом, кратным 2π для всех n. Таким образом приходим к условию Брэгга, выполняющемуся при равенстве волнового вектора рассеянной частицы К одному из векторов G обратной решетки (фиг.6, 7). Оценим сумму по решетке для случая одномерного кристалла с постоянной решетки, равной duh, а затем обобщим результат на случай трех измерений. Пусть число молекул гидрида урана кристалла равно N; координата n-узла x(n)=n· duh, где n - целое число, принимающее одно из значений в интервале от 0 до N-1.where x (n) is the radius vector of the lattice nodes, K is the radius vector of the reciprocal lattice. This sum vanishes if the product K.x (n) is not an integer multiple of 2π for all n. Thus we come to the Bragg condition, which is satisfied when the wave vector of the scattered particle K is equal to one of the reciprocal-lattice vectors G (Figs. 6, 7). Let us estimate the sum over the lattice for the case of a one-dimensional crystal with a lattice constant equal to d uh , and then generalize the result to the case of three measurements. Let the number of uranium hydride crystal molecules be N; the coordinate of the n-node x (n) = n · d uh , where n is an integer that takes one of the values in the range from 0 to N-1.

Тогда вероятность того, что данный атом кристалла будет иметь амплитуду рассеяния, равную х(n), будет равна:Then the probability that this crystal atom will have a scattering amplitude equal to x (n) will be equal to:

Figure 00000004
Figure 00000004

или, что то же самое, данное выражение можно представить в виде:or, which is the same, this expression can be represented as:

Figure 00000005
Figure 00000005

где K:=1/1nu - волновое число для нейтрона как волны (см-1)where K: = 1/1 nu is the wave number for the neutron as a wave (cm -1 )

В случае трех измерений получаем окончательно выражение для сечения когерентного рассеяния нейтронов на решетке кристалла 3 гидрида урана в виде:In the case of three measurements, we finally obtain the expression for the cross section for coherent neutron scattering on the lattice of crystal 3 of uranium hydride in the form:

Figure 00000006
Figure 00000006

для числа атомов в одной кристаллической ячейке, равногоfor the number of atoms in one crystal cell equal to

N=3,N = 3,

сечение когерентного рассеяния тепловых нейтронов 37 в кристалле гидрида урана (см2)section of coherent scattering of thermal neutrons 37 in a uranium hydride crystal (cm 2 )

Ssk=.4437117262· 10-22.S sk = .4437117262 · 10 -22 .

Коэффициент преломления тепловых нейтронов 37 на границе двух сред из гидрида урана и вакуума будет определяться величинойThe refractive index of thermal neutrons 37 at the boundary of two media of uranium hydride and vacuum will be determined by the value

nр=1-4π lnuanhNo/(2π )=0,9999728464.n p = 1-4π l nu a nh N o / (2π) = 0.9999728464.

Отсюда критический угол скольжения, при котором начинается полное внутреннее отражение в плоскости кристалла для пучка нейтронов и сохранение условия когерентности для нейтронной волны 47Hence, the critical slip angle at which full internal reflection begins in the crystal plane for the neutron beam and the coherence condition for the neutron wave is preserved 47

ϑ k=2arccos(np)=0,01473871715.ϑ k = 2arccos (n p ) = 0.01473871715.

Рассмотрим интенсивность волны нейтронов в некоторой точке после дифракционного рассеяния их на кристаллической плоскости 33 кристалла 3 (фиг.5, 8). Колебания, создаваемые элементарной зоной (m=1) с координатой х в этой точке, положение которой относительно кристаллической плоскости определяется углом ϑ может быть представлено как:Consider the intensity of the neutron wave at some point after their diffraction scattering on the crystalline plane 33 of crystal 3 (figure 5, 8). The oscillations created by the elementary zone (m = 1) with the x coordinate at this point, the position of which relative to the crystal plane is determined by the angle ϑ, can be represented as:

Figure 00000007
Figure 00000007

Результирующее колебание, создаваемое в рассматриваемой точке всем открытым участком волновой поверхности, можно найти, если проинтегривать по ширине расстояния между двумя кристаллическими плоскостямиThe resulting oscillation created at the point under consideration by the entire open area of the wave surface can be found if the distance between two crystal planes is integrated over the width

Figure 00000008
Figure 00000008

где результирующее колебание определяется выражениемwhere the resulting oscillation is determined by the expression

Uh=Uo(sin(π duhsin(ϑ )/lnu)lnu/(π duhsin(ϑ )),U h = U o (sin (π d uh sin (ϑ) / l nu ) l nu / (π d uh sin (ϑ)),

Отсюда видно, что амплитуды колебаний, приходящих в различные точки пространства, будут иметь максимальные значения при условии удовлетворения Брегга-Вулфовскому рассеянию нейтронов на кристаллических плоскостях 33 фиг.6.From this it is seen that the amplitudes of the vibrations arriving at different points in space will have maximum values provided that Bragg-Wulf's neutron scattering on the crystal planes 33 of FIG. 6 is satisfied.

Для заданного значения потока тепловых нейтронов 37, которые образуются в результате размножения нейтронов цепной реакции деления, например ядер урана-235,For a given value of the thermal neutron flux 37, which are formed as a result of neutron multiplication of the fission chain reaction, for example, uranium-235 nuclei,

Iо=0,6210072369· 1020 с-1· см-2 I about = 0.621007236910 20 s -1 cm -2

определяем поток когерентных нейтронов нейтронной волны 47, которая образуется в результате рассеяния тепловых нейтронов 37 на ядрах кристаллической решетки 33 гидрида урана в пределах угла скольжения относительно кристаллических плоскостей монокристалла 3 из гидрида урана для максимума интенсивности при m=1 условия Брэгга-Вульфа (когерентное рассеяние тепловых нейтронов на кристаллической решетке) (с-1· см-2)we determine the coherent neutron flux of the neutron wave 47, which is formed as a result of scattering of thermal neutrons 37 on the nuclei of the crystal lattice 33 of uranium hydride within the slip angle relative to the crystalline planes of single crystal 3 of uranium hydride for maximum intensity at m = 1 Bragg-Wulff condition (coherent thermal scattering neutrons on the crystal lattice) (s -1 · cm -2 )

m=1.m = 1.

Ig=I1(sin(duhsin(ϑ )/lnu)lnu/(π sin(ϑ )))2, где I1=Ioϑ Ssk/Ssh - поток тепловых нейтронов 37 (с-1· см-2), отраженных от всех кристаллических плоскостей 33 (фиг.6, 7) под углом отражения.I g = I 1 (sin (d uh sin (ϑ) / l nu ) l nu / (π sin (ϑ))) 2 , where I 1 = I o ϑ S sk / S sh is the thermal neutron flux 37 (s -1 · cm -2 ), reflected from all crystalline planes 33 (6, 7) at an angle of reflection.

Отсюда численное значение полного потока нейтронов нейтронной волны 47 в результате дифракционного рассеяния тепловых нейтронов 37 на кристаллических плоскостях гидрида урана в соответствии с условиями Брегга-Вульфа равноHence, the numerical value of the total neutron flux of the neutron wave 47 as a result of diffraction scattering of thermal neutrons 37 on the crystal planes of uranium hydride in accordance with the Bragg-Wulf conditions is

Ig=.5885836057· 1018 с-1· см-2.I g = .5885836057 · 10 18 s -1 · cm -2 .

При этом имеются в виду поток нейтронов 50, который возник в данный момент времени. При дальнейшем движении по среде величина этого потока будет возрастать за счет выделения нейтронов в результате цепной реакции деления (фиг.4).This refers to the neutron flux 50, which occurred at a given time. With further movement through the medium, the magnitude of this flux will increase due to neutron emission as a result of the fission chain reaction (Fig. 4).

Все остальные тепловые нейтроны 37, которые не вписываются в критический угол скольжения и за счет диффузии переносятся в другие области среды, где в результате изотропного рассеяния на ядрах атомов водорода 36 или атомов урана-235 могут иметь любой угол относительно кристаллической плоскости 33, в том числе меньше критического угла скольжения. Необходимо также принять во внимание ограниченность размеров среды и граничные условия на границе среды, которые также могут изменить положение направления движения нейтрона относительно кристаллической плоскости 33. Кроме того, ограниченность размеров активной среды создает условие для количественного изменения нейтронов, т.е. они могут выбыть в результате вылета за границу среды, а также за счет поглощения ядрами урана.All other thermal neutrons 37, which do not fit into the critical slip angle and, due to diffusion, are transferred to other regions of the medium, where as a result of isotropic scattering on the nuclei of hydrogen atoms 36 or uranium-235 atoms, they can have any angle relative to the crystal plane 33, including less critical slip angle. It is also necessary to take into account the limited size of the medium and the boundary conditions at the boundary of the medium, which can also change the position of the direction of neutron motion relative to the crystalline plane 33. In addition, the limited size of the active medium creates a condition for a quantitative change in neutrons, i.e. they can be eliminated as a result of departure abroad of the medium, as well as due to absorption by uranium nuclei.

Нейтронная волна 47 формируется в пределах длины замедления быстрого нейтрона 38, которая определяется из длины рассеяния нейтронов на ядрах водорода 36 и уранаNeutron wave 47 is formed within the deceleration length of a fast neutron 38, which is determined from the length of neutron scattering by nuclei of hydrogen 36 and uranium

ls=0,69 смl s = 0.69 cm

и транспортной длины для тепловых нейтронов 37 в гидриде урана-235and transport length for thermal neutrons 37 in uranium-235 hydride

lt=0.49 смl t = 0.49 cm

и равна при En=2· 106 - энергия быстрого нейтрона 38 (эВ) и энергии Ео:=0.02 - теплового нейтрона 37 (эВ) длине замедленияand equal at E n = 2 · 10 6 - the energy of the fast neutron 38 (eV) and the energy Eo: = 0.02 - thermal neutron 37 (eV) the length of the deceleration

Ls=(lsltln(En/Eо)/3.)1/2=1.440836812 см.L s = (l s l t ln (E n / E о ) / 3.) 1/2 = 1.440836812 cm.

Все остальные процессы, которые определяют поглощение нейтронов ядрами урана, приводящие к делению ядер урана-235, гдеAll other processes that determine the absorption of neutrons by uranium nuclei, leading to the fission of uranium-235 nuclei, where

la=1/(7· 10-22· No)=0,03039513678l a = 1 / (7 · 10 -22 · No) = 0,03039513678

- длина деления урана-235 тепловым нейтроном 37 при распространении в гидриде урана-235- fission length of uranium-235 by a thermal neutron 37 when propagating in uranium-235 hydride

lf=1/(5,9· 10-22· No)=0,03606202667 см.l f = 1 / (5.9 · 10 -22 · N o ) = 0.03606202667 cm.

и длина диффузии теплового нейтрона 37 в гидриде урана 235and diffusion length of thermal neutron 37 in uranium hydride 235

Ld=(ltla/3.)1/2=0,07045948489 см.L d = (l t l a / 3.) 1/2 = 0.07045948489 cm.

