RU2807512C1 - Device for pulse generation of neutron flux - Google Patents
Device for pulse generation of neutron flux Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807512C1 RU2807512C1 RU2023108075A RU2023108075A RU2807512C1 RU 2807512 C1 RU2807512 C1 RU 2807512C1 RU 2023108075 A RU2023108075 A RU 2023108075A RU 2023108075 A RU2023108075 A RU 2023108075A RU 2807512 C1 RU2807512 C1 RU 2807512C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- cathode
- cathode units
- discharge
- capacitor bank
- Prior art date
Links
- 230000004907 flux Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 claims description 13
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 7
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 5
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 4
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- -1 deuterium ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области плазменной техники и может быть использовано для получения потока нейтронов.The invention relates to the field of plasma technology and can be used to produce a neutron flux.
Известно устройство для импульсной генерации потока нейтронов, реализованное на основе установки «плазменный фокус», содержащее, по меньшей мере, одну конденсаторную батарею, разрядное устройство, электрически соединенное, по меньшей мере, с одной конденсаторной батареей, анодно-катодное устройство, электрически соединенное с разрядным устройством и, по меньшей мере, с одной конденсаторной батареей, и рабочую камеру, выполненную с возможностью подведения и отведения рабочего газа (дейтерия или дейтерий-тритиевой смеси), в которой расположено анодно-катодное устройство (см. D.I. Yurkov, А.K. Dulatov et al. «Pulsed neutron generators based on the sealed chambers of plasma focus design with D and DT fillings», Journal of Physics: Conference Series 653 (2015), pp. 1-5 [1]).A device for pulsed generation of a neutron flux is known, implemented on the basis of a “plasma focus” installation, containing at least one capacitor battery, a discharge device electrically connected to at least one capacitor battery, an anode-cathode device electrically connected to a discharge device and at least one capacitor bank, and a working chamber configured to supply and remove the working gas (deuterium or deuterium-tritium mixture), in which the anode-cathode device is located (see D.I. Yurkov, A.K Dulatov et al. “Pulsed neutron generators based on the sealed chambers of plasma focus design with D and DT fillings,” Journal of Physics: Conference Series 653 (2015), pp. 1-5 [1]).
Недостаток известного устройства, также, как и любого иного устройства подобного типа состоит в том, что простое увеличение запасаемой энергии в конденсаторной батарее (за счет увеличения размера конденсаторной батареи, и, соответственно, максимальной силы тока) в 2 раза, увеличивает нейтронный выход лишь приблизительно в 4 раза (см., в частности, Лемешко Б.Д., Михайлов Ю.В., Прокуратов И.А., Дулатов А.К., Кадыргулов А.А. «Структура импульсов нейтронного излучения на камерах плазменного фокуса с дейтерий-тритиевым наполнением», Физика плазмы, 2021, т. 47, №7, стр. 605-612 [2]), что не обеспечивает должной эффективности устройства.The disadvantage of the known device, as well as any other device of this type, is that a simple increase in the stored energy in the capacitor bank (by increasing the size of the capacitor bank, and, accordingly, the maximum current strength) by 2 times, increases the neutron yield only approximately 4 times (see, in particular, Lemeshko B.D., Mikhailov Yu.V., Prokuratov I.A., Dulatov A.K., Kadyrgulov A.A. “Structure of neutron radiation pulses on plasma focus cameras with deuterium -tritium filling”, Plasma Physics, 2021, vol. 47, no. 7, pp. 605-612 [2]), which does not ensure the proper efficiency of the device.
Кроме этого, по достижению запасаемой энергии приблизительно 500 кДж ток через пинч начинает протекать не полностью, что дополнительно снижает нейтронный выход.In addition, upon reaching the stored energy of approximately 500 kJ, the current through the pinch begins to flow incompletely, which further reduces the neutron yield.
Известное из [1] устройство принято в качестве ближайшего аналога заявленного устройства.The device known from [1] is accepted as the closest analogue of the claimed device.
Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, состоит в создании устройства для импульсной генерации потока нейтронов, обладающего повышенной эффективностью при сохранении его компактности и относительно низкой энергоемкости.The technical problem solved by the claimed invention is to create a device for pulsed generation of a neutron flux, which has increased efficiency while maintaining its compactness and relatively low energy intensity.
