SU1448993A1

SU1448993A1 - Импульсный источник нейтронов

Info

Publication number: SU1448993A1
Application number: SU864110141A
Authority: SU
Inventors: В.М. Быстрицкий; М.М. Фикс; В.Г. Толмачева
Original assignee: Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова
Priority date: 1986-08-29
Filing date: 1986-08-29
Publication date: 1992-08-30

Abstract

Изсбрсине относитс и дерной физике и мохчет найти применение дл получени мощных нейтронных импульсов интенсивностью до ,10 н/с И более, Импульсный источник нейтронов содержит два цилиндрических электрода - анод (А) 3 и катод 4. Концева часть катода 4 выполнена в нидс многоза- ходной спирали 7, при этом угол захода спирали ot, рад, длина I, м, спи-i рального участка и диаметр d, м, спи- ралн выбраны из услови 2d5: I5i5« кЮ -d-l t{(, где I - ток импульсного источника тока. А 3 и катод 4 установлены коаксиально. Внутри А 3 размещен газовый (либо Плазменный) клапан 6, служащий дл впрыскивани в зазор между А 3 и катодом 4 порции дейтериевого газа, либо плазмы. За счет создани начальной закрутки плазменной оболочки в азимутальном направлении в каждом срабатываний ускорител получаетс стабильный вихрь, что приводит к стабилизации выхода нейтронов и соответственно возрастанию среднего КГЩ импульсного источника нейтронов, t з.п. ф-лы, 1 ил. с s (Л

Description

ро

со

Изобретенне относитс к дерной физике и может найти применение дл получени мощных нейтронных импулы сов интенсивностью до 10 и/с и более.

Целью изобретени вл етс упели- чение стабильности выхода нейтронов.

На чертеле схематично изображен Импульсный источник нейтронов.

Источник содержит импульсный источник тока, например в виде батареи Конденсатора 1, .потенциальный полюс - вывод которой через коммутатор 2 со единен с анодом 3 устройства, фукк- «иго которого выполн ет центральный электрод. Анод 3 отделен от катода 4 изол тором 5. Внутри анода 3 расположен газовый (либо плазменный) клапан 6, служащий дл впрыскивани в заэор между анодом 3 и катодом А ,- порции дейтериевого газа либо плазмы Концева часть катода 4 выполнена в виде многозаходной спирали 7, т.е. (Системы стержней, установленных под углом ot к образующей цилиндра. Катод 4 соединен с корпусом 8, который заземлен , как и второй полюс конденса- торной батареи. В боковой стенке анода 3 выполнены отверсти 9 дл напуска газа 0 межэлектродное про- iCTpaHctBo. Кроме того, на чертеже обозначены напускаемый газ 10, силова лини Ви,-пол 11, создаваемого током 12 4)азр да, силова лини 13 В -пол , с оздаваемого обратным током 1А, токова оболочка 15.

Устройство работает следующим об- .разсм. ; .

В начальный момент времени источник тока зар жен. Коммутатор 2 par зомкнут, все устройство откачено до рабочего вакуума, клапан 6 закрыт. В необходимый момент времени тывает клапан 6 и впрыскивает через отверсти 9 b область между анодом 3 и катодом 4 расчетную порцию газа Dj (или плазмы) 10. Спуст расчетное и контролируемое врем задержки, определ емое , скоростью заполнени газом (плазмой) 10 зазора между анодом 3 и катодом 4, срабатывает коммутатор 2 н высокое напр жепие поступает на анад 3. ho аноду начинает протекать Тек 1 12, создающий вокруг анода 3 азимутальное магнитное поле В,, tt, В результате электродинамического взаимодействи пол В 11 с током I 12, определ емого силой Лоренца Гд

5

0

5

0

- В -Ij,- In, где In - длина токовоС.

перемычки, где с - скорость свет , токова оболочка начнет перемещатьс к торцу устройства, захвптьш (сгреба ) п этот процесс газ на ее пути и в результате ионизиру его. Двига сь с ускорением, плазменна оболочка достигает скоростей, имеющих пор док 10 см/с и более, При поступлении на концевой участок, где катод (либо анод, либо и тот и другой) выполнен в виде многозаходной спирали 7, обратный ток 1А, стекающий по спирали 7, создает азимутальную составл ющую магнитного пол , определ емую из соотношени В -2I/rtgei, 13. Это магнитное поле начинает диффундировать в радиальном направлении к оси устройства сквозь плазму со скоростью, определ емой проводимостью плазмы. Одновременно с этим.наличие радиальной компоненты тока 1. в токовой оболочке 15 и аксиального магнитного пол Bj, вызывает г лектродинамическое взаимодействие , . прелел емое силой ЛоренF j-D I Cr -Tfl ) , где г - радиус

5

0

5

O

5

«а

катода; Гд - радиус анола, привод щее к азимутальному движению токорой оболочки 15..как целого, т.е. к по в- лени у нее начального азимутального момента количества дпижени . Эта на- чальна закрутка токовой оболочки 15 сохран етс при выносе тока за торец устройства в св зи с тем, что в данной геометрии азимутальный момент количества движени сжимающейс токор