имеют очень малые длины по сравнению с процессом замедления быстрых нейтронов 38. Это значит, что нейтронная волна 47 образуется примерно в пределах 1,5 см, интенсивность которой возрастает по мере продвижения по активной ядерной среде гамма-лазера за счет размножения нейтронов в результате цепной ядерной реакции, которые в свою очередь инициируются нейтронами нейтронной волны 47. Нейтронная волна 47 представляет собой волновую поверхность, в которой нейтроны колеблются в одной фазе (пространственная когерентность), и которая движется со скоростью, равной скорости теплового нейтрона. Нейтроны в нейтронной волне 47 связаны между собой через межкристаллическую среду и поэтому все процессы, которые будут связаны с нейтронами нейтронной волны 47 будут в свою очередь обладать свойством пространственной когерентности, т.е. будут происходить почти одновременно (в пределах характерных времен осуществляемого процесса) по всей поверхности волнового фронта нейтронной волны. Это означает, что если нейтроны нейтронной волны 47 поглощаются ядрами урана 235, то этот процесс поглощения и потом соответственно последующий процесс реакции деления ядер урана будет происходить в пределах времени этих процессов по всей волновой поверхности почти одновременно (фиг.4, 5). Но это в свою очередь означает, что гамма излучение в результате процесса деления ядра урана при делении будет также происходить почти одновременно по всей волновой поверхности (фиг.5, 7), т.е. гамма-излучение 39 будет также иметь когерентный характер при условии, если время деления ядра урана 235 меньше или сравнимо с временем жизни теплового нейтрона. Если скорость тепловых нейтронов 37 равнаhave very short lengths compared with the process of deceleration of fast neutrons 38. This means that neutron wave 47 is formed approximately within 1.5 cm, the intensity of which increases as the gamma laser moves through the active nuclear medium due to the multiplication of neutrons as a result of a nuclear chain reactions, which in turn are initiated by neutrons of a neutron wave 47. Neutron wave 47 is a wave surface in which neutrons oscillate in one phase (spatial coherence), and which moves with a velocity equal to the speed of a thermal neutron. Neutrons in a neutron wave 47 are interconnected via an intercrystalline medium and therefore all processes that will be associated with neutrons of a neutron wave 47 will in turn have the property of spatial coherence, i.e. will occur almost simultaneously (within the characteristic times of the ongoing process) over the entire surface of the neutron wavefront. This means that if the neutrons of the neutron wave 47 are absorbed by the uranium nuclei 235, then this absorption process and then, accordingly, the subsequent process of fission of uranium nuclei will occur within the time limits of these processes over the entire wave surface almost simultaneously (Figs. 4, 5). But this in turn means that gamma radiation as a result of the fission process of the uranium nucleus during fission will also occur almost simultaneously along the entire wave surface (Figs. 5, 7), i.e. gamma radiation 39 will also be of a coherent nature, provided that the fission time of the uranium nucleus 235 is shorter or comparable to the lifetime of a thermal neutron. If the thermal neutron velocity 37 is

Vn=1· 105 см/с,V n = 1 · 10 5 cm / s,

сечение деления урана-235 тепловыми нейтронами 37fission uranium-235 fission cross section 37

Sfn=5.8· 10-22 см2,S fn = 5.8 · 10 -22 cm 2 ,

то характерное время деления ядра урана-235 в результате захвата теплового нейтрона 37 равноthen the characteristic fission time of the uranium-235 nucleus as a result of thermal neutron capture 37 is

tfn=(4.7· 1022SfnVn)-1=.3668378576· 10-6,t fn = (4.7 · 10 22 S fn V n ) -1 = .3668378576 · 10 -6 ,

а время жизни теплового нейтрона в гидриде урана-235and the lifetime of a thermal neutron in uranium-235 hydride

Т0=1,5· 10-5 с.T 0 = 1.5 · 10 -5 s.

Откуда видно, что предполагаемое условие имеет место. Отсюда, зная величину потока когерентных нейтронов 47, можно определить интенсивность когерентного гамма-излучения 48, которое инициируется нейтронами нейтронной волны 47. Таким образом, интенсивность когерентного гамма-излучения 48 при делении ядра урана-235 в результате захвата теплового нейтрона 37 из нейтронной когерентной волны 47 при дифракционных отражениях на n плоскостях будет определяться выражениемFrom where it is seen that the alleged condition holds. Hence, knowing the magnitude of the coherent neutron flux 47, one can determine the intensity of coherent gamma radiation 48, which is initiated by neutrons of the neutron wave 47. Thus, the intensity of coherent gamma radiation 48 during fission of the uranium-235 nucleus as a result of capture of thermal neutron 37 from the neutron coherent wave 47 at diffraction reflections on n planes will be determined by the expression

Wg=IgSfnN0:=.2495066914· 1020 с-1· см-3.W g = I g S fn N 0 : =. 2495066914 · 10 20 s -1 · cm -3 .

В процессе движения нейтронной волны 47 по среде монокристалла 3 интенсивность нейтронной волны 47 будет возрастать за счет нейтронов, которые возникают в результате цепной реакции деления ядер урана. Часть этих нейтронов будет уходить за пределы среды реактора 12. Однако на данном этапе вычисления это во внимание не принимается. Построим уравнение для размножения нейтронов исходя из того, что длина замедления быстрых нейтронов 38In the process of movement of a neutron wave 47 through the medium of a single crystal 3, the intensity of the neutron wave 47 will increase due to neutrons that arise as a result of a chain reaction of fission of uranium nuclei. Some of these neutrons will go beyond the limits of the reactor medium 12. However, at this stage of the calculation, this is not taken into account. We construct the equation for the multiplication of neutrons based on the fact that the length of the deceleration of fast neutrons 38

Ls=1,5 см,L s = 1.5 cm

а коэффициент размножения нейтронов равенand the neutron multiplication factor is

kn=1,27.k n = 1.27.

Дифференциальное уравнение для интенсивности размножения нейтронов в нейтронной волне за счет цепной реакции деления урана, инициируемые нейтронной волной 47. Если за начальную величину взять интенсивность Wg, то изменение интенсивности нейтронов будет описываться уравнением вида:The differential equation for the intensity of neutron multiplication in a neutron wave due to the chain reaction of uranium fission initiated by the neutron wave 47. If we take the intensity W g as the initial value, then the change in the neutron intensity will be described by an equation of the form:

Figure 00000009
Figure 00000009

Изменение интенсивности нейтронов в нейтронной волне 47 при движении по монокристаллу 3 из гидрида урана определяется выражением:The change in the neutron intensity in the neutron wave 47 when moving along single crystal 3 of uranium hydride is determined by the expression:

W(x)=.2495066914· 1020 ехр(0,18х)W (x) =. 249506691410 20 exp (0.18x)

На фиг.8 видно, что по мере движения нейтронной волны 47 по стержню 7 интенсивность волны растет и довольно сильно.On Fig shows that as the neutron wave 47 moves along the rod 7, the wave intensity increases and quite strongly.

Для определения величины полной интенсивности когерентного гамма излучения 48 необходимо определить характерные размеры ядерно-активной среды или, что то же самое определить критические размеры монокристалла 3 из гидрида урана, при которых происходит лавинный процесс деления ядер урана-235. В соответствии с требованиями условий задачи необходимо, чтобы движение нейтронной волны 47 было направленным только в одну сторону, т.е. перемещение нейтронной волны должно быть одномерным. Это можно осуществить только при условии, если нейтронная волна инициируется в стержне 7 из гидрида урана, и инициирование ее осуществляется с торца, т.е. следовательно, инициирование цепной реакции деления ядер урана также необходимо осуществлять с торца. Для инициирования цепной реакции деления в стержне 7 используется нейтронный генератор-источник 25, который является своеобразным нейтронным детонатором для начала процесса цепной реакции с торца стержня. До настоящего времени управление пространнственно-неоднородным процессом начала цепной реакции не было осуществлено. В данном случае такой процесс начала цепной реакции можно осуществить в стержне из гидрида урана-235. При таком начальном пространственно-неоднородном процессе цепной реакции деления (волна цепной реакции деления ядер 41, инициируемых волной тепловых нейтронов 47) можно увеличить время полного процесса цепной реакции, а также получить направленное устойчивое излучение нейтронов и гамма излучения 39, которые излучаются в процессе деления урана. Направленность излучения возникает за счет геометрического фактора среды, в которой идет процесс деления урана под действием тепловых нейтронов 37, движущихся вдоль струны. В качестве нейтронного генератора можно использовать наиболее распространенные типы реакций: (Ra - альфа -Be)- источник с ядерной реакцией Ве9(альфа, n)С12, в результате которой образуется 108 нейтронов в 1 с на грамм Ra с энергиями 2 МэВ и более, что вполне достаточно для процесса инициирования цепной реакции или (Ро - альфа - Be) - с той же ядерной реакцией (фиг.4, 5, 7).To determine the total intensity of coherent gamma radiation 48, it is necessary to determine the characteristic dimensions of a nuclear-active medium or, what is the same, determine the critical sizes of a single crystal 3 of uranium hydride, at which an avalanche fission process of uranium-235 nuclei occurs. In accordance with the requirements of the conditions of the problem, it is necessary that the motion of the neutron wave 47 be directed only in one direction, i.e. the movement of the neutron wave must be one-dimensional. This can be done only if the neutron wave is initiated in the rod 7 from uranium hydride, and its initiation is carried out from the end, i.e. therefore, the initiation of a chain reaction of fission of uranium nuclei also needs to be carried out from the end. To initiate a fission chain reaction in the rod 7, a neutron source generator 25 is used, which is a kind of neutron detonator to start the chain reaction from the end of the rod. To date, the control of a spatially heterogeneous process of the beginning of a chain reaction has not been carried out. In this case, such a process of starting a chain reaction can be carried out in a rod of uranium-235 hydride. With such an initial spatially inhomogeneous fission chain reaction (nuclear fission chain reaction wave 41, initiated by the thermal neutron wave 47), it is possible to increase the time of the complete chain reaction process, as well as obtain directional stable neutron radiation and gamma radiation 39, which are emitted during uranium fission . The directivity of radiation arises due to the geometric factor of the medium in which the process of uranium fission occurs under the influence of thermal neutrons 37 moving along the string. The most common types of reactions can be used as a neutron generator: (Ra - alpha-Be) - a source with the Be9 nuclear reaction (alpha, n) C12, which results in 10 8 neutrons per second per gram Ra with energies of 2 MeV or more that is quite enough for the process of initiating a chain reaction or (Po - alpha - Be) - with the same nuclear reaction (Fig.4, 5, 7).