При этом достигается технический результат, заключающийся в увеличении нейтронного выхода за импульс более чем в 4 раза, при увеличении запасаемой энергии в конденсаторной батарее в 2 раза, при отсутствии необходимости в существенном увеличении размера конденсаторной батареи.In this case, a technical result is achieved, which consists in increasing the neutron yield per pulse by more than 4 times, while increasing the stored energy in the capacitor bank by 2 times, without the need for a significant increase in the size of the capacitor bank.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается в результате создания устройства для импульсной генерации потока нейтронов, содержащего М конденсаторных батарей, М разрядных устройств, каждое из которых электрически соединено с конденсаторной батареей, N анодно-катодных узлов, каждый из которых соединен с разрядным устройством и конденсаторной батареей, и рабочую камеру, выполненную с возможностью подведения и отведения рабочего газа, при этом N=2n, где n - число пар анодно-катодных узлов, в каждой из которых анодно-катодные узлы расположены на одной продольной оси симметрии и обращены рабочими торцами анодов во внутреннее пространство рабочей камеры навстречу друг другу, а устройство выполнено с возможностью синхронизации протекающих в каждой из пар анодно-катодных узлов разрядов во времени.The technical problem is solved, and the specified technical result is achieved as a result of creating a device for pulsed generation of a neutron flux containing M capacitor banks, M discharge devices, each of which is electrically connected to a capacitor battery, N anode-cathode units, each of which is connected to a discharge device and a capacitor bank, and a working chamber made with the possibility of supplying and discharging working gas, with N = 2n, where n is the number of pairs of anode-cathode units, in each of which the anode-cathode units are located on the same longitudinal axis of symmetry and face the working the ends of the anodes into the internal space of the working chamber towards each other, and the device is designed to synchronize the discharges occurring in each pair of anode-cathode units in time.
В одном из частных вариантов выполнения, М=1.In one of the particular embodiments, M=1.
В другом частном варианте выполнения, М=n.In another particular embodiment, M=n.
В еще одном частном варианте выполнения, М=N.In yet another particular embodiment, M=N.
В еще одном частном варианте выполнения, расстояние между рабочими торцами анодов, обращенных навстречу друг другу, в каждом из анодно-катодных узлов составляет не более 2 см.In another particular embodiment, the distance between the working ends of the anodes facing each other in each of the anode-cathode units is no more than 2 cm.
В еще одном частном варианте выполнения, при 1≤n≤3 оно снабжено стыковочным устройством, расположенным между анодно-катодными узлами, предназначенным для их центрирования.In another particular embodiment, when 1≤n≤3 it is equipped with a docking device located between the anode-cathode units, designed for their centering.
В предпочтительном варианте выполнения, при n=1 стыковочное устройство образует совместно с анодно-катодными узлами рабочую камеру.In the preferred embodiment, with n=1, the docking device forms a working chamber together with the anode-cathode units.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения, при n=1 стыковочное устройство содержит диафрагму, разделяющую анодно-катодные узлы.In another preferred embodiment, when n=1, the docking device contains a diaphragm separating the anode-cathode units.
На фиг. 1 показано схематическое изображение заявленного устройства, согласно одному из частных вариантов (n=1, М=1).In fig. Figure 1 shows a schematic representation of the claimed device, according to one of the particular variants (n=1, M=1).
На фиг. 2 показано схематическое изображение заявленного устройства, согласно другому частному варианту (n=1, М=N).In fig. Figure 2 shows a schematic representation of the claimed device, according to another particular variant (n=1, M=N).
На фиг. 3 показана схема параллельного соединения катушек индуктивности, в роли которых подразумеваются плазменные фокусы.In fig. Figure 3 shows a diagram of parallel connection of inductors, the role of which is assumed to be plasma focuses.
На фиг. 4 показан поперечный разрез заявленного устройства, согласно одному из частных вариантов (n=1, М=N или М=1).In fig. Figure 4 shows a cross-section of the claimed device, according to one of the particular variants (n=1, M=N or M=1).
На фиг. 5 показан поперечный разрез заявленного устройства, согласно одному из частных вариантов (n=3 или n=2, М=N или М=1 или М=n).In fig. Figure 5 shows a cross-section of the claimed device, according to one of the particular variants (n=3 or n=2, M=N or M=1 or M=n).
На фиг. 6 показан поперечный разрез заявленного устройства, согласно другому частному варианту (n=1, М=N или М=1).In fig. 6 shows a cross-section of the claimed device, according to another particular variant (n=1, M=N or M=1).
На фиг. 7 показан поперечный разрез заявленного устройства, согласно еще одному частному варианту (n=1, М=N или М=1).In fig. 7 shows a cross-section of the claimed device, according to another particular variant (n=1, M=N or M=1).
