Neytron generatori

Neytron generatorlari — ixcham chiziqli zarracha tezlatgichlarini oʻz ichiga olgan va vodorod izotoplarini birlashtirish orqali neytronlarni ishlab chiqaradigan neytron manba qurilmalari. Ushbu qurilmalarda termoyadroviy reaktsiyalar deyteriy, tritiy yoki bu ikki izotop aralashmasini deyteriy, tritiy yoki shu izotoplar aralashmasini oʻz ichiga olgan metall gidrid nishoniga tezlashtirish orqali sodir boʻladi. Deyteriy atomlarining birlashishi (D + D) natijasida geliy-3 ioni va kinetik energiyasi taxminan 2,5 boʻlgan neytron hosil boʻladi. MeV . Deyteriy va tritiy atomining (D + T) birlashishi natijasida geliy-4 ioni va kinetik energiyasi taxminan 14,1 boʻlgan neytron hosil boʻladi. MeV. Neytron generatorlari tibbiyot, xavfsizlik va materiallar tahlilida qoʻllanadi.^[1]

Neytronning tugʻilishi va uning xossalari.1932- yili ingliz fizigi D.Chedvik neytronni kashf etsi. Berilliyni α-zarralar bilan bombardimon qilganda protonlar paydo boʻlmadi. Biroq qalinligi 10-20 sm boʻlgan qoʻrgʻoshin plastinkadan iborat toʻsiqdan oʻta oldigan kuchli kiruvchan qandaydir nurlanish bor ekanligi aniqlandi. Bu nurlanish (zarralar oqimi) taʼsirida u bilan toʻqnashayotgan atom juda katta energiya olar edi. Bu zarralarning kiruvchanlik qobilyati katta boʻlgani va gazni bevosita ionlashtirmagani uchun ular elektr jihatidan neytraldir. Yangi zarra neytron deb ataldi. α

Bu yerda neytronning belgisi, uning zaryadi nolga teng, nisbiy massasi esa taxminan birga teng. Neytronning massasi 1836,6 elektron massasiga teng boʻlib, proton massasidan salgina katta. Neytron beqaror zarra, ozod neytron 15 minutga yaqin vaqt ichida proton, elektron va adi.neytrinoga(tinchlik massaga ega boʻlmagan zarra) parchalanadi.

Neytronning zarydi.1932-yil Vilson kameerasida neytronlarning oʻtishini kuzatdi. Neytron yoʻlida bittadan koʻp boʻlmagan ion hosil boʻlishini aniqladi. Bu kamida uch metr masofa hamda protonga qaraganda ming baravar kichikroq zaryadga toʻgʻri keldi. Shuning uchun neytron zaryadi eng kichik deb qabul qilingan va nolga teng. Neytral zarrachani kashf etish boshidanoq fiziklar uchun eng muhim voqea sifatida zaryadning ajralmas qismi ekanligini fikrlar mavjud boʻlgan. 1920-yilda Rezerford neytron borligi haqida gipotezani ilgari surdi. Chunki elektron va proton bir-birni netrallar edi. Neytron topilgandan keyin bu neytrall tushuncha shubhali edi Chunki neytron massasi elektron va proton massalarining yigʻindisidan koʻproq boʻlib chiqdi. Bu taklif (Ivanenko, Chadvik)lar tomonidan yadroning proton-neytron moduli sifatida qaraldi. Keyinchalik Heisenberg yadroda protonlar va neytronlar yigʻindisi sifatida qaraldi. Geyzenberg proton va neytronni hisobga olgan holda bitta nuklon zarrachasinin ikkita kvant holati, yaʼni izospinlar soni va bu kontseptsiya asosiy narsalardan biri edi. Hideki Yuka 1934-yilda yangi elemental zarrachaning mavjudligini bashorat qildi. Elektron va ydro massalar orasidagi massa orqali -mezon nuklonlar orasidagi yadro kuchlarni kelib chiqishini tushuntirdi. -mezonlar va nuklonlarning almashunuvi nuklonlar orasidagi kuchliroq tortilishiga olib keldi. Hozirgi vaqtda u elektr zaryadining majudligiga qiziqish bildirmoqda, fizikaning asosiy muammolari blan bogʻliq yopiq superstringlarning majudligi cheksiz kengaytirilgan tizimli 10 yoki 26 oʻlchovli obyektlar.1989-yilda neytron zaryadining quyidagi oʻlchovi aniqlandi:e_n =(-0,4 e, bu qiymat hanuzgacha oʻzgarmagan. Neytronning magnit momenti haqida gapiradigan boʻlsak, bu neytron tomonidan taqdim etilgan navbatdagi syurpriz boʻldi.1930-yillarda neytrall zarracha magnit momentga gʻoyalar ilgari surilgan. Biroq, neytronning magnit momenti haqidagi gipoteza 1934-yillarda paydo boʻlgan. O.Shtrenom va uning hamkasblari molekulalarning magnit momentlarini oʻlchash qurilmasi orqali molekular nurning bir xil boʻlmagan magnitga ogʻish tufayli (Stren -Gerlax tajribalari) maydon magnit momentlarini oʻlchashga imkon berdi proton va deytronsiz. Neytronning hossalarini quyidagi 1.1-jadvalda berib oʻtamiz.