Таким образом, видно, что для осуществления поставленной задачи необходимо определить критические размеры гомогенного твердотельного монокристалла 3 из гидрида урана-235 цилиндрической формы, т.е. определить радиус стержня 7 и длину стержня 7. Вначале определим критически размеры стержня 7 без отражателя на внешней поверхности и сверим их с американскими данными, полученными при испытании. Для определения параметров воспользуемся диффузионным уравнением по теории с одной группой нейтронов. Для заданного выражения “лапласиана” для гидрида урана-235Thus, it is clear that in order to accomplish this task it is necessary to determine the critical dimensions of a homogeneous solid-state single crystal 3 of cylindrical uranium-235 hydride, i.e. determine the radius of the rod 7 and the length of the rod 7. First, we critically determine the dimensions of the rod 7 without a reflector on the outer surface and compare them with the American data obtained during the test. To determine the parameters, we use the diffusion equation according to the theory with one group of neutrons. For the given expression “Laplacian" for uranium-235 hydride

аh=(kn-1)/(L 2 d +knL 2 s )=0,1042319754and h = (k n -1) / (L 2 d + k n L 2 s ) = 0.1042319754

длины миграции нейтрона в гидриде урана-235neutron migration lengths in uranium-235 hydride

M:=(L 2 в +L 2 ы )l/2:=1,442558580.M: = (L 2 in + L 2 s ) l / 2 : = 1.442558580.

Получаем дифференциальное диффузионное уравнение распределения для нейтронов в гидриде урана-235We obtain the differential diffusion distribution equation for neutrons in uranium-235 hydride

Figure 00000010
Figure 00000010

Решение уравненияEquation solution

N(r, z):=аhcos(azz)BesselJ (0, arr).N (r, z): = а h cos (a z z) BesselJ (0, a r r).

Из условия на границе для цилиндрического элемента из гидрида урана-235From the boundary condition for the cylindrical element of uranium-235 hydride

BesselJ(0,ar(r+0.83/31/2))=0BesselJ (0, a r (r + 0.83 / 3 1/2 )) = 0

необходимо определить корень, который равен значениюit is necessary to determine the root, which is equal to

аr(r+0.83/31/2)=2.404825558.and r (r + 0.83 / 3 1/2 ) = 2.404825558.

Отсюда определяем “лапласиан” по радиусуFrom here we determine the “Laplacian" by radius

ar=2.405/(R+.83/(31/2.)),a r = 2.405 / (R + .83 / (3 1/2 .)),

"лапласиан" по высотеLaplacian in height

az=π /L1 a z = π / L 1

и полный "лапласиан"and the full Laplacian

аh=(π /L1)2+5,784025/(R+0,4792007233)2.and h = (π / L 1 ) 2 + 5.784025 / (R + 0.4792007233) 2 .

Это дает возможность определить соотношение между критическими размерами длины и радиуса реактора 12 из гидрида урана-235This makes it possible to determine the ratio between the critical dimensions of the length and radius of the reactor 12 from uranium-235 hydride

L1=π (R+0,48)/(0,104(R+0,48)2-5,784)l/2.L 1 = π (R + 0.48) / (0.104 (R + 0.48) 2 -5.784) l / 2 .

Из фиг.9 видно, что критические размеры определяют цилиндр, у которого длина и радиус могут быть различными. Найдем минимальное значение радиуса цилиндра исходя из условия бесконечной длины цилиндраFrom figure 9 it is seen that the critical dimensions determine the cylinder, in which the length and radius can be different. We find the minimum value of the radius of the cylinder based on the condition of the infinite length of the cylinder

Ro:=(5,784/0,104)1/2-0.48=6.977572301 см.R o : = (5.784 / 0.104) 1/2 -0.48 = 6.977572301 cm.

Для определения конечной величины длины возьмем радиус равнымTo determine the final length, we take the radius equal to

Rc=6.99;R c = 6.99;

подставим эту величину для радиуса в выражениеsubstitute this value for the radius in the expression

Lc=3,14(Rc+0,48)/(0,104(Rc+0.48)2-5.784)l/2=168,8665437.L c = 3.14 (R c +0.48) / (0.104 (R c +0.48) 2 -5.784) l / 2 = 168.8665437.

Если сравнить размеры стержня 7 с американскими данными, то совпадает только длина, тогда как радиус в данном случае превышает на три порядка. Это понятно, т.к. радиус для американских испытаний брался исходя из других физических соображений, а именно из поглощения гамма-излучения в среде.If we compare the dimensions of the rod 7 with the American data, then only the length coincides, while the radius in this case exceeds three orders of magnitude. This is understandable since the radius for the American tests was taken on the basis of other physical considerations, namely the absorption of gamma radiation in the medium.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом изобретении необходимо, чтобы длина намного превосходила радиус, а радиус в свою очередь должен быть намного меньше полученной величины критического значения радиуса. Только при этих условиях геометрический фактор стержня 7 определит условие направленности нейтронной волны 47 и одномерности движения. Для решения этой задачи необходимо воспользоваться изменением граничных условий на боковой поверхности цилиндра 3 из гидрида урана, предположив, что боковая поверхность покрывается веществом, от которого происходит отражение нейтронов, образующихся в среде. Вещество должно быть таким, чтобы отражение было бы максимальным (фиг.7) Обычно для этого используют бериллий. Однако может быть и какой либо другой материал, например водород или дейтерий. Определим необходимые параметры, характеризующие распространение нейтронов в системе из ядер водорода с твердотельной плотностью. Все основные параметры распространения нейтрона в этих средах задаются следующими значениями:To solve the problem in the present invention, it is necessary that the length is much greater than the radius, and the radius, in turn, should be much less than the obtained value of the critical value of the radius. Only under these conditions, the geometric factor of the rod 7 will determine the condition of the directivity of the neutron wave 47 and the one-dimensionality of motion. To solve this problem, it is necessary to take advantage of a change in the boundary conditions on the lateral surface of uranium hydride cylinder 3, assuming that the lateral surface is covered by a substance from which the reflection of neutrons generated in the medium occurs. The substance should be such that the reflection would be maximum (Fig. 7). Beryllium is usually used for this. However, there may be some other material, such as hydrogen or deuterium. We determine the necessary parameters characterizing the propagation of neutrons in a system of hydrogen nuclei with a solid density. All the main parameters of neutron propagation in these media are given by the following values:

коэффициент диффузии теплового нейтрона в гидриде урана-235thermal neutron diffusion coefficient in uranium-235 hydride

Dh=LdVn/3;=2348,649496 см2/с,D h = L d V n / 3; = 2348.649496 cm 2 / s,

коэффициент диффузии нейтрона на ядрах дейтерияneutron diffusion coefficient on deuterium nuclei

Dd=VnIsd/3=95999.99999 см2/с,D d = V n I sd /3=95999.99999 cm 2 / s,

диффузионная длина теплового нейтрона на ядрах дейтерияthermal neutron diffusion length on deuterium nuclei

Ldd=(Ddtad)1/2=135.2955386 см,L dd = (D d t ad ) 1/2 = 135.2955386 cm,

длина рассеяния нейтрона на ядрах атома водородаneutron scattering length at the nuclei of a hydrogen atom

ls=0,68 см,l s = 0.68 cm

сечение поглощения замедленного нейтрона ядрами водородаcross section for the absorption of a delayed neutron by hydrogen nuclei

Sah=1,15· 10-24 см2,S ah = 1.15 · 10 -24 cm 2 ,

длина поглощения нейтрона в системе из ядер водородаneutron absorption length in a system of hydrogen nuclei

lah=1/(SahNo)=18,50138760 см,l ah = 1 / (S ah N o ) = 18.50138760 cm,

время жизни теплового нейтрона в такой системе из ядер водородаthermal neutron lifetime in such a system of hydrogen nuclei

T1=lah/Vn=.0001850138760,T 1 = l ah / V n = .0001850138760,

время жизни теплового нейтрона в системе из ядер дейтерияthermal neutron lifetime in a system of deuterium nuclei

Т=lфв/Vт=.1906758621,T 1c = l fv / V t = .1906758621,

коэффициент диффузии нейтрона в системе из ядер водородаdiffusion coefficient of a neutron in a system of hydrogen nuclei

Dd=Vтlы/3=22666.66666,D d = V t l s /3=22666.66666,

длина диффузии нейтрона в системе из ядер водородаneutron diffusion length in a system of hydrogen nuclei

Lh=(Dd1T1)1/2==2.047839802,L h = (D d1 T 1 ) 1/2 == 2.047839802,

длина диффузии нейтрона в системе из ядер дейтерияneutron diffusion length in a system of deuterium nuclei

Lh1=(DdT1d)1/2=135.2955386,L h1 = (D d T 1d ) 1/2 = 135.2955386,

длина замедления нейтрона в системе из ядер дейтерияneutron moderation length in a system of deuterium nuclei

Lsd=(l 2 sd ln(En/Eо)/3.)1/2=7.136490602.L sd = (l 2 sd ln (E n / E o ) / 3.) 1/2 = 7.136490602.

В общем случае система диффузионных уравнений для нейтронов, распространяющихся в гидриде урана с отражателем, будет выглядеть следующим образом:In the general case, the system of diffusion equations for neutrons propagating in uranium hydride with a reflector will look as follows:

Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000011
Figure 00000012

Граничные условия на границе струны из гидрида урана-235 с отражателем N1(R,z)=N2(R,z);Boundary conditions at the boundary of a uranium-235 hydride string with a reflector N1 (R, z) = N2 (R, z);

Figure 00000013
Figure 00000013

где р отношение коэффициентов диффузии нейтронов в струне и в отражателе из ядер водородаwhere p is the ratio of the diffusion coefficients of neutrons in the string and in the reflector of hydrogen nuclei

р=Dd1/Dh=9.650936293,p = D d1 / D h = 9.650936293,

a s1 - толщина отражателя.as 1 is the thickness of the reflector.

Рассмотрим решение этой системы для отражателя с водородом. Решения, определяющие пространственное распределение нейтронов в гидриде урана и в отражателе, будем искать методом разделения переменных. Распределение нейтронов в гидриде урана представляем в виде:Consider the solution of this system for a reflector with hydrogen. Solutions that determine the spatial distribution of neutrons in uranium hydride and in the reflector will be sought by the method of separation of variables. The neutron distribution in uranium hydride is presented in the form:

N1(r,z):=F1(r)Z1(z),N1 (r, z): = F1 (r) Z1 (z),

где имеет место зависимость распределение нейтронов по длинеwhere the distribution of neutrons along the length takes place

Z1(z):=cos(azz)Z1 (z): = cos (a z z)

и по радиусуand in radius

F1(r):=Abesse1L (0,arr).F1 (r): = Abesse1L (0, a r r).

Распределение нейтронов в отражателе представляется в виде:The neutron distribution in the reflector is represented as:

N2(r,z):=F2(r)Z2(z),N2 (r, z): = F2 (r) Z2 (z),

где распределение нейтронов по длине представлено в видеwhere the neutron distribution along the length is presented as

Z2(z):=cos(azZ).Z2 (z): = cos (a z Z).

При этом "лапласиан" по длине равенIn this case, the “Laplacian" is equal in length

ая=π /L,and I = π / L,

а по радиусуand in radius

ак=2.405/R.and k = 2.405 / R.