Устройство, показанное на фиг. 1, содержит конденсаторную батарею (1), разрядное устройство (2), электрически соединенное с конденсаторной батареей (1), два анодно-катодных узла (4а) и (4b), каждый из которых электрически соединен с разрядным устройством (2), и рабочую камеру (5), выполненную с возможностью подведения и отведения рабочего газа, в которой расположены анодно-катодные узлы (4а) и (4b).The device shown in FIG. 1, contains a capacitor bank (1), a discharge device (2) electrically connected to the capacitor bank (1), two anode-cathode assemblies (4a) and (4b), each of which is electrically connected to the discharge device (2), and a working chamber (5), configured to supply and discharge working gas, in which the anode-cathode units (4a) and (4b) are located.
Анодно-катодные узлы (4а) и (4b), каждый из которых состоит из коаксиальных анода (А1) и (А2) и катода (В1) и (В2), расположены на одной продольной оси симметрии и обращены рабочими торцами анодов (А1) и (А2) во внутреннее пространство рабочей камеры (5) навстречу друг другу. Каждый из анодов (А1) и (А2) отделен от соответствующего катода (В1) и (В2) изолятором (D1) и (D2). Расстояние между торцами анодов (А1) и (А2) составляет от 2 до 3 см, что позволяет избежать потерь энергии.Anode-cathode units (4a) and (4b), each of which consists of a coaxial anode (A1) and (A2) and a cathode (B1) and (B2), are located on the same longitudinal axis of symmetry and face the working ends of the anodes (A1) and (A2) into the inner space of the working chamber (5) towards each other. Each of the anodes (A1) and (A2) is separated from the corresponding cathode (B1) and (B2) by an insulator (D1) and (D2). The distance between the ends of the anodes (A1) and (A2) is from 2 to 3 cm, which avoids energy losses.
Это связано с тем, что плазменные сгустки теряют подавляющую часть энергии на расстояниях около 1 см, таким образом, области генерации плазменных сгустков должны быть разнесены приблизительно на такое же расстояние. Если учесть, что область генерации находится от торца каждого из анодов (А1) и (А2) на удалении 3-5 мм, то торцы анодов (А1) и (А2) необходимо располагать не далее 2-3 см друг от друга.This is due to the fact that plasma bunches lose the vast majority of energy at distances of about 1 cm, so the areas where plasma bunches are generated should be separated by approximately the same distance. If we take into account that the generation area is located from the end of each of the anodes (A1) and (A2) at a distance of 3-5 mm, then the ends of the anodes (A1) and (A2) must be located no further than 2-3 cm from each other.
Устройство, показанное на фиг. 2 и фиг. 4, отличается от устройства, показанного на фиг. 1 тем, что содержит две конденсаторные батареи (1а) и (1b), два разрядных устройства (2а) и (2b), каждое из которых электрически соединено с соответствующей конденсаторной батареей (1а) или (1b). Каждый из двух анодно-катодных узлов (4а) и (4b) электрически соединен с соответствующим разрядным устройством (2а) или (2b) и соответствующей конденсаторной батареей (1а) и (1b). Каждый из анодов (А1) и (А2) отделен от соответствующего катода (В1) и (В2) изолятором (D1) и (D2), контактирующим с парой уплотнительных колец (3а) и (3b) из вакуумной резины.The device shown in FIG. 2 and fig. 4 is different from the device shown in FIG. 1 in that it contains two capacitor banks (1a) and (1b), two discharge devices (2a) and (2b), each of which is electrically connected to the corresponding capacitor bank (1a) or (1b). Each of the two anode-cathode assemblies (4a) and (4b) is electrically connected to a corresponding discharge device (2a) or (2b) and a corresponding capacitor bank (1a) and (1b). Each of the anodes (A1) and (A2) is separated from the corresponding cathode (B1) and (B2) by an insulator (D1) and (D2) contacting a pair of vacuum rubber O-rings (3a) and (3b).
В частном варианте, показанном на фиг. 4, между анодно-катодными узлами (4а) и (4b) расположено стыковочное устройство (6), предназначенное для центрирования анодно-катодных узлов (4а) и (4b).In a particular embodiment, shown in FIG. 4, between the anode-cathode units (4a) and (4b) there is a docking device (6) designed for centering the anode-cathode units (4a) and (4b).