massasi	1.675 kg 1.a.m.b
zaryadi	e_n =(-0,4 e
magnit momenti	=-1,9130427 0,0000005
spini	1/2

Asosiy kontseptsiya birinchi marta 1930-yillarning boshlarida Kavendish laboratoriyasida Ernest Ruterford jamoasi tomonidan ishlab chiqilgan. Mark Olifant Cockcroft-Walton generatori tomonidan boshqariladigan chiziqli tezlatgichdan foydalanib, deyteriy ionlarini deyteriy bilan toʻldirilgan metall plyonkaga yoqish boʻyicha tajriba oʻtkazdi va bu zarralarning oz qismi alfa zarrachalarini chiqarishini payqadi. Bu yadro sintezining birinchi namoyishi, shuningdek, ushbu reaktsiyalarda yaratilgan geliy-3 va tritiyning birinchi kashfiyoti edi. Yangi quvvat manbalarining joriy etilishi ushbu mashinalarning hajmini doimiy ravishda kichraytirdi, laboratoriya burchagini toʻldirgan Oliphantdan tortib, yuqori darajada portativ boʻlgan zamonaviy mashinalargacha. Oʻtgan besh oʻn yillikda minglab bunday kichik, nisbatan arzon tizimlar qurilgan.

Neytron generatorlari termoyadroviy reaktsiyalar hosil qilsa-da, bu reaktsiyalarni keltirib chiqaradigan tezlashtirilgan ionlar soni juda kam. Ushbu reaktsiyalar natijasida chiqarilgan energiya ionlarni tezlashtirish uchun zarur boʻlgan energiyadan bir necha baravar past ekanligini osongina koʻrsatish mumkin, shuning uchun bu mashinalarni aniq termoyadroviy quvvat ishlab chiqarish uchun ishlatish imkoniyati yoʻq. Tegishli kontseptsiya, toʻqnashuv nurlari sintezi, bu muammoni bir-biriga qarata oʻt ochadigan ikkita tezlatgich yordamida hal qilishga harakat qiladi.

Deyteriy (D, vodorod-2, ² H) tritiy (T, vodorod-3, ³ H) termoyadroviy reaktsiyalaridan foydalanadigan kichik neytron generatorlari eng keng tarqalgan tezlatgichga asoslangan (radioaktiv izotoplardan farqli oʻlaroq) neytron manbalari. Ushbu tizimlarda neytronlar deyteriy, tritiy yoki deyteriy va tritiy ionlarini yaratish va ularni deyteriy yoki deyteriy va tritiy bilan yuklangan gidrid nishoniga aylantirish orqali ishlab chiqariladi. DT reaksiyasidan DD reaksiyasidan koʻproq foydalaniladi, chunki DT reaksiyasining unumi DD reaksiyasidan 50-100 marta yuqori boʻladi.