При этом радиальное распределение нейтронов в отражателе из водорода определяется из уравненияIn this case, the radial distribution of neutrons in the hydrogen reflector is determined from the equation

Figure 00000014
Figure 00000014

решением которого является выражениеwhose solution is the expression

F2(r):=BBesselI(0,sr)+CBesselK(0,sr);F2 (r): = BBesselI (0, sr) + CBesselK (0, sr);

с “лапласианом”with “laplacian”

аh=a 2 z +a 2 r =(π /L)2+5,784025/R2;and h = a 2 z + a 2 r = (π / L) 2 + 5.784025 / R 2 ;

s=(1/L 2 h +(π /L)2)1/2 s = (1 / L 2 h + (π / L) 2 ) 1/2

и радиусом реактора с отражателем (см)and the radius of the reactor with a reflector (cm)

R1=R+s1.R 1 = R + s 1 .

Функции, которые подставляются в выражение для условия определения соотношения критической длины и радиуса для реактора имеют вид:The functions that are substituted into the expression for the condition for determining the ratio of the critical length and radius for the reactor are:

J2:=-BesselK(0,sR1)/BesselI(0,sR1);J2: = - BesselK (0, sR 1 ) / BesselI (0, sR 1 );

J1:=diff(BesselK(1,s· R),R);J1: = diff (BesselK (1, s · R), R);

условие, определяющее соотношение между длиной и радиусом струны из гидрида урана-235 с отражателем, полученное в результате подстановки решения уравнений в заданные граничные условияa condition that determines the relationship between the length and radius of a string of uranium-235 hydride with a reflector, obtained by substituting the solution of the equations in the given boundary conditions

Kr=(2.4BesselJ(1,2.4/R)/(RBesselJ(0,2.4/R))-(sDdl(Jl+J2· BesselI(1,sR))/(Dh((BesselK(0,sR)-J2· BesselI(0,sR))))+l/s1)).K r = (2.4BesselJ (1,2.4 / R) / (RBesselJ (0,2.4 / R)) - (sD dl (Jl + J2BesselI (1, sR)) / (D h ((BesselK (0, sR) -J2 BesselI (0, sR)))) + l / s 1 )).

В результате численного расчета из этого условия, которые показаны на фиг.10, 11, 12, были получены соотношения между критическими длинами и радиусами для реактора 12 из гидрида урана-235 с отражателем для различной толщины отражателя, например из гидрида лития. Полученные результаты показывают, что стержень из гидрида урана-235 без отражателя для нейтронов имеет критические размеры по радиусу порядка Rкр=7 см. Эти размеры стержня слишком велики для того, чтобы осуществить формирование плоской нейтронной волны 47. В результате оценочных расчетов по определению материала для отражения нейтронов, а также определение критических размеров стержня 7 из гидрида урана с данным отражателем, было получено, что оптимальным материалом для такого отражателя является водород 34, критический размер стержня снизился до радиуса Rкр=1-3 см. При толщине покрытия отражателя 2 (фиг.1) из гидрида лития в пределах 0,05-0,2 см. Для получения такого отражателя можно воспользоваться металлической фольгой 2 (фиг.1, 2), например из наводороженного лития, или гидрида какого-либо другого легкого металла. Величина длины струны берется несколько меньше критической (L<Lкр=20-150 см), чтобы не начался заранее неуправляемый процесс цепной реакции. В результате деления ядер урана-235 при захвате тепловых нейтронов 37 возникают осколки ядер 40 с общей энергией порядка 200 МэВ=2· 10-11 Дж.As a result of a numerical calculation from this condition, which are shown in FIGS. 10, 11, 12, the relations between the critical lengths and radii for the reactor 12 were made of uranium-235 hydride with a reflector for different thicknesses of the reflector, for example, lithium hydride. The results obtained show that a uranium-235 hydride rod without a neutron reflector has critical radius sizes of the order of R cr = 7 cm. These rod sizes are too large to form a plane neutron wave 47. As a result of evaluative calculations to determine the material for neutron reflection, as well as determination of the critical dimensions of the rod 7 of uranium hydride with this reflector, it was found that the optimal material for such a reflector is hydrogen 34, the critical size of the rod below ilsya to a radius R = kr 1-3 cm. When the thickness of the reflector coating 2 (1) of lithium hydride in the range of 0.05-0.2 cm. For such a reflector can use metal foil 2 (Figures 1, 2 ), for example from hydrogenated lithium, or hydride of some other light metal. The length of the string is taken slightly less than critical (L <L cr = 20-150 cm) so that the uncontrolled process of the chain reaction does not start in advance. As a result of fission of uranium-235 nuclei during the capture of thermal neutrons 37, fragments of nuclei 40 arise with a total energy of about 200 MeV = 2 · 10 -11 J.

Быстрые нейтроны, генерируемые нейтронным детонатором 25 с торцевой поверхности стержня 7, замедляются в водородной среде гидрированного урана-235 до тепловой скорости, постепенно превращаясь в нейтронную волну 47, движущуюся со скоростью Vn=105 см/с и в силу начальной пространственной неоднородности их распределения в стержне, захватываются ядрами урана, создавая таким образом пространственно-неоднородное распределение цепной реакции деления ядер урана-235 (фронт волны ядерных реакций деления ядер), в результате чего возникает пространственно-неоднородное распределение концентрации осколков деления 40 с энергией Ео=200 МэВ, являющейся причиной возникновения фронта волны разогрева 42 стержня 7, движущейся по среде с некоторой скоростью. Определим параметры процесса возникновения волны разогрева 42 исходя из выделения энергии деления урана-235 в результате поглощения теплового нейтрона 37 нейтронной волны 47. Вначале определим величину выделения тепловой энергии в торце монокристалла 3 гидрида урана, которая возникает в результате действия нейтронного источника 25 (нейтронного детонатора) при сближении поверхности источника 25 с поверхностью торца реактора 12. Выделяемые источником 25 нейтроны начинают замедляться в среде реактора 12 и при достижении тепловой энергии начинают поглощаться ядрами урана. Эффективное сечение поглощения теплового нейтрона в уране-235 определяется величиной:Fast neutrons generated by the neutron detonator 25 from the end surface of the rod 7 slow down in the hydrogen medium of hydrogenated uranium-235 to a thermal speed, gradually turning into a neutron wave 47 moving at a speed of V n = 10 5 cm / s and due to their initial spatial heterogeneity distributions in the rod are captured by uranium nuclei, thus creating a spatially inhomogeneous distribution of the chain reaction of fission of uranium-235 nuclei (wave front of nuclear fission reactions of nuclei), resulting in spaces continuously inhomogeneous concentration distribution of fission fragments 40 with energy E o = 200 MeV, which cause warming up of the wave front 42 of the rod 7, moving on a medium with a certain velocity. Let us determine the parameters of the process of occurrence of a heating wave 42 based on the release of fission energy of uranium-235 as a result of absorption of a thermal neutron 37 of a neutron wave 47. First, we determine the amount of release of thermal energy at the end of a single crystal 3 of uranium hydride, which arises as a result of the action of a neutron source 25 (neutron detonator) when the surface of the source 25 approaches the surface of the end face of the reactor 12. The neutrons emitted by the source 25 begin to slow down in the medium of the reactor 12 and when thermal energy is reached absorbed by uranium nuclei. The effective absorption cross section of thermal neutron in uranium-235 is determined by:

Sau=6,9· 10-22 2.S au = 6.9 · 10 -22 cm 2 .

При известной концентрация атомов урана-235 в реакторе 12 определяем длину поглощения теплового нейтрона 37в уране-235.With the known concentration of uranium-235 atoms in the reactor 12, we determine the absorption length of the thermal neutron 37 in uranium-235.

lau=1/(SauNu)=.03083564600.l au = 1 / (S au N u ) =. 03083564600.

Отсюда при известной величине скорости теплового нейтрона 37 определяем среднее время жизни одного поколения нейтронов при медленных реакцияхHence, with the known value of the thermal neutron velocity 37, we determine the average lifetime of one generation of neutrons in slow reactions

Tm=lau/Vn=0,1541782300· 10-6 T m = l au / V n = 0.1541782300 · 10 -6

и при известной величине коэффициент размножения нейтронов в гидриде урана-235 определяем характерное время реакции деления в гидриде урана-235and at a known value, the neutron multiplication coefficient in uranium-235 hydride is determined by the characteristic fission reaction time in uranium-235 hydride

tm=Tm/(kn-1)=0,5710304815· 10-6.t m = T m / (k n -1) = 0.5710304815 · 10 -6 .

Зная, величину энергии осколков деления ядра урана-235 и величину начальной интенсивности числа нейтронов, излучаемых нейтронным детонатором в торце стержняKnowing the magnitude of the energy of the fission fragments of the uranium-235 nucleus and the magnitude of the initial intensity of the number of neutrons emitted by the neutron detonator at the end of the rod

Wo=1.· 1010 с-1· см-3 W o = 1. · 10 10 s -1 · cm -3

можно построить дифференциальное уравнение для определения изменения выделяемой энергии в торце реактора за счет осколков ядра 40 урана в результате цепной реакции деления ядер урана-235, которые инициируются в результате поглощения нейтронов источника 25,you can build a differential equation to determine the change in the energy released in the end of the reactor due to fragments of the uranium nucleus 40 as a result of a chain reaction of fission of uranium-235 nuclei, which are initiated as a result of neutron absorption of source 25,

Figure 00000015
Figure 00000015

Решение дифференциального уравнения с начальными условиями определяет интенсивность выделяемой энергии за счет числа деления ядер урана-235 в результате захвата тепловых нейтронов 37The solution of a differential equation with initial conditions determines the intensity of the released energy due to the number of fission of uranium-235 nuclei as a result of thermal neutron capture 37

W(t):=Woexp(t/tm) W (t): = W o exp (t / t m)

Таким образом получаем, что выделяемая энергия в торце кристалла 3, которая инициируется нейтронами нейтронного детонатора 25 равна выражению вида:Thus, we find that the energy released at the end of the crystal 3, which is initiated by the neutrons of the neutron detonator 25, is equal to an expression of the form:

W(t):=1010exp(0,175122· 107 t)W (t): = 10 10 exp (0.175122 · 10 7 t)

Численные расчеты изменения интенсивности энергии в зависимости от времени распространения нейтронной волны 47 по стержню показаны на фиг.13.Numerical calculations of changes in energy intensity depending on the propagation time of a neutron wave 47 along a rod are shown in FIG.

Отсюда можно определить величину удельной интенсивности энергии, выделяемой за время t в результате процесса цепной реакции деления ядер урана-235From here one can determine the value of the specific intensity of energy released during time t as a result of the chain reaction of fission of uranium-235 nuclei

Q(t):=W(t)Eo:=0,2 ехр(.1751220000· 107 t) Вт/см3.Q (t): = W (t) E o : = 0.2 exp (.1751220000 · 10 7 t) W / cm 3 .