Устройство, показанное на фиг. 5, содержит четыре конденсаторных батареи (1а)-(1d), четыре разрядных устройства (2a)-(2d), каждое из которых электрически соединено с соответствующей конденсаторной батареей (1a)-(1d), и четыре анодно-катодных узла (4а)-(4d), каждый из которых электрически соединен с соответствующим разрядным устройством (2a)-(2d) и соответствующей конденсаторной батареей (1a)-(1d). Допустимо выполнение устройства, показанного на фиг. 5, с шестью анодно-катодными узлами, каждый из которых электрически соединен с соответствующим разрядным устройством и соответствующей конденсаторной батареей.The device shown in FIG. 5 contains four capacitor banks (1a)-(1d), four discharge devices (2a)-(2d), each of which is electrically connected to the corresponding capacitor bank (1a)-(1d), and four anode-cathode units (4a )-(4d), each of which is electrically connected to a corresponding discharge device (2a)-(2d) and a corresponding capacitor bank (1a)-(1d). It is permissible to implement the device shown in FIG. 5, with six anode-cathode assemblies, each of which is electrically connected to a corresponding discharge device and a corresponding capacitor bank.
Анодно-катодные узлы (4а) и (4b) (а также (4с) и (4d)) расположены на одной продольной оси симметрии и обращены рабочими торцами анодов (A1), (А2), (A3), (А4) во внутреннее пространство рабочей камеры (5) навстречу друг другу. Между анодно-катодными узлами (4a)-(4d) расположено стыковочное устройство (6), предназначенное для центрирования анодно-катодных узлов (4a)-(4d). Каждый из анодов (A1), (А2), (A3), (А4) отделен от соответствующего катода (B1), (В2), (В3), (В4) изолятором (D1), (D2), (D3), (D4), контактирующим с парой уплотнительных колец (3а), (3b), (3с), (3d) из вакуумной резины.The anode-cathode units (4a) and (4b) (as well as (4c) and (4d)) are located on the same longitudinal axis of symmetry and the working ends of the anodes (A1), (A2), (A3), (A4) face the inside the space of the working chamber (5) towards each other. Between the anode-cathode units (4a)-(4d) there is a docking device (6) designed for centering the anode-cathode units (4a)-(4d). Each of the anodes (A1), (A2), (A3), (A4) is separated from the corresponding cathode (B1), (B2), (B3), (B4) by an insulator (D1), (D2), (D3), (D4) contacting a pair of vacuum rubber sealing rings (3a), (3b), (3c), (3d).
В частном варианте, показанном на фиг. 5, стыковочное устройство (6) сформировано насадками (7a)-(7d), каждая из которых соединена с соответствующим катодом (B1), (В2), (В3), (В4) анодно-катодного узла (4a)-(4d) и имеет коническую форму, позволяющую объединить насадки (7a)-(7d) в единый конструктивный блок. Также возможно выполнение стыковочного устройства (6) в виде изначального единого конструктивного блока. Основание каждой из насадок (7a)-(7d) выполнено по форме ответным торцу соответствующего анода (A1), (А2), (A3), (А4), что обеспечивает минимизацию расстояния между торцами анодов (4а), (4b), (4с), (4d), одновременно исключая влияние токово-плазменных оболочек (см. (F1) и (F2) на фиг. 1 и фиг. 2) друг на друга, а также позволяет сохранить постоянным расстояние между анодом (A1), (А2), (A3), (А4) и катодом (B1), (В2), (В3), (В4) в каждой из пар анодно-катодных узлов (4a)-(4d) на протяжении всего пути распространения токово-плазменной оболочки вдоль поверхности анода (A1), (А2), (A3), (А4) и катода (B1), (В2), (В3), (В4).In a particular embodiment, shown in FIG. 5, the docking device (6) is formed by nozzles (7a)-(7d), each of which is connected to the corresponding cathode (B1), (B2), (B3), (B4) of the anode-cathode unit (4a)-(4d) and has a conical shape that allows the attachments (7a)-(7d) to be combined into a single structural unit. It is also possible to make the docking device (6) in the form of an initial single structural block. The base of each of the nozzles (7a)-(7d) is shaped to match the end of the corresponding anode (A1), (A2), (A3), (A4), which ensures minimization of the distance between the ends of the anodes (4a), (4b), ( 4c), (4d), simultaneously eliminating the influence of current-plasma shells (see (F1) and (F2) in Fig. 1 and Fig. 2) on each other, and also allows you to keep the distance between the anode (A1), ( A2), (A3), (A4) and cathode (B1), (B2), (B3), (B4) in each of the pairs of anode-cathode units (4a)-(4d) throughout the entire path of current-plasma propagation shells along the surface of the anode (A1), (A2), (A3), (A4) and cathode (B1), (B2), (B3), (B4).
