Neytron generatori

Нейтрон генераторлари — ихчам чизиқли заррача тезлатгичларини ўз ичига олган ва водород изотопларини бирлаштириш орқали нейтронларни ишлаб чиқарадиган нейтрон манба қурилмалари. Ушбу қурилмаларда термоядровий реакциялар дейтерий, тритий ёки бу икки изотоп аралашмасини дейтерий, тритий ёки шу изотоплар аралашмасини ўз ичига олган металл гидрид нишонига тезлаштириш орқали содир бўлади. Дейтерий атомларининг бирлашиши (Д + Д) натижасида гелий-3 иони ва кинетик энергияси тахминан 2,5 бўлган нейтрон ҳосил бўлади. МеВ . Дейтерий ва тритий атомининг (Д + Т) бирлашиши натижасида гелий-4 иони ва кинетик энергияси тахминан 14,1 бўлган нейтрон ҳосил бўлади. МеВ. Нейтрон генераторлари тиббиёт, хавфсизлик ва материаллар таҳлилида қўлланади.^[1]

Нейтроннинг туғилиши ва унинг хоссалари.1932- йили инглиз физиги Д.Чедвик нейтронни кашф эци. Бериллийни α-зарралар билан бомбардимон қилганда протонлар пайдо бўлмади. Бироқ қалинлиги 10-20 см бўлган қўрғошин пластинкадан иборат тўсиқдан ўта олдиган кучли кирувчан қандайдир нурланиш бор эканлиги аниқланди. Бу нурланиш (зарралар оқими) таъсирида у билан тўқнашаётган атом жуда катта энергия олар эди. Бу зарраларнинг кирувчанлик қобиляти катта бўлгани ва газни бевосита ионлаштирмагани учун улар электр жиҳатидан нейтралдир. Янги зарра нейтрон деб аталди. α

Бу ерда нейтроннинг белгиси, унинг заряди нолга тенг, нисбий массаси эса тахминан бирга тенг. Нейтроннинг массаси 1836,6 электрон массасига тенг бўлиб, протон массасидан салгина катта. Нейтрон беқарор зарра, озод нейтрон 15 минутга яқин вақт ичида протон, электрон ва ади.нейтринога(тинчлик массага эга бўлмаган зарра) парчаланади.

Нейтроннинг зарйди.1932-йил Вилсон камеэрасида нейтронларнинг ўтишини кузатди. Нейтрон йўлида биттадан кўп бўлмаган ион ҳосил бўлишини аниқлади. Бу камида уч метр масофа ҳамда протонга қараганда минг баравар кичикроқ зарядга тўғри келди. Шунинг учун нейтрон заряди энг кичик деб қабул қилинган ва нолга тенг. Нейтрал заррачани кашф этиш бошиданоқ физиклар учун энг муҳим воқеа сифатида заряднинг ажралмас қисми эканлигини фикрлар мавжуд бўлган. 1920-йилда Резерфорд нейтрон борлиги ҳақида гипотезани илгари сурди. Чунки электрон ва протон бир-бирни нетраллар эди. Нейтрон топилгандан кейин бу нейтралл тушунча шубҳали эди Чунки нейтрон массаси электрон ва протон массаларининг йиғиндисидан кўпроқ бўлиб чиқди. Бу таклиф (Иваненко, Чадвик)лар томонидан ядронинг протон-нейтрон модули сифатида қаралди. Кейинчалик Ҳеисенберг ядрода протонлар ва нейтронлар йиғиндиси сифатида қаралди. Гейзенберг протон ва нейтронни ҳисобга олган ҳолда битта нуклон заррачасинин иккита квант ҳолати, яъни изоспинлар сони ва бу концепция асосий нарсалардан бири эди