За время жизни теплового нейтрона можно определить интенсивность числа распадов ядер урана, т.е. при t=To получаем величинуDuring the lifetime of a thermal neutron, one can determine the intensity of the number of decays of uranium nuclei, i.e. at t = T o we get the value

W1=1010exp(26.2683)=0,2390646848· 1022 с-1· см-3 W 1 = 10 10 exp (26.2683) = 0.239064684810 22 s -1 cm -3

Отсюда на длине поглощения теплового нейтрона можно определить величину потока числа нейтронов 50, а следовательно, и гамму-излучения 39Hence, on the absorption length of a thermal neutron, it is possible to determine the magnitude of the flux of the number of neutrons 50, and hence gamma radiation 39

Io=W1lau=0,7371713992· 1020 с-1· см-2.I o = W 1 l au = 0.7371713992 · 10 20 s -1 · cm -2 .

Удельная интенсивность поглощенной энергии за время жизни теплового нейтрона или, что то же самое - удельная интенсивность поглощенной энергия в струне гидрида урана-235, равнаThe specific intensity of the absorbed energy during the lifetime of a thermal neutron, or, which is the same thing, the specific intensity of the absorbed energy in a string of uranium-235 hydride, is

Qo=4,78· 1010 Вт/см3 Q o = 4.78 · 10 10 W / cm 3

Таким образом, поток поглощенной энергии осколков деления ядер 40 урана будет равенThus, the flux of absorbed energy of the fission fragments of the uranium nuclei 40 will be equal to

qо=Qolau=0,1473943879· 1010 Дж/с· см2.q o = Q o l au = 0.1473943879 · 10 10 J / s · cm 2 .

Рассмотрим теперь тепловые процессы, которые будут происходить в реакторе по мере продвижения по телу реактора нейтронной волны 47, которая возникает в процессе инициирования цепной реакции деления и в самом начале инициируется нейтронами источника 25 на торце реактора. Для этого введем основные параметры тех физических процессов, которые будут сопровождаться в результате поглощения энергии цепной реакции деления урана в реакторе. К ним относятся: удельная энергия испарения твердотельного гидрида уранаLet us now consider the thermal processes that will occur in the reactor as the neutron wave 47 moves through the reactor body, which occurs during the initiation of the fission chain reaction and is initially initiated by the neutrons of source 25 at the end of the reactor. For this, we introduce the main parameters of those physical processes that will be accompanied by the absorption of energy from the chain reaction of uranium fission in the reactor. These include: specific evaporation energy of solid uranium hydride

Qi=1· 105 Дж/см3,Q i = 1 · 10 5 J / cm 3 ,

Ls=1.5 см - длина замедления быстрых нейтронов,L s = 1.5 cm is the deceleration length of fast neutrons,

kn=1.27 - коэффициент размножения нейтронов в нейтронной волне 47 при движении по реактору 12. Удельная интенсивность, выделяемая при цепной реакции деления урана за счет движения нейтронной волны 47 по реактору 12, определяется выражениемk n = 1.27 is the neutron multiplication coefficient in the neutron wave 47 when moving through the reactor 12. The specific intensity released during the chain reaction of uranium fission due to the movement of the neutron wave 47 through the reactor 12 is determined by the expression

Q(x):=Qoexp((kn-1)x/Ls):=0,478· 1011 ехр(0,18х).Q (x): = Q o exp ((k n -1) x / L s ): = 0.478 · 10 11 exp (0.18x).

Соответственно поток нейтронов нейтронной волны 47 будет возрастать при движении нейтронной волны в реакторе 12 по законуAccordingly, the neutron flux of the neutron wave 47 will increase with the movement of the neutron wave in the reactor 12 according to the law

q(x):=qoexp((kn-1)x/Ls)=0,1473943879· 1010 ехр(0,18х)q (x): = q o exp ((k n -1) x / L s ) = 0.147394387910 10 exp (0.18x)

Начальная скорость фронта волны испарения 42 твердотельного урана по стержню 7 из гидрида урана-235The initial velocity of the front of the evaporation wave 42 of solid uranium along rod 7 of uranium-235 hydride

Ve=qo/Qi=14739.43879 см/с.V e = q o / Q i = 14739.43879 cm / s.

До тех пор пока скорость волны испарения 42 мала по сравнению со скоростью нейтронной волны, интенсивность нейтронной волны 47 по интенсивности будет возрастать по мере продвижения по реактору 12. При сравнении этих скоростей возникнет условие для разрушения нейтронной волны, а следовательно, условие когерентности также перестанет существовать, что, естественно, приведет к диффузному распространению гамма-квантов 39, которые излучаются в момент деления ядер уранаAs long as the speed of the evaporation wave 42 is small compared with the speed of the neutron wave, the intensity of the neutron wave 47 in intensity will increase as you move through the reactor 12. When comparing these speeds, a condition will arise for the destruction of the neutron wave, and therefore the coherence condition will also cease to exist , which, naturally, will lead to the diffuse propagation of gamma rays 39, which are emitted at the moment of fission of uranium nuclei

V(x):=q(x)/Qi=2456,573132 exp(0,18x) (см/с)V (x): = q (x) / Q i = 2456.573132 exp (0.18x) (cm / s)

Численные расчеты по определению скорости волны испарения 42 стержня 12 в результате выделяемой энергии в зависимости от расстояния показано на фиг.14.Numerical calculations to determine the speed of the evaporation wave 42 of the rod 12 as a result of the energy released as a function of distance are shown in Fig. 14.

kt=2,5· 105 Вт/(см· град) - высокотемпературная теплопроводность испаряемого урана при температуре 5000° С;k t = 2.5 · 10 5 W / (cm · deg) is the high-temperature thermal conductivity of evaporated uranium at a temperature of 5000 ° С;

ct=10,1 Дж/(г· град) - теплоемкость испаряемого урана при температуре 5000° С;c t = 10.1 J / (g · deg) is the heat capacity of evaporated uranium at a temperature of 5000 ° C;

р0=18 г/см3 - плотность испаряемого урана. Дифференциальное уравнение движения волны энергии испарения струны под действием поглощения энергии в результате цепной реакции деления ядер урана, инициируемых тепловыми нейтронами, дается в виде:p 0 = 18 g / cm 3 - the density of the evaporated uranium. The differential equation of motion of a wave of energy of evaporation of a string under the action of energy absorption as a result of a chain reaction of fission of uranium nuclei initiated by thermal neutrons is given in the form:

Figure 00000016
Figure 00000016

Подставим все значения параметров среды и процесса деления ядер и рассмотрим дифференциальное уравнение для процесса выделения энергии в стержне в линейном приближенииSubstitute all the values of the parameters of the medium and the process of nuclear fission and consider the differential equation for the process of energy release in the rod in the linear approximation

Figure 00000017
Figure 00000017

Решение этого уравнения можно представить в виде:The solution to this equation can be represented as:

Т(х)=5007,6 ехр(0,18х)-5007,6 ехр(-11,67х).T (x) = 5007.6 exp (0.18x) -5007.6 exp (-11.67x).

Изменение температуры стержня 7 по расстоянию в результате выделяемой энергии при прохождении нейтронной 47 волны показаны на фиг.15, 16.The change in the temperature of the rod 7 over the distance as a result of the released energy during the passage of the neutron wave 47 is shown in Fig.15, 16.

При этом начальная температура разогрева стержня из гидрида урана в области поглощения энергии в результате инициирования цепной реакции деления 46 ядер урана тепловыми нейтронами 47In this case, the initial temperature of the heating of a rod of uranium hydride in the energy absorption region as a result of the initiation of a chain reaction of fission of 46 uranium nuclei with thermal neutrons 47

Тx=qo/(роctVe)=5050,5.T x = q o / (r o c t V e ) = 5050.5.

В результате можно рассчитать следующие параметры: начальную скорость фронта тепловой волны 41 по холодной среде, движущейся вдоль струны в результате поглощения энергии реакции деления ядер урана:As a result, the following parameters can be calculated: the initial velocity of the front of the heat wave 41 through a cold medium moving along the string as a result of absorption of the energy of the fission reaction of uranium nuclei:

Vt=(kt/(poctTm))1/2=29864,93248 см/с;V t = (k t / (p o c t T m )) 1/2 = 29864.93248 cm / s;

кинетическую энергию атомов урана, испаряемых стержнем в результате разогрева до температуры 5050° С (эрг):kinetic energy of uranium atoms evaporated by the rod as a result of heating to a temperature of 5050 ° C (erg):

Et=V 2 e ma/2=5· 10-13;Et t = v 2 e m a / 2 = 5 · 10 -13 ;

скорость испаряемых атомов урана:speed of vaporized uranium atoms:

Vi=(2Et/(2,35· 10-22))1/2=65232,80730 см/с;V i = (2E t / (2.35 · 10 -22 )) 1/2 = 65232.80730 cm / s;

плотность пара из атомов урана-235:vapor density of uranium-235 atoms:

p1=pоVe/Vi=.04067123725 г/см3 p 1 = p o V e / V i = .04067123725 g / cm 3

и давление пара испаряемых атомов уранаand vapor pressure of vaporized uranium atoms

P1=p1V 2 i 10-7/2=8,653454730 Дж/см3.P 1 = p 1 V 2 i 10 -7 / 2 = 8.653454730 J / cm 3 .

При этом скорость звуковой волны по твердотельному урану.At the same time, the speed of the sound wave in solid uranium.

Vs=1· 105 см/сV s = 1 · 10 5 cm / s

Таким образом, видно, что нейтронная волна 47 опережает по скорости движения все остальные сопутствующие процессы, которые могли бы разрушить нейтронную волну, которая в свою очередь инициирует волну цепных реакции деления 41 ядер урана в реакторе по мере продвижения по реактору, а следовательно, инициирует излучением гамма-квантов 39. Для того, чтобы определить поток когерентных гамма-квантов 48, инициируемых нейтронами нейтронной волны 47, необходимо сначала определить концентрацию нейтронов в волне. При заданной скорости движения нейтронной волны 47, равной тепловой скорости, и известной величины потока нейтронов в нейтронной волнеThus, it is seen that the neutron wave 47 is ahead of the speed of all other accompanying processes that could destroy the neutron wave, which in turn initiates the chain reaction wave of fission of 41 uranium nuclei in the reactor as it moves through the reactor, and therefore, initiates radiation gamma rays 39. In order to determine the flux of coherent gamma rays 48 initiated by the neutrons of the neutron wave 47, it is necessary to first determine the concentration of neutrons in the wave. For a given velocity of the neutron wave 47, equal to the thermal velocity, and the known magnitude of the neutron flux in the neutron wave

Io=0,73· 1020 с-1· см-2,I o = 0.73 · 10 20 s -1 · cm -2 ,

концентрация нейтронов в волне равна:the neutron concentration in the wave is equal to:

Nn=Io/Vn=0,73· 1015 см-3.N n = I o / V n = 0.73 · 10 15 cm -3 .