В частном варианте, показанном на фиг. 6, стыковочное устройство (6) содержит диафрагму (8), разделяющую два анодно-катодных узла (4а) и (4b), что позволяет минимизировать расстояние между торцами анодов (А1) и (А2) анодно-катодных узлов (4а) и (4b) до 2-3 см, одновременно исключая влияние токово-плазменных оболочек (см. (F1) и (F2) на фиг. 1 и фиг. 2) друг на друга.In a particular embodiment, shown in FIG. 6, the docking device (6) contains a diaphragm (8) separating two anode-cathode units (4a) and (4b), which allows minimizing the distance between the ends of the anodes (A1) and (A2) of the anode-cathode units (4a) and ( 4b) up to 2-3 cm, simultaneously excluding the influence of current-plasma shells (see (F1) and (F2) in Fig. 1 and Fig. 2) on each other.
В частном варианте, показанном на фиг. 7, стыковочное устройство (6) с двух противоположных сторон уплотнено резиновыми кольцами (9а) и 9b) в результате оказываемого на них давления прижимных гаек (10а) и (10b). Стыковочное устройство (6) образует совместно с анодно-катодными узлами (4а) и (4b) рабочую камеру (5), к которой присоединены патрубки (11а) и (11b) для подведения и отведения рабочего газа (дейтерия или дейтериево-тритиевой смеси). Также может присутствовать только один патрубок ((11а) или (11b)), который может быть использован сначала для подведения, а затем для отведения рабочего газа.In a particular embodiment, shown in FIG. 7, the docking device (6) is sealed on two opposite sides by rubber rings (9a) and 9b) as a result of the pressure exerted on them by the clamping nuts (10a) and (10b). The docking device (6) forms, together with the anode-cathode units (4a) and (4b), a working chamber (5), to which are connected pipes (11a) and (11b) for supplying and discharging the working gas (deuterium or deuterium-tritium mixture) . There may also be only one connection ((11a) or (11b)), which can be used first to supply and then to discharge the working gas.
Заявленное устройство используют следующим образом.The claimed device is used as follows.
Конденсаторная батарея (1) (либо конденсаторные батареи (1a)-(1d)) заряжается(ются) до определенного напряжения, которое потом, с помощью разрядного устройства (2) (либо разрядных устройств (2a)-(2d)), прикладывается к анодно-катодному промежутку(ам). Предварительно из рабочей камеры (5) откачивается воздух, а затем в нее напускается рабочий газ до достижения определенного рабочего давления. В момент прикладывания напряжения к анодно-катодному промежутку(ам) происходит его (их) пробой вдоль поверхности изолятора (D) (либо изоляторов (D1)-(D4)), разделяющего(их) анод (А) и катод (В) (аноды (А1)-(А4) и катоды (В1)-(В4)). Образуется токово-плазменная оболочка (F) (либо оболочки (F1)-(F4)), которая(ые) под действием пондеромоторных сил отталкивается(ются) от изолятора (D) (либо от изоляторов (D1)-(D4)), движется(утся) вверх по анодно-катодному(ым) промежутку(ам), выходит(ят) к рабочему торцу анода (А) (либо к рабочим торцам анодов (А1)-(А4)) и сходится(ятся) в виде конусной(ых) воронки(ок), при этом вершина(ы) конуса(ов) обращена(ы) к рабочему торцу анода (А) (либо анодов (А1)-(А4)).The capacitor bank (1) (or capacitor banks (1a)-(1d)) is charged to a certain voltage, which is then, using a discharge device (2) (or discharge devices (2a)-(2d)), applied to anode-cathode gap(s). Air is first evacuated from the working chamber (5), and then working gas is introduced into it until a certain operating pressure is reached. At the moment a voltage is applied to the anode-cathode gap(s), its breakdown occurs along the surface of the insulator (D) (or insulators (D1)-(D4)) separating the anode (A) and cathode (B) ( anodes (A1)-(A4) and cathodes (B1)-(B4)). A current-plasma shell (F) (or shells (F1)-(F4)) is formed, which, under the action of ponderomotive forces, is repelled from the insulator (D) (or from the insulators (D1)-(D4)), moves up the anode-cathode gap(s), exits to the working end of the anode (A) (or to the working ends of the anodes (A1)-(A4)) and converges in the form of a cone (s) funnel(s), with the top(s) of the cone(s) facing the working end of the anode (A) (or anodes (A1)-(A4)).