D + T → n + ⁴ He E _n = 14.1 MeV

D + D → n + ³ He E _n = 2,5 MeV

DD va DT reaktsiyalari natijasida hosil boʻlgan neytronlar maqsaddan bir oz anizotropik ravishda, oldinga (ion nurining oʻqida) yoʻnalishi boʻyicha bir oz egilgan holda chiqariladi. DD va DT reaksiyalaridan neytron emissiyasining anizotropiyasi reaksiyalar impuls koordinata tizimining (COM) markazida izotrop boʻlishidan kelib chiqadi, ammo bu izotropiya COM koordinata tizimidan laboratoriya maʼlumot tizimiga oʻtishda yoʻqoladi. Ikkala maʼlumot tizimida ham He yadrolari impulsning saqlanish qonuniga muvofiq chiqarilgan neytronga teskari yoʻnalishda orqaga buriladi.

Neytron naychalarining ion manbai hududida gaz bosimi odatda 0,1-0,01 oraligʻida boʻladi. mm<span typeof="mw:Entity" id="mwSA"> </span>Hg . Elektrodlarning oʻrtacha erkin yoʻli ionlanishga erishish uchun (bosimning pastki chegarasi) zaryadsizlanish boʻshligʻidan qisqaroq boʻlishi kerak, elektrodlar oʻrtasida qoʻllanadigan yuqori ekstraktsiya kuchlanishlarida razryadlar paydo boʻlishining oldini olish uchun bosim etarli darajada past boʻlishi kerak. Tezlashuvchi mintaqadagi bosim ancha past boʻlishi kerak, chunki yuqori kuchlanish elektrodlari oʻrtasida razryad hosil boʻlishining oldini olish uchun elektronlarning oʻrtacha erkin yoʻli uzoqroq boʻlishi kerak.^[2]

Ion tezlatgich odatda silindrsimon simmetriyaga ega boʻlgan bir nechta elektrodlardan iborat boʻlib, ular einzel linzalari vazifasini bajaradi. Shunday qilib, ion nurlari nishondagi kichik nuqtaga yoʻnaltirilishi mumkin. Tezlatgichlar odatda 100-500 kV quvvat manbalarini talab qiladi. Ular odatda bir necha bosqichga ega, bosqichlar orasidagi kuchlanish 200 dan oshmaydi kV dala emissiyasini oldini olish uchun.^[2]

Radionuklidli neytron manbalari bilan taqqoslaganda, neytron naychalari ancha yuqori neytron oqimlarini ishlab chiqarishi va izchil (monoxromatik) neytron energiya spektrlarini olish mumkin. Neytron ishlab chiqarish tezligi ham nazorat qilinishi mumkin.^[2]

Muhrlangan neytron naychalari

Neytron generatorining markaziy qismi zarracha tezlatgichining oʻzi boʻlib, baʼzan neytron naychasi deb ataladi. Neytron naychalari bir nechta komponentlarga ega, shu jumladan ion manbai, ion optik elementlari va nur nishoni; bularning barchasi vakuum oʻtkazmaydigan korpus ichiga oʻralgan. Quvurning ion optik elementlari orasidagi yuqori kuchlanishli izolyatsiya shisha va / yoki keramika izolyatorlari bilan taʼminlanadi. Neytron trubkasi, oʻz navbatida, metall korpusga, tezlatgich boshiga oʻralgan boʻlib, u quvurning yuqori kuchlanish elementlarini ish joyidan izolyatsiya qilish uchun dielektrik muhit bilan toʻldirilgan. Tezlatgich va ion manbai yuqori kuchlanishlari tashqi quvvat manbalari tomonidan taʼminlanadi. Boshqaruv konsoli operatorga neytron naychasining ish parametrlarini sozlash imkonini beradi. Quvvat manbalari va boshqaruv uskunalari odatda 3–10 metr (10–30 ft) laboratoriya asboblarida tezlatkich boshi, lekin quduqlarni kesish asboblarida bir necha kilometr uzoqlikda boʻlishi mumkin.