вой оболочки 15 ., где

Ац - азимутальна компонента вектор- потенциала, m - масса иола; V, - азимутальна компонента скорости; е - зар д электрона, вл етс интегралом движени . Одновременно с этим продолжаетс сжатие токовой оболочки 15 под действием азимутального пол BC. При этом поле В, в случае высокой проводимости остаетс вмороженным в сжимающуюс токовую оболочку 15, либо в случае снггьного турбулентного разогрева (пл змл обладает большим гопротивлгниг м пг)ле быстро диффундирует скво- ь НРР и ме пл етс вморожрпным. Таким пПрлюм, с уменьшением Т (радиуса п-коной стПгшочки) позрастает if, r.f. 1.;р. и1.пртг

(,r/r)cnnpt ) ,

«Р

мсрги.т W.

мат иитном поле Ь,, при радиальном сткатии оОолочки перекачнп етс в ее азимутальное пращение, т.е. формируетс плазменный вихрь. Такое сжатие с перекачкой энергии во вращении продолжаетс до установлени равновесного состо ни (N;T; -tN-T-)-|-В г ..

мента (дл плазмы, прозрачной дл йк- сиального пoл )cfd/l i „д нпм чо ) где г удц - средний радиус электродов , т.е. средний начальный радиус

плазменной оболочки Ги„„ котоипч 2

рый составл ет обычно единицы-дес тки сантиметров, г ,д„ - радиус плаз- 1 /2с2, где Nj,Np - линейные плот- -Ю менного фокуса, имеет пор док до н25

ностм дейтопог и электронов в плазменном вихре; Tg, Т; - их средние кинетические энергии (т.с« температу- ; ком Конечный радиус плазменного вихр ; I - ток оболочки. Экспе- 5 рименты показывают, что подобные плазменные конфигурации достаточно устойчивы. В образовавшемс вихре дейтоны с энергией на уровне 100 кэВ производ т дерные реакции с выходом 20 нейтронов. В.ТОМ случае, если тур- булс)тность плазмы в фокусе велика и соответственно обладает большим сопротивлением, аксиальное поле, породившее азимутальный плазменный вихрь, не оказываетс вмороженным и не сжимаетс имеете с ним. Тогда равнопесчо состо ние возникает на меньшем радиусе вихр и будет характеризоватьс большей азимутальной 30 энергией врашаюшихс дейтонов. Как правило, это наблюдаетс на больших уровн х энерговкл ада. Благодар начальной закрутке пла:4менной токо е- сущей оболочки, обеспечиваемой в аксиальном магнитном поле Ь, - возни- каюЕ1ем за счет протекающего по концевой спиральной части катода тока, и дальнейшему сжатию оболочки, сохран ющему азимутальный момент количества движени , происходит перекачка энергии Поступательного движени токонесущей плазменной оболочки во вращательную. Изменением угла наклона стержней многозаходной спира- 45 ли можно в широких пределах мен ть начальное значение V и тем самым обеспечивать оптимальный режим формировани плазменного вихр в зависи мости от полной совокупности нача ь ных условий знергозапаса батареи, давлени (и массы) газа, .геометрии анода и катода и т.г. Выбор длины спирального участка осуществл етс .

50

единицы миллиметров, ц, - азимутальна энерги ; f цо|ч начальна энерги дейтонов, получаем дл 6 паи значени 10 эВ. Эта оценка позвол ет определить границы длины спирального участка электрода (внутреннего или внешнего). При движении вдоль этого участка плазменной оболочки со скоростью она должна На его длине Ig приобрести за счет электродинамического взаимодействи необходимую азимут ч.пьную скорое , соответствуюп .уто затравочной энергии 10 эВ

,ni--iS tV

иач иач 2 Записываем выражение дл V

V,

6-10 См/с

кчч

Va4

где T - t т- V . ..

F Icfl 1 BrV , е V.- -

35

е vqxc сила Лоренца; врем движени оболочки вдоль спирали; масса, иона;

токова скорость в радиальном направлении.

Учитыва , что 21/rtgel, где

tget- тангенс угла захода спирали, Q щг достаточно широкого диапазона токов и плотностей плазмы можно прин ть , что (fCr -1)У„д,, , получаем следующее выражение дл 1сп :

с« « 5|г-| 1- 0)

m -с 2ё

m С / Х-- (дл

СО

Так как а (1-3)

4- D) 3,4 .10 кА, то I

- SOdtget . .1 (кА)

Верхн граница длины спирального участка электродов может быть определена , исход из конечной длины спада

аксиального магнитного пол на конисход иг (:лелук1га1х предпосылок. Йри- gg цах соленоида, котора имеет зндче- нима за оптимлльное значение конёч- ние пор дка d - диаметра электрода, ной азимута ГЦ.Hovl .энергии дейтонов Отсюда ДЛй полной длийы спир ли можно ввести ограничение I.,.., т ким