Возникает поток плазмы (Е) (либо потоки плазмы (Е1)-(Е4)), направленный(е) от анода (А) (либо от анодов (А1)-(А4)). В определенный момент на оси каждого анодно-катодного узла (4a-4d) (над анодом (А) либо анодами (А1)-(А4)) возникает плотный флуктуирующий пинч (пинчи), именуемый(ые) «плазменный(ые) фокус(ы)», который(ые) через некоторое время распадается(ются). В момент распада пинча возникает значительное напряжение на его (их) концах (в месте разрыва пинча (пинчей)), которое ускоряет электроны в сторону анода (А) (либо анодов (А1)-(А4)), если на нем (них) положительный заряд, и катионы в сторону от анода (А) (либо анодов (А1)-(А4)).A plasma flow (E) (or plasma flows (E1)-(E4)) appears, directed from the anode (A) (or from the anodes (A1)-(A4)). At a certain moment, on the axis of each anode-cathode unit (4a-4d) (above the anode (A) or anodes (A1)-(A4)) a dense fluctuating pinch(s) called “plasma focus(s)” appears. s)", which disintegrates after some time. At the moment of pinch decay, a significant voltage arises at its (their) ends (at the point where the pinch (pinches) break), which accelerates the electrons towards the anode (A) (or anodes (A1)-(A4)), if on it (them) positive charge, and cations away from the anode (A) (or anodes (A1)-(A4)).
Заявленное устройство образовано объединением двух и более установок «плазменный фокус» (в результате того, что анодно-катодные узлы в каждой паре расположены на одной продольной оси симметрии и обращены рабочими торцами анодов во внутреннее пространство рабочей камеры навстречу друг другу).The claimed device is formed by combining two or more “plasma focus” installations (as a result of the fact that the anode-cathode units in each pair are located on the same longitudinal axis of symmetry and face the working ends of the anodes into the internal space of the working chamber towards each other).
Основным механизмом генерации потока нейтронов в подобном устройстве считается ускорительный механизм, когда рабочая камера наполняется рабочим газом, например, дейтерием, и после распада пинча ускоренные дейтоны (ионы дейтерия) взаимодействуют с остаточным газом в рабочей камере устройства, генерируя поток нейтронов.The main mechanism for generating a neutron flux in such a device is considered to be an accelerating mechanism, when the working chamber is filled with a working gas, for example, deuterium, and after the pinch decays, accelerated deuterons (deuterium ions) interact with the residual gas in the working chamber of the device, generating a neutron flux.
При одновременном срабатывании, за счет синхронизации протекающих в каждой из пар анодно-катодных узлов разрядов во времени, двух «плазменных фокусов», плазменные потоки от обоих «плазменных фокусов» сталкиваются в центре рабочей камеры, их относительная скорость удваивается, а энергия взаимодействия учетверяется, что приводит к существенному увеличению нейтронного выхода.When two “plasma foci” are triggered simultaneously, due to the synchronization of the discharges occurring in each pair of anode-cathode nodes in time, the plasma flows from both “plasma foci” collide in the center of the working chamber, their relative speed doubles, and the interaction energy quadruples, which leads to a significant increase in the neutron yield.
Известно, что длительность генерации плазменных сгустков около 10 нс, примерно столько же времени они сохраняют рабочие скорости. Время их жизни значительно больше, но уже при менее низких скоростях. В то же время эксперименты показывают, что разброс момента рождения плазменных сгустков от импульса к импульсу приблизительно 10 нс от начала разряда, а разброс времени срабатывания разрядного устройства (разрядных устройств, если их более одного) относительно синхроимпульса - 10-100 нс. Если не принимать меры по синхронизации разрядов во времени, то синхронизированным окажется только каждый сотый или даже тысячный импульс.It is known that the duration of generation of plasma bunches is about 10 ns, and they maintain operating speeds for approximately the same amount of time. Their lifetime is much longer, but at lower speeds. At the same time, experiments show that the spread of the moment of birth of plasma bunches from pulse to pulse is approximately 10 ns from the beginning of the discharge, and the spread of the response time of the discharge device (discharge devices, if there is more than one) relative to the synchronizing pulse is 10-100 ns. If you do not take measures to synchronize the discharges in time, then only every hundredth or even thousandth pulse will be synchronized.
Синхронизация разрядов двух «плазменных фокусов» может быть обеспечена следующим образом.Synchronization of the discharges of two “plasma focuses” can be ensured as follows.