Такая же концентрация когерентных гамма-квантов 48 будет излучаться при когерентном возбуждении и делении тяжелых ядер урана при поглощении нейтронов нейтронной волны 47 фиг.6, 7, т.е. концентрация когерентных гамма-квантов 48 будет равна величине (см-3):The same concentration of coherent gamma rays 48 will be emitted during the coherent excitation and fission of heavy uranium nuclei upon absorption of neutrons by a neutron wave 47 of FIGS. 6, 7, i.e. the concentration of coherent gamma rays 48 will be equal to the value (cm -3 ):

Ngk:=Nn N gk : = N n

Так как гамма-кванты 39 перемещаются в пространстве со скоростью света, то поток когерентных гамма квантов 48, генерируемые в результате процесса деления урана 46, будет равенSince gamma quanta 39 move in space at the speed of light, the flow of coherent gamma quanta 48 generated by the process of fission of uranium 46 will be equal to

Iog=Ngk3· 1010=0,219· 1026 с-1· см-2.I og = N gk3 · 10 10 = 0.219 · 10 26 s -1 · cm -2 .

По мере продвижения по реактору интенсивность нейтронной волны 47 возрастает в силу инициирования цепной реакции деления 46 ядер и соответственно размножения нейтронов (с-1· см-2):As you move through the reactor, the intensity of the neutron wave 47 increases due to the initiation of a chain reaction of fission of 46 nuclei and, accordingly, the multiplication of neutrons (s -1 · cm -2 ):

Ig(x):=Ioexp(0,18x)=0,73· 1020 ехр(0,18х).I g (x): = I o exp (0.18x) = 0.73 · 10 20 exp (0.18x).

Генерируемые гамма кванты 39 в твердотельной среде гидрида урана естественно начинают двигаться в этой же среде. Это движение в данной среде может привести к ослаблению величины потока когерентного излучения гамма-квантов 48. При энергии 8-10 МэВ процессы торможения гамма-квантов и потери энергии наиболее эффективны за счет процессов торможения на электронах (позиции не имеет) среды. Остальные процессы, такие как фотоэффект и образование пары электрон-позитрон, можно не принимать во внимание ввиду их малой эффективности. Средняя величина энергии переданной от гамма-кванта 39 электрону (позиции не имеет) по порядку величины сравнима с энергией гамма-кванта. Средний угол отклонения гамма-кванта также достаточно велик и составляет в радианной мере величину порядка 0,5. При известном выражении полного дифференциального сечения и плотности электронов можно определить длину рассеяния гамма-кванта 39 на электроне сред, которая составляет 5-6 см. Отсюда можно определить величину ослабления потока когерентного излучения гамма-кванта 48 с того места, где возникло излучение, до того места, откуда произойдет излучение в пространство фиг.7. Если концентрация электронов в твердотельной среде гидрида урана равнаThe generated gamma quanta 39 in the solid state medium of uranium hydride naturally begin to move in the same medium. This motion in this medium can lead to a weakening of the flux of coherent radiation of gamma rays 48. At an energy of 8-10 MeV, the processes of braking of gamma rays and energy loss are most effective due to the processes of braking on electrons (does not have a position) of the medium. Other processes, such as the photoelectric effect and the formation of an electron-positron pair, can be ignored due to their low efficiency. The average energy transferred from the gamma quantum 39 to the electron (does not have a position) is comparable in order of magnitude with the energy of the gamma quantum. The average angle of deviation of the gamma ray is also quite large and is in the radian measure a value of the order of 0.5. With the well-known expression of the total differential cross section and electron density, it is possible to determine the scattering length of gamma-ray 39 on an electron of media, which is 5-6 cm. From this, we can determine the attenuation of the coherent radiation flux of gamma-ray 48 from the place where the radiation occurred, before places from which radiation will occur in the space of Fig.7. If the concentration of electrons in the solid state medium of uranium hydride is equal to

Ne=0,276· 1025 см-3,N e = 0.276 · 10 25 cm -3 ,

то для полного сечения рассеяния гамма-кванта 39 на электронах средыthen for the full scattering cross section of gamma-ray 39 on the electrons of the medium

Sc=0,6112051881· 10-25 см2.S c = 0.6112051881 · 10 -25 cm 2 .

имеет место ослабление потока гамма-квантов 39 в результате тормозных процессов при рассеянии на электронах средыthere is a weakening of the gamma-ray flux 39 as a result of inhibitory processes during scattering by electrons of the medium

I1=Iogexp(-NeSc100)=0,1033275656· 1019 с-1· см-2.I 1 = I og exp (-N e S c 100) = 0.1033275656 · 10 19 s -1 · cm -2 .

Если длина всей струны из гидрида урана равна L:=100 см, то при учете всех процессов усиления интенсивности гамма-излучения и его ослабления полное излучение потока когерентных гамма-квантов 48 по всей длине стержня 7 после процессов рассеяния за счет Комптон-эффекта на холодных электронах твердотельной среды гидрида урана представляется в виде:If the length of the entire string of uranium hydride is L: = 100 cm, then taking into account all the processes of amplification of the intensity of gamma radiation and its attenuation, the total radiation of the flux of coherent gamma rays 48 along the entire length of rod 7 after scattering due to the Compton effect on cold The electrons of the solid state medium of uranium hydride is represented in the form:

Figure 00000018
Figure 00000018

При заданной энергии гамма-кванта 39For a given gamma-ray energy 39

Eg=0,16· 10-4 эргE g = 0.16 · 10 -4 erg

полная потоковая интенсивность излучаемой энергии с торца стержня 7 составит величинуthe total flow intensity of the radiated energy from the end face of the rod 7 will be

Wg=ILEg· 10-7:=0,65· 1014 Вт/см2.W g = I L E g · 10 -7 : = 0.65 · 10 14 W / cm 2 .

Такая потоковая интенсивность гамма-квантов 39 соответствует интенсивности гамма-излучения вблизи взрыва мегатонной ядерной бомбы. Кроме того, с торца стержня 7 происходит некогерентное и когерентное излучение нейтронов, интенсивность которых сравнима с потоковой интенсивностью гамма-квантов 39, но с меньшей плотностью мощности на порядок, и когерентного рентгеновского излучения за счет тормозных процессов, потоковая интенсивность которых превышает на порядок интенсивность гамма-квантов. При этом основная энергия стержня, выделяемая при распаде ядра урана, остается на месте взрыва и идет в основном на тепловые процессы. Рассматриваемый физический эффект переизлучения потока гамма-квантов 39 ядерного взрыва в когерентное гамма-излучение 48 возможно при условии, если скорость нейтронной волны 47 при заданном параметре нейтронного источника 25 опережает все скорости, которые могут эту нейтронную волну разрушить. Оценочные расчеты тепловых процессов показывают, что пространственно неоднородное распределение цепной реакции деления 46 ядер урана-235 (фронт волны ядерных реакций деления ядер) движется со скоростью 298 м/с. При этом фронт волны испарения 42 движется со скоростью 25 м/с и со временем увеличивается, т.к. имеет место увеличение плотности потока выделяемой энергии в результате прохождения нейтронной волны. Получаем, что фронт волны испарения не может опередить фронт тепловой волны в силу независимости этого параметра от температуры. Все эти движения рассматриваемых процессов происходят вдоль стержня 3 в одну сторону, к противоположному торцу стержня. В результате испарения атомов урана происходит движение в противоположную сторону пара из атомов урана, создавая давление Р1=8,6 Дж/см3 на торцевую поверхность стержня, действие которого генерирует звуковую волну в стержне, движущееся также к противоположному торцу. Оценочные расчеты показывают также, что скорость фронта нейтронной волны опережает все остальные скорости, кроме скорости звука.Such a flux intensity of gamma rays 39 corresponds to the intensity of gamma radiation near the explosion of a megaton nuclear bomb. In addition, incoherent and coherent neutron emission occurs from the end face of rod 7, the intensity of which is comparable to the flux intensity of gamma rays 39, but with a lower power density by an order of magnitude, and coherent X-ray radiation due to inhibitory processes, the flux intensity of which exceeds the gamma intensity by an order of magnitude quanta. In this case, the main energy of the rod released during the decay of the uranium nucleus remains at the explosion site and goes mainly to thermal processes. The considered physical effect of re-emission of the gamma-ray flux 39 of a nuclear explosion into coherent gamma-ray radiation 48 is possible provided that the speed of the neutron wave 47 for a given parameter of the neutron source 25 is ahead of all speeds that can destroy this neutron wave. Estimated calculations of thermal processes show that the spatially inhomogeneous distribution of the fission chain reaction of 46 uranium-235 nuclei (the wave front of nuclear fission reactions) moves at a speed of 298 m / s. In this case, the front of the evaporation wave 42 moves at a speed of 25 m / s and increases with time, because there is an increase in the flux density of the released energy as a result of the passage of a neutron wave. We get that the front of the evaporation wave cannot get ahead of the front of the heat wave due to the independence of this parameter from temperature. All these movements of the processes under consideration occur along the rod 3 in one direction, to the opposite end of the rod. As a result of the evaporation of uranium atoms, vapor from uranium atoms moves in the opposite direction, creating a pressure P 1 = 8.6 J / cm 3 on the end surface of the rod, the action of which generates a sound wave in the rod, also moving to the opposite end. Evaluation calculations also show that the velocity of the neutron wave front is ahead of all other velocities except the speed of sound.