в плазменном вихре 50 кэВ, учитыва ,. что из спх(дксчи канонического мо-

образом длина спирального уч гтк

плазменной оболочки Ги„„ котоипч 2

рый составл ет обычно единицы-дес тки сантиметров, г ,д„ - радиус плаз- менного фокуса, имеет пор док до нединицы миллиметров, ц, - азимутальна энерги ; f цо|ч начальна энерги дейтонов, получаем дл 6 паи значени 10 эВ. Эта оценка позвол ет определить границы длины спирального участка электрода (внутреннего или внешнего). При движении вдоль этого участка плазменной оболочки со скоростью она должна На его длине Ig приобрести за счет электродинамического взаимодействи необходимую азимут ч.пьную скорое , соответствуюп .уто затравочной энергии 10 эВ

,ni--iS tV

иач иач 2 Записываем выражение дл V

V,

6-10 См/с

кчч

Va4

где T - t т- V . ..

F Icfl 1 BrV , е V.- -

токова скорость в радиальном направлении.

Учитыва , что 21/rtgel, где

tget- тангенс угла захода спирали, щг достаточно широкого диапазона токов и плотностей плазмы можно прин ть , что (fCr -1)У„д,, , получаем следующее выражение дл 1сп :

с« « 5|г-| 1- 0)

m -с 2ё

m С / Х-- (дл

СО

(1-3)

кА, то I

аница длины спирального родов может быть опредеиз конечной длины спада

образом длина спирального уч гтк

угла -. хода спирали сп заны следующим

HepanciicTTf M:

,4

2,.,1D.clt,

ГДЙ

Cfl

-диаметр спирального участка электрода, м;

-длина спирального участка, м; I - Ток импульсного источника, А.

За счет создани начальной закрут-|0 ки плазменной оболочки в азимутальном направлении в каждом срабатывании ускорител получаетс стабильный вихрь, что, в свою очередь,

другого, импул ми.1Й источник тока, соединенный через коммутатор с центральным электродом, и 1-гмпульсную систему напуска дейтериевого газа или ппазмы, при этом внешний цилиндрический электрод одним торцом укреплен на торцовой стенке корпуса и гальванически соединен с общей шиной, отличающийс тем, что, с целью увеличени стабильности выхода нейтронов, конечный участок по крайней мере одного из цилиндрических электродов выполнен в виде многоза

спирали oi , рад, длина спирального участка 1 , ,м и диаметр спирали d, м. выбраны из услови

приводит к стабилизации выхода нейт- jj ходнрй спирали, при этом угол захода роиг П и сосэтпотстпснн о оозрастаникз среднего КГЩ устройства. Особенно это аЖно На Низких и средний уровн х энерг овкладов, где обычно формирование плазменного вихр , ответственного 20 за основную нейтронного выхода (70-80%), осуществл лось случайным и неупрарл емым событием, и в результате средний КГЩ оказываетс н-изким.

2d

где I ,„5 5-10 -d-r . tgoC,

ток импульсного источника тока, Л.

2о Источник по п. 1, о т л и - чающийс тем, что конечный участок второго электрода также выполнен в виде многозаходной спирали, длина которой соответствует длине спирального участка первого электрода , а угол захода равен по величине и противоположен по знаку углу з хо- да первой спирали.

Формула изобретени

1, Импульсный источник нейтронов, содержащий герметичный корпус, в котором соосно размещены два коаксиально зо расположенных цилиндрических электрода , гальванически изолированных один

//fjfffff f:f7/J( Y/J J /fJ/f/fT

мШЖ

2 f:ffDJ j f7ym

ходнрй спирали, при этом угол захода

ходнрй спирали, при этом угол захо

2d

где I ,„5 5-10 -d-r . tgoC,

ток импульсного источника тока, Л.

ходнрй спирали, при этом угол захода

:f7/J( Y/J J /fJ/f/fT

Ж

5 -- 4 i

2 f:ffDJ j f7ymy if i - igj-/

Claims

Формула изобретения

1. Импульсный источник нейтронов, содержащий герметичный корпус, в котором соосно размещены два коаксиально jg расположенных цилиндрических электрода, гальванически изолированных один от другого, импульсный источник тока, соединенный через коммутатор с центральным электродом, и импульсную систему напуска дейтериевого газа или плазмы, при этом внешний цилиндрический электрод одним торцом укреплен на торцовой стенке корпуса и гальванически соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью увеличения стабильности выхода нейтронов, конечный участок по крайней мере? одного из цилиндрических электродов выполнен в виде многозаходнрй спирали, при этом угол захода спирали οί , рад, длина спирального участка J_e ,м и диаметр спирали d, и, выбраны из условия
2d 5 -10⁴· d- Г'· tgοζ .

где I - ток импульсного источника тока, Λ.

2. Источник по п. ^отличающийся тем, что конечный участок второго электрода также выполнен в виде многозаходной спирали, длина которой соответствует длине спирального участка первого электрода, а угол захода равен по величине и противоположен по знаку углу захода первой спирали.