В схеме, представленной на фиг. 3, между разрядами существует обратная связь. Она основана на том, что индуктивность разряда «плазменного фокуса» постоянно растет вплоть до момента «особенности» (области на осциллограмме производной силы тока, когда происходит резкий скачок кривой, в этот момент происходит разрыв пинча, сопровождающийся резким уменьшением силы тока и, соответственно, резким возрастанием напряжения, прикладываемого к месту разрыва пинча). Если динамика разряда одного из «плазменных фокусов» опережает другую, то индуктивное сопротивление первого разряда L1 (протекающего через первый анодно-катодный узел) превышает индуктивное сопротивление второго разряда L2. Соответственно, сила тока первого разряда I1 будет отставать по величине от силы тока второго разряда I2 в соответствии с законами электротехники для параллельного соединения катушек индуктивности:In the diagram presented in Fig. 3, there is feedback between the digits. It is based on the fact that the inductance of the “plasma focus” discharge is constantly growing until the moment of “singularity” (the area on the oscillogram of the derivative of the current strength when a sharp jump in the curve occurs; at this moment the pinch breaks, accompanied by a sharp decrease in the current strength and, accordingly, a sharp increase in the voltage applied to the point where the pinch breaks). If the discharge dynamics of one of the “plasma focuses” is ahead of the other, then the inductive reactance of the first discharge L 1 (flowing through the first anode-cathode unit) exceeds the inductive reactance of the second discharge L 2 . Accordingly, the current strength of the first discharge I 1 will lag in magnitude from the current strength of the second discharge I 2 in accordance with the laws of electrical engineering for parallel connection of inductors:
где I - суммарная сила тока (протекающего через все анодно-катодные узлы).where I is the total current strength (flowing through all anode-cathode units).
В результате сила тока отстающего разряда будет больше силы тока опережающего разряда, большая сила Лоренца будет толкать отстающую токово-плазменную оболочку и, как следствие, это приведет к выравниванию динамики разрядов.As a result, the current strength of the lagging discharge will be greater than the current strength of the leading discharge, a large Lorentz force will push the lagging current-plasma shell and, as a result, this will lead to equalization of the dynamics of the discharges.
В качестве еще одного из возможных способов обеспечения синхронизации разрядов двух «плазменных фокусов» можно рассматривать изменение длины кабелей, соединяющих какой-либо один из двух анодно-катодных узлов (4а) и (4b) (или (4с) и (4d)) с конденсаторной батареей (1) или конденсаторными батареями (1а) и (1b) (или (1с) и (1d)) (в том числе, и кабелей, подключенных через разрядное устройство (2) или разрядные устройства (2а) и (2b) (или (2с) и (2d)).As another possible way to ensure synchronization of the discharges of two “plasma foci”, one can consider changing the length of the cables connecting any one of the two anode-cathode units (4a) and (4b) (or (4c) and (4d)) with capacitor bank (1) or capacitor banks (1a) and (1b) (or (1c) and (1d)) (including cables connected through the discharge device (2) or discharge devices (2a) and (2b) (or (2c) and (2d)).
Если принять величину нейтронного выхода от одного «плазменного фокуса», равной Z, то суммарный нейтронный выход от двух одинаковых «плазменных фокусов» будет составлять 2Z. В результате же использования заявленного устройства нейтронный выход будет на порядок больше, чем просто 2Z, в результате того, что при синхронизации разрядов двух «плазменных фокусов» ускоренные дейтоны одного «плазменного фокуса» будут взаимодействовать с аналогичными ускоренными дейтонами второго «плазменного фокуса», но двигающимися навстречу первым, что увеличит их энергию взаимодействия за счет суммарной кинетической энергии двигающихся друг навстречу другу дейтонов.If we take the value of the neutron yield from one “plasma focus” equal to Z, then the total neutron yield from two identical “plasma focuses” will be 2Z. As a result of using the claimed device, the neutron yield will be an order of magnitude greater than just 2Z, as a result of the fact that when the discharges of two “plasma focuses” are synchronized, the accelerated deuterons of one “plasma focus” will interact with similar accelerated deuterons of the second “plasma focus”, but moving towards each other first, which will increase their interaction energy due to the total kinetic energy of deuterons moving towards each other.