Давление, генерирующее звуковую волну (волна сжатия 43), сравнительно мало и, кроме того, имеет положительное значение, так как убыстряет процесс замедления нейтронов и увеличивает коэффициент размножения нейтронов в результате поджатия урана в области прохождения. Таким образом, на движение нейтронной волны 47 практически ничего не влияет и, двигаясь по монокристаллу 3 с известной скоростью, она будет инициировать процессы цепного деления ядерных реакций по всему стержню 7. В зависимости от свойств делящихся и замедляющих материалов и отражателей подбирают критические размеры стержня таким образом, чтобы, например, увеличить продолжительность времени процесса "ядерного горения" такого стержня (ядерный бикфордов шнур) фиг.7. В данном случае необходимость увеличения длины стержня нет, так как необходимо вывести из стержня максимальный поток направленных частиц (нейтронов и гамма). В рассматриваемом случае каждое продвижение волны на расстояние длины захваты нейтронов ядрами урана (lau=3· 10-2 см) происходит излучение гамма и вторичных нейтронов с величиной потока W1=4· 1025 с-1· см-2. Однако это не означает, что излучение будет иметь место только в одну сторону. Часть излучения в силу геометрического фактора среды, а именно примерно 0,8.W1, будет излучаться с боковой поверхности стержня. Полное время излучения будет равно времени прохождения тепловыми нейтронами всей длины струны, т.е. tизл=10-3 с или меньше. Генерируемые гамма-кванты 39 в твердотельной среде гидрида урана начинают двигаться в этой же среде. Средняя величина энергии переданной от гамма-кванта электрону по порядку величины сравнима с энергией гамма-кванта. При заданном первоначальном потоке излучения гамма-кванта, равном I=2· 1024 с-1· см-2, выходное излучение, пройдя всю длину стержня из гидрида урана, станет равным I1=1,5· 1019 с-1· см-2. Однако, если учесть, что фронт тепловых нейтронов будет двигаться по всей длине струны, постоянно генерируя в каждом месте среды когерентные гамма-кванты с одинаковым значением величины потока, величина выходного когерентного излучение гамма-квантов будет равна: IL=4· 1025 с-1· см-2. Переданная от гамма-квантов энергия электронам, в результате комптоновского рассеяния, с одной стороны должна снова переизлучиться в гамма-кванты с примерно такой же энергией (индуцированное излучение) за счет тормозных процессов, а с другой пойти на разогрев твердотельной среды за счет ионизационных процессов торможения электронов на атомах среды. Отношение потерь энергии для обоих случаев показало, что эти процессы практически эквивалентны друг другу. В силу этого были рассмотрены процессы тормозного переизлучения релятивистских электронов в поле атомов среды и было показано, что величина потока обратного тормозного излучения на порядок превышает величину ослабленного потока гамма-квантов и равна It=4,3· 1025 с-1· см-2. Остальная часть энергии, переданной электронам, должна пойти на разогрев твердотельной среды. Эта величина удельной энергии, которая содержится в этих электронах, относительно мала, чтобы произвести сильный разогрев всего объема стержня за рассматриваемое время взрыва (10-3 с). Это означает, что за это время успеет излучиться из стержня весь импульс когерентных гамма-квантов, а потом произойдет испарение всего стержня реактора 12.The pressure generating a sound wave (compression wave 43) is relatively small and, moreover, has a positive value, since it accelerates the process of neutron deceleration and increases the neutron multiplication coefficient as a result of the compression of uranium in the transmission region. Thus, practically nothing influences the motion of neutron wave 47 and, moving along the single crystal 3 with a known speed, it will initiate the processes of chain fission of nuclear reactions throughout the rod 7. Depending on the properties of the fissile and moderating materials and reflectors, the critical dimensions of the rod are selected such so that, for example, to increase the duration of the process of "nuclear combustion" of such a rod (nuclear Bikford cord) Fig.7. In this case, there is no need to increase the length of the rod, since it is necessary to remove the maximum flux of directed particles (neutrons and gamma) from the rod. In the case under consideration, each wave propagation by a distance of the length of neutron capture by uranium nuclei (l au = 3 · 10 -2 cm) emits gamma and secondary neutrons with a flux value W 1 = 4 · 10 25 s -1 · cm -2 . However, this does not mean that radiation will occur only in one direction. Part of the radiation due to the geometric factor of the medium, namely approximately 0.8.W 1 , will be emitted from the side surface of the rod. The total radiation time will be equal to the time taken by thermal neutrons for the entire length of the string, i.e. t rad = 10 -3 s or less. The generated gamma rays 39 in the solid state medium of uranium hydride begin to move in the same medium. The average energy transferred from the gamma-ray electron to the electron is comparable in order of magnitude with the energy of the gamma-ray quantum. For a given initial gamma-ray radiation flux equal to I = 2 · 10 24 s -1 · cm -2 , the output radiation, having passed the entire length of the rod from uranium hydride, will become equal to I 1 = 1,5 · 10 19 s -1 · cm -2 . However, if we take into account that the thermal neutron front will move along the entire length of the string, constantly generating coherent gamma-quanta with the same value of the flux in each place of the medium, the output coherent radiation of gamma-quanta will be: I L = 4 · 10 25 s -1 cm -2 . The energy transferred from gamma rays to electrons, as a result of Compton scattering, on the one hand should again be reemitted into gamma rays with approximately the same energy (induced radiation) due to inhibitory processes, and on the other hand, to heat up a solid-state medium due to ionization drag processes electrons on the atoms of the medium. The ratio of energy losses for both cases showed that these processes are practically equivalent to each other. By virtue of this braking processes were examined reradiation relativistic electrons in the atoms of the medium and it was shown that the magnitude of the inverse bremsstrahlung flux on the order exceeds the attenuated gamma ray flux and is equal to I t = 4,3 · October 25 s -1 · cm - 2 . The rest of the energy transferred to the electrons should go to the heating of the solid-state medium. This value of the specific energy contained in these electrons is relatively small in order to produce a strong heating of the entire volume of the rod in the considered explosion time (10 -3 s). This means that during this time the entire pulse of coherent gamma quanta will be emitted from the rod, and then the entire rod of the reactor 12 will evaporate.

Достижением настоящего изобретения является то, что физические явления и процессы описываются с точки зрения кинетических уравнений ядерной физики, квантовых уравнений рассеяния тепловых нейтронов в кристаллах квантовой теории твердого тела, волновых уравнений нейтронов в кристаллах, квантово-волновой оптики для нейтронов, кинетических уравнений и уравнений теплопроводности распространения фронтов ядерных реакций, тепловой волны и волны испарения в кристаллах, уравнений распространения рентгеновского излучения и гамма-излучения в кристаллах. Произведены численные расчеты этих процессов и для основных из них построены графики, подтверждающие возможность реального осуществления предлагаемого устройства. В предлагаемом изобретении последовательно решены с общепринятых физических позиций сложнейшие научно-технические задачи:An achievement of the present invention is that physical phenomena and processes are described in terms of kinetic equations of nuclear physics, quantum equations of thermal neutron scattering in crystals of the quantum theory of a solid body, wave equations of neutrons in crystals, quantum-wave optics for neutrons, kinetic equations and equations of heat conduction propagation of the fronts of nuclear reactions, heat waves and evaporation waves in crystals, the equations of propagation of x-ray radiation and gamma radiation crystals. Numerical calculations of these processes are made and for the main of them graphs are constructed confirming the possibility of real implementation of the proposed device. In the present invention, the most complicated scientific and technical problems are sequentially solved from generally accepted physical positions:

- предложен и рассмотрен физический механизм ядерной накачки нейтронами активной среды монокристалла из гидрида элементов урановой группы;- the physical mechanism of nuclear pumping by neutrons of the active medium of a single crystal from a hydride of elements of the uranium group is proposed and considered;

- рассчитаны для данного устройства условия увеличения времени ядерного взрыва до 10-3 с;- conditions for increasing the time of a nuclear explosion up to 10 -3 s are calculated for this device;

- рассмотрены и определены режимы накачки тепловыми нейтронами для когерентного возбуждения ядерных реакций деления тяжелых ядер и переизлучения части энергии деления в быстрые нейтроны и в когерентное гамма-излучение в монокристалле;- modes of pumping by thermal neutrons for coherent excitation of nuclear fission reactions of heavy nuclei and reradiation of part of the fission energy into fast neutrons and into coherent gamma radiation in a single crystal are considered and determined;

- определены условия формирования, временные режимы и скорости движения нейтронной волны, тепловой волны, волны испарения, волны сжатия и разрежения в монокристалле в процессе инициирования ядерных реакций деления тяжелых ядер, а также показана физика процессов их образования;- the formation conditions, time regimes and velocities of the neutron wave, heat wave, evaporation wave, compression and rarefaction waves in the single crystal during the initiation of nuclear fission reactions of heavy nuclei are determined, and the physics of the processes of their formation is shown;

- определены критические размеры монокристалла из гидрида элементов урановой группы и параметры предкритического режима работы устройства;- the critical dimensions of a single crystal from a hydride of the elements of the uranium group and the parameters of the precritical mode of operation of the device were determined;

- определены стартовые параметры работы устройства;- the starting parameters of the device are determined;

- определены необходимые размеры устройства и режимы его запуска;- the necessary dimensions of the device and the modes of its launch are determined;

- определено пороговое значение выходного потока направленного когерентного гамма-лазерного излучения, равное порядка 1025 с-1· см-2, соответствующее потоку нейтронного излучения, равному 1014 Вт/см2, что достаточно для защиты планеты Земля от столкновения с космическими объектами.- the threshold value of the output flux of directional coherent gamma-ray laser radiation is determined, equal to about 10 25 s -1 · cm -2 , corresponding to a neutron radiation flux equal to 10 14 W / cm 2 , which is sufficient to protect planet Earth from collision with space objects.

Claims (8)