Oldingilariga qaraganda, muhrlangan neytron naychalari ishlash uchun vakuum nasoslari va gaz manbalarini talab qilmaydi. Shuning uchun ular yanada mobil va ixcham, ayni paytda bardoshli va ishonchli. Masalan, muhrlangan neytron naychalari radioaktiv modulyatsiyalangan neytron inisiatorlari oʻrnini egalladi, bu esa zamonaviy yadro qurollarining portlovchi yadrosiga neytronlar impulsini etkazib beradi.

Neytron naychalari gʻoyalariga misollar 1930-yillarda, yadro qurolidan oldingi davrga toʻgʻri keladi, nemis olimlari 1938 yil nemis patentini topshirgan (1938 yil mart, № 261,156 patent) va Amerika Qoʻshma Shtatlari patentini olgan (1941 yil iyul, USP № 2,251,190); Sanʼatning hozirgi holatiga misollar Albuquerque NMdagi Sandia National Laboratoriesda ixtiro qilingan Neytristor ^[3], asosan qattiq holatda boʻlgan, kompyuter chipiga oʻxshash qurilma kabi ishlanmalarda keltirilgan. Odatiy muhrlangan dizaynlar impulsli rejimda ishlatiladi ^[4] va ion manbasidan foydalanish muddatiga va yuklangan maqsadlarga qarab turli chiqish darajalarida ishlashi mumkin.^[5]

Sinovga tayyor, arzon vakuumli muhrlangan qadoqdagi neytristor

Ion manbalari

Yaxshi ion manbai gazning koʻp qismini isteʼmol qilmasdan kuchli ion nurini taʼminlashi kerak. Vodorod izotoplari uchun molekulyar ionlarga qaraganda atom ionlarini ishlab chiqarish afzalroqdir, chunki atom ionlari toʻqnashuvda yuqori neytron rentabelligiga ega. Keyin ion manbasida hosil boʻlgan ionlar elektr maydoni tomonidan tezlatuvchi hududga chiqariladi va maqsad tomon tezlashadi. Gaz isteʼmoli, asosan, ushlab turilishi kerak boʻlgan ion hosil qiluvchi va ion tezlashtiruvchi boʻshliqlar orasidagi bosim farqi bilan bogʻliq. Ion oqimlari 10 mA gaz isteʼmoli 40 sm ³ /soatga erishish mumkin.^[2]

Muhrlangan neytron trubkasi uchun ideal ion manbai past gaz bosimidan foydalanishi, atom ionlarining katta qismi bilan yuqori ion oqimini berishi, kam gazni tozalashi, kam quvvat ishlatishi, yuqori ishonchliligi va umrining yuqori boʻlishi kerak. oddiy va mustahkam va uning texnik talablari past boʻlishi kerak.^[2]

Gazni toʻldiruvchida, elektr bilan isitiladigan tsirkonyum simli lasanda samarali saqlash mumkin. Uning harorati korpusdagi bosimni tartibga soluvchi metall tomonidan vodorodning yutilish/desorbsiya tezligini aniqlaydi.

Tarixi

1920-yilda Rezerford atomlar yadrosida massiv zarralar bor deb taxmin qildi va 1932-yida Rezerfordning shogirdi Chedvik oʻzining labaratoriyasida — zarrachalar bilan berelliyni bonbordimon qilganda bu zarrachalar neytronlar oqimi ekanligini kashf etdi . Chedvikning apparati birinchi neytron generatori sifatida qaraladi.