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807512C1 true RU2807512C1 (en) | 2023-11-15 |
Family
ID=
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001338800A (en) * | 2000-05-30 | 2001-12-07 | Hitachi Ltd | Neutron generator |
| RU159831U1 (en) * | 2015-06-18 | 2016-02-20 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | VACUUM NEUTRON TUBE |
| RU168025U1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-01-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | PULSE NEUTRON GENERATOR |
| WO2017173341A1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | The Regents Of The University Of California | Stationary x-ray source |
| RU2634483C1 (en) * | 2016-12-09 | 2017-10-31 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Source of neutrons of limited dimensions for neutron tomography |
| RU2662729C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-07-30 | ВАВИЛИН Андрей Владимирович | Neutron source |
| RU2683963C1 (en) * | 2018-04-04 | 2019-04-03 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Pulsed thermonuclear neutron generator |
| RU2707272C1 (en) * | 2019-06-04 | 2019-11-26 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Powerful neutron source using a nuclear synthesis reaction, which proceeds during bombardment of a neutron-forming gas target by accelerated deuterium ions |
| WO2019171092A3 (en) * | 2018-03-06 | 2020-02-06 | Mirrotron Kft | Neutron source and method of producing a neutron beam |
| RU2761862C1 (en) * | 2018-05-01 | 2021-12-13 | Иллинойс Тул Воркс Инк. | Hermetically sealed neutron source |
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001338800A (en) * | 2000-05-30 | 2001-12-07 | Hitachi Ltd | Neutron generator |
| RU159831U1 (en) * | 2015-06-18 | 2016-02-20 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | VACUUM NEUTRON TUBE |
| WO2017173341A1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | The Regents Of The University Of California | Stationary x-ray source |
| RU168025U1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-01-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | PULSE NEUTRON GENERATOR |
| RU2634483C1 (en) * | 2016-12-09 | 2017-10-31 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Source of neutrons of limited dimensions for neutron tomography |
| RU2662729C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-07-30 | ВАВИЛИН Андрей Владимирович | Neutron source |
| WO2019171092A3 (en) * | 2018-03-06 | 2020-02-06 | Mirrotron Kft | Neutron source and method of producing a neutron beam |
| RU2683963C1 (en) * | 2018-04-04 | 2019-04-03 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Pulsed thermonuclear neutron generator |
| RU2761862C1 (en) * | 2018-05-01 | 2021-12-13 | Иллинойс Тул Воркс Инк. | Hermetically sealed neutron source |
| EP3788641B1 (en) * | 2018-05-01 | 2022-06-22 | Illinois Tool Works INC. | Neutron sealed source |
| RU2707272C1 (en) * | 2019-06-04 | 2019-11-26 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Powerful neutron source using a nuclear synthesis reaction, which proceeds during bombardment of a neutron-forming gas target by accelerated deuterium ions |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| D.I. Yurkov, А.K. Dulatov et al. "Pulsed neutron generators based on the sealed chambers of plasma focus design with D and DT fillings", Journal of Physics: Conference Series 653 (2015), pp. 1-5. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0312587B1 (en) | Plasma focus apparatus with field distortion elements | |
| US3864640A (en) | Concentration and guidance of intense relativistic electron beams | |
| CN112582884B (en) | Gas switch structure based on low-working-coefficient low-jitter triggering | |
| Gielkens et al. | A long‐pulse 300 keV electron gun with a plasma cathode for high‐pressure gas lasers | |
| CN111755138A (en) | Lorentz force driven high-speed plasma injection device | |
| RU2807512C1 (en) | Device for pulse generation of neutron flux | |
| Shishlov et al. | Generation of K-shell radiation of noble gases in the microsecond implosion regime | |
| Watanabe et al. | Development of a large volume negative-ion source for ITER neutral beam injector | |
| US5075522A (en) | Plasma focus apparatus with field distortion elements | |
| Zhao et al. | Experimental research on electrical breakdown strength of long-gap vacuum-insulated coaxial line under microsecond pulses | |
| Baker | High‐Voltage, Low‐Inductance Switch for Megampere Pulse Currents | |
| RU2387109C2 (en) | Method for production of high-current diploid beams of electrons | |
| RU2448409C2 (en) | Method to produce electric power | |
| CN213635396U (en) | Lorentz force driven high-speed plasma injection device | |
| Zavyalov et al. | High-current pulsed electron accelerator “Gamma-1” with output power up to 1.5 TW | |
| Vorobyov et al. | The multiarc plasma cathode electron source | |
| Abdullin et al. | Microsecond electron beam source with electron energy up to 400 keV and plasma anode | |
| Milanese et al. | Images of a plasma focus current sheath with a continuous cylindrical outer electrode | |
| RU2175155C2 (en) | Method for generating microwave pulses in virtual-cathode device and virtual-cathode horn implementing it | |
| CN103413744B (en) | A kind of Cascade-stage-type electron beam diode | |
| RU192808U1 (en) | PULSE NEUTRON GENERATOR | |
| Perkins et al. | Ion source electrode biasing technique for microsecond beam pulse rise times | |
| Oreshko | The combined discharge for receiving of neutrons | |
| Debolt et al. | Recent results from the low inductance Z-discharge metal vapor ion source | |
| Ozur et al. | Generation and transportation of low-energy, high-current electron beams |