1. Способ получения направленного когерентного гамма-излучения, включающий осуществление накачки активной среды в виде лазерного стержня, отличающийся тем, что лазерный стержень выполняют из монокристалла в виде удлиненного цилиндра, в объеме которого однородно размещены ядра изотопов гидрида урановой группы и атомы водорода, кристаллическая решетка монокристалла содержит кристаллические плоскости, параллельные между собой и оси лазерного стержня, который является одновременно замедлителем для быстрых нейтронов, формирователем нейтронной волны, источником накачки и активной средой, при этом лазерный стержень последовательно заключен в металлическую оболочку из материала, поглощающего тепловые нейтроны, несущий стальной корпус с соединительными фланцами по его торцам, на один из торцов корпуса герметично и жестко установлена конической формы металлическая заглушка, а на противоположном торце жестко установлен закрытый с одного торца стальной стакан с осевой камерой и затвором, состоящим из смежных симметричных радиальных камер, в одну из которых жестко установлен первый тротиловый заряд с детонатором, в осевой камере стакана и последовательно установлены выполненная с возможностью радиального перемещения во вторую радиальную камеру затвора металлическая пробка из материала, поглощающего нейтроны, выполненные с возможностью осевого перемещения по стакану внешний источник быстрых нейтронов в виде монолитного цилиндра и поршень, жестко закрепленный второй тротиловый заряд с детонатором, который размещен у закрытой стенки стакана, создают критический режим в монокристалле путем инициировании цепной реакции деления тяжелых ядер урана тепловыми нейтронами в момент контакта торцевой поверхности внешнего источника быстрых нейтронов с торцевой поверхностью монокристалла, последовательно подрывая первый и второй тротиловые заряды, в результате чего газовым давлением выбивают пробку в свободную радиальную камеру затвора, на место которой перемещают внешний источник быстрых нейтронов и поршень, который с усиленным контактом по всей поверхности равномерно прижимает торец источника нейтронов к монокристаллу, формируют нейтронную волну вдоль продольной оси монокристалла с последующим выходом из конической заглушки когерентного и направленного гамма-излучения.1. A method for producing directed coherent gamma radiation, comprising pumping an active medium in the form of a laser rod, characterized in that the laser rod is made of a single crystal in the form of an elongated cylinder, in the volume of which the nuclei of uranium hydride isotopes and hydrogen atoms are uniformly placed, the crystal lattice single crystal contains crystalline planes parallel to each other and to the axis of the laser rod, which is both a moderator for fast neutrons and its former a throne wave, a pump source, and an active medium, while the laser rod is sequentially enclosed in a metal shell made of a material that absorbs thermal neutrons, bearing a steel case with connecting flanges at its ends, a metal plug is sealed and rigidly mounted on one of the ends of the case, and on the opposite end there is rigidly mounted a steel cup closed from one end with an axial chamber and a shutter consisting of adjacent symmetrical radial chambers, one of which is rigidly installed the first TNT charge with a detonator is inserted in the axial chamber of the glass and a metal plug made of a material capable of absorbing neutrons radially moving into the second radial chamber of the shutter is installed in series; the external source of fast neutrons is axially moving through the glass in the form of a monolithic cylinder and a piston, a rigidly fixed second TNT charge with a detonator, which is placed near the closed wall of the glass, creates a critical regime in the single crystal by initiating and a chain reaction of fission of heavy uranium nuclei by thermal neutrons at the moment of contact of the end surface of an external source of fast neutrons with the end surface of a single crystal, sequentially undermining the first and second TNT charges, as a result of which the tube is knocked out by a gas pressure into a free radial shutter chamber to which an external source is moved fast neutrons and the piston, which with an enhanced contact across the entire surface uniformly presses the end face of the neutron source to the single crystal, form a neutron nnuyu wave along the longitudinal axis of the single crystal and then exit from the conical caps coherent and directional gamma radiation. 2. Способ получения направленного и когерентного гамма излучения по п.1, отличающийся тем, что усиливают нейтронную волну в направлении оси монокристалла за счет отражения от его внешней поверхности и дифракционного отражения кристаллическими плоскостями монокристалла.2. The method of producing directed and coherent gamma radiation according to claim 1, characterized in that the neutron wave is amplified in the direction of the axis of the single crystal due to reflection from its outer surface and diffraction reflection by the crystal planes of the single crystal. 3. Способ получения направленного когерентного гамма-излучения по п.1 или 2, отличающийся тем, что формируют фазовые когерентные волны нейтронов и гамма-квантов.3. The method for producing directional coherent gamma radiation according to claim 1 or 2, characterized in that phase coherent waves of neutrons and gamma rays are generated. 4. Способ получения направленного когерентного гамма-излучения по п.1, отличающийся тем, что формируют фронт тепловой волны в стержне интенсивностью внешнего источника нейтронов так, чтобы скорость тепловой волны не превышала скорость нейтронной волны.4. The method for producing directed coherent gamma radiation according to claim 1, characterized in that the front of the heat wave in the rod is formed by the intensity of an external neutron source so that the speed of the heat wave does not exceed the speed of the neutron wave. 5. Способ получения направленного когерентного гамма-излучения по п.1, отличающийся тем, что формируют фронт волны испарения стержня интенсивностью внешнего источника нейтронов так, чтобы скорость волны испарения не превышала скорости нейтронной волны.5. The method for producing directed coherent gamma radiation according to claim 1, characterized in that the evaporation wave front of the rod is formed by the intensity of an external neutron source so that the evaporation wave velocity does not exceed the neutron wave velocity. 6. Устройство для генерации гамма-излучения, содержащее источник накачки активной среды и активную среду в виде лазерного стержня из твердого вещества, отличающееся тем, что лазерный стержень выполнен из монокристалла в виде удлиненного цилиндра, в объеме которого однородно размещены ядра изотопов гидрида урановой группы и атомы водорода, кристаллическая решетка монокристалла содержит кристаллические плоскости, параллельные между собой и оси лазерного стержня, который является одновременно замедлителем для быстрых нейтронов, формирователем нейтронной волны, источником накачки и активной средой, при этом лазерный стержень последовательно заключен в тонкую оболочку из фольги из материала, отражающего тепловые нейтроны, например из гидрида лития, титановую цилиндрическую оболочку, металлическую оболочку из материала, отражающего тепловые нейтроны, металлическую оболочку из материала, поглощающего тепловые нейтроны, несущий стальной корпус с соединительными фланцами по его торцам, на один из торцов корпуса герметично и жестко установлена конической формы металлическая заглушка, а на противоположном торце жестко установлен закрытый с одного торца стальной стакан с осевой камерой и затвором, состоящим из смежных симметричных радиальных камер, в одну из которых жестко установлен первый тротиловый заряд с детонатором, в осевой камере стакана герметично и последовательно установлены выполненная с возможностью радиального перемещения во вторую радиальную камеру затвора монолитная металлическая пробка из материала, поглощающего нейтроны, выполненные с возможностью осевого перемещения по стакану внешний источник быстрых нейтронов в виде монолитного цилиндра и поршень, жестко закрепленный второй тротиловый заряд с детонатором, который размещен у закрытой стенки стакана.6. A device for generating gamma radiation containing a source of pumping of the active medium and the active medium in the form of a laser rod from a solid substance, characterized in that the laser rod is made of a single crystal in the form of an elongated cylinder, in the volume of which the nuclei of the uranium hydride isotopes are uniformly placed and hydrogen atoms, the crystal lattice of a single crystal contains crystalline planes parallel to each other and to the axis of the laser rod, which is also a moderator for fast neutrons, forming a neutron wave generator, a pump source, and an active medium, while the laser rod is sequentially enclosed in a thin foil shell made of a material reflecting thermal neutrons, for example, lithium hydride, a titanium cylindrical shell, a metal shell made of a material reflecting thermal neutrons, a metal shell made of a material absorbing thermal neutrons, bearing a steel casing with connecting flanges at its ends, a conical shape is sealed and rigidly mounted on one of the ends of the casing a cap, and on the opposite end there was rigidly mounted a steel cup closed from one end with an axial chamber and a shutter consisting of adjacent symmetrical radial chambers, one of which had the first TNT charge with a detonator rigidly mounted, hermetically and sequentially installed in the axial chamber of the cup the possibility of radial movement into the second radial chamber of the shutter a monolithic metal tube made of a material absorbing neutrons, made with the possibility of axial movement through the glass An external source of fast neutrons in the form of a monolithic cylinder and a piston, a second TNT charge with a detonator, which is located near the closed wall of the glass, is rigidly fixed. 7. Устройство генерации гамма-излучения по п.6, отличающееся тем, что пробка заключена в стальную цилиндрическую рубашку.7. The device for generating gamma radiation according to claim 6, characterized in that the cork is enclosed in a steel cylindrical shirt. 8. Устройство генерации гамма-излучения по п.7, отличающееся тем, что внешний источник нейтронов заключен в закрытую с одного торца металлическую рубашку из материала, поглощающего тепловые нейтроны, и открытым торцом направлен в сторону пробки.8. The device for generating gamma radiation according to claim 7, characterized in that the external neutron source is enclosed in a metal jacket closed from one end of a material that absorbs thermal neutrons and is directed toward the plug with the open end.
RU2003136409/28A 2003-12-18 2003-12-18 Method and device for generating directional and coherent gamma-radiation RU2243621C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003136409/28A RU2243621C1 (en) 2003-12-18 2003-12-18 Method and device for generating directional and coherent gamma-radiation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003136409/28A RU2243621C1 (en) 2003-12-18 2003-12-18 Method and device for generating directional and coherent gamma-radiation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2243621C1 true RU2243621C1 (en) 2004-12-27

Family

ID=34388720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003136409/28A RU2243621C1 (en) 2003-12-18 2003-12-18 Method and device for generating directional and coherent gamma-radiation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2243621C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491210C1 (en) * 2012-02-10 2013-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) Method of changing path of dangerous space body (versions)
RU2527313C1 (en) * 2013-03-13 2014-08-27 Объединенный Институт Ядерных Исследований Method of generating coherent radiation
RU2602769C1 (en) * 2015-09-10 2016-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Method of creating population inversion of nuclear levels in material of active medium and initiation of single-pass coherent gamma-radiation
RU2608855C1 (en) * 2015-09-10 2017-01-25 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Single-pass gamma-laser
CN107998517A (en) * 2016-10-31 2018-05-08 南京中硼联康医疗科技有限公司 Neutron capture treatment system
RU2654880C1 (en) * 2017-05-03 2018-05-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of the specific energy determination necessary for the hazardous asteroid destruction by nuclear explosion
CN112424876A (en) * 2018-05-01 2021-02-26 伊利诺斯工具制品有限公司 Neutron sealed source

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ракетная и космическая техника. - 17.04.1981, №16 (1121) с.18-20. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491210C1 (en) * 2012-02-10 2013-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) Method of changing path of dangerous space body (versions)
RU2527313C1 (en) * 2013-03-13 2014-08-27 Объединенный Институт Ядерных Исследований Method of generating coherent radiation
RU2602769C1 (en) * 2015-09-10 2016-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Method of creating population inversion of nuclear levels in material of active medium and initiation of single-pass coherent gamma-radiation
RU2608855C1 (en) * 2015-09-10 2017-01-25 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Single-pass gamma-laser
CN107998517A (en) * 2016-10-31 2018-05-08 南京中硼联康医疗科技有限公司 Neutron capture treatment system
CN107998517B (en) * 2016-10-31 2024-04-12 南京中硼联康医疗科技有限公司 Neutron capture therapy system
RU2654880C1 (en) * 2017-05-03 2018-05-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of the specific energy determination necessary for the hazardous asteroid destruction by nuclear explosion
CN112424876A (en) * 2018-05-01 2021-02-26 伊利诺斯工具制品有限公司 Neutron sealed source

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Takabe Astrophysics with intense and ultra-intense lasers “laser astrophysics”
US9839111B2 (en) Staged Z-pinch for the production of high-flux neutrons and net energy
Orth VISTA--A Vehicle for Interplanetary Space Transport Application Powered by Inertial Confinement Fusion
RU2243621C1 (en) Method and device for generating directional and coherent gamma-radiation
Martinez-Val et al. An introduction to nuclear fusion by inertial confinement
Taylor Third-generation nuclear weapons
Isern et al. Binary Systems and Their Nuclear Explosions
Shmatov Igniting a microexplosion by a microexplosion and some other controlled thermonuclear fusion scenarios with neutronless reactions
Fortov et al. Explosions, powerful shock waves, and extreme states of matter
Miquel LMJ & PETAL Status and first experiments
RU2683576C1 (en) Single-drive amplifier for monochromatic collimated polarized neutrons
Bailly-Grandvaux Laser-driven strong magnetic fields and high discharge currents: measurements and applications to charged particle transport
Rygg Shock convergence and mix dynamics in inertial confinement fusion
Belyaev et al. Promising lines of research in the realms of laboratory nuclear astrophysics by means of powerful lasers
McKee Neutron production from Z-pinch plasmas at the 1 MA Zebra generator
Gus’ kov et al. Fast ignition by detonation in a hydrodynamic flow
RU2182260C2 (en) Method for starting nuclear rocket engines based on resonant-dynamic fission and fusion reactions
Bolonkin Micro-thermonuclear ab-reactors for aerospace
Miley et al. Laser Fusion Propulsion using Extreme CPA-Laser Pulses for Boron Fusion
Cassenti Lithium Hydride in Nuclear Pulse Propulsion
CEA Laser-driven strong magnetic fields and high discharge currents: measurements and applications to charged particle transport
GB2540645A (en) Starter
Brugger The Potential of a Laser-Induced Fusion Device as a Thermal-Neutron Source
RU2433493C1 (en) Method and device to generate quantum beams
Pudjorahardjo et al. Feasibility study of axial compact neutron generator as SAMOP neutron source

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091219