Neytron generatorlari- bu neytron nurlarini hosil qiluvchi moslama . Boshqacha qilib aytganda neytron generatorlari neytron nurlanishining bir necha manbalaridan biridir . Neytron generatorlarining xususiyatlari sintiz reaksiyalari toʻqnashuvidan krlib chiqadi. Yaʼni tezlashtirilgan deytiriy yoki tritiy iyonlari. Diytiriy bu- vadorodning barqaror izotopi boʻlib bitta neytron va bitta protonli vodorod (yaʼni D=²H), tritiy esa radioktiv izotopdir 2 ta neyttron 1 ta protonli vodorod (yaʼni D=³H). ³H vodorod izotopini ²H(d, n) reaksiyasi hosil qiladi.⁴He vodorod izotopini ³H (d, n) reaksiyasi hosil qiladi. Neytron generatorlarining bu turlari eng koʻp tarqalgan. Termayadroviy reaksiyalarga asoslangan, shuningdek savdoda ham mavjud. Termayadroviyga asoslangan neytron generatorlari arzon narxga ega va qisqa muddatli ishlaydi. Qisqa operatsion umr koʻrish uchun ikkita asosiy omil mavjud. Bu omilning bittasi quvvat zichligi yuqoriligidir. Yana bir omili aniq nishonni atomi mavjuddir.

Manbalar

↑ Reijonen, J. „Compact Neutron Generators for Medical, Homeland Security, and Planetary Exploration“ (PDF). Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference, Knoxville, Tennessee. 49–53-bet. 2017-11-26da asl nusxadan (PDF) arxivlandi. Qaraldi: 2023-06-10.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 van der Horst „VIIIc Neutron Generators“, . Gas-Discharge Tubes, Philips Technical Library. Eindhoven, Netherlands: Philips Technical Library, 1964 — 281–295-bet. UDC No. 621.387. OCLC 10391645.
↑ Elizondo-Decanini, J. M.; Schmale, D.; Cich, M.; Martinez, M.; Youngman, K.; Senkow, M.; Kiff, S.; Steele, J.; Goeke, R. (2012). „Novel Surface-Mounted Neutron Generator“. IEEE Transactions on Plasma Science. 40-jild, № 9. 2145–2150-bet. Bibcode:2012ITPS...40.2145E. doi:10.1109/TPS.2012.2204278.
↑ Gow, J. D.; Pollock, H. C. (1960). „Development of a Compact Evacuated Pulsed Neutron Source“. Review of Scientific Instruments. 31-jild, № 3. 235–240-bet. Bibcode:1960RScI...31..235G. doi:10.1063/1.1716948.
↑ Walko, R. J.; Rochau, G. E. (1981). „A High Output Neutron Tube Using an Occluded Gas Ion Source“. IEEE Transactions on Nuclear Science. 28-jild, № 2. 1531–1534-bet. Bibcode:1981ITNS...28.1531W. doi:10.1109/TNS.1981.4331459.

[1] Reijonen, J. „Compact Neutron Generators for Medical, Homeland Security, and Planetary Exploration“ (PDF). Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference, Knoxville, Tennessee. 49–53-bet. 2017-11-26da asl nusxadan (PDF) arxivlandi. Qaraldi: 2023-06-10.

[ch8-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 van der Horst „VIIIc Neutron Generators“, . Gas-Discharge Tubes, Philips Technical Library. Eindhoven, Netherlands: Philips Technical Library, 1964 — 281–295-bet. UDC No. 621.387. OCLC 10391645.

[3] Elizondo-Decanini, J. M.; Schmale, D.; Cich, M.; Martinez, M.; Youngman, K.; Senkow, M.; Kiff, S.; Steele, J.; Goeke, R. (2012). „Novel Surface-Mounted Neutron Generator“. IEEE Transactions on Plasma Science. 40-jild, № 9. 2145–2150-bet. Bibcode:2012ITPS...40.2145E. doi:10.1109/TPS.2012.2204278.

[4] Gow, J. D.; Pollock, H. C. (1960). „Development of a Compact Evacuated Pulsed Neutron Source“. Review of Scientific Instruments. 31-jild, № 3. 235–240-bet. Bibcode:1960RScI...31..235G. doi:10.1063/1.1716948.

[5] Walko, R. J.; Rochau, G. E. (1981). „A High Output Neutron Tube Using an Occluded Gas Ion Source“. IEEE Transactions on Nuclear Science. 28-jild, № 2. 1531–1534-bet. Bibcode:1981ITNS...28.1531W. doi:10.1109/TNS.1981.4331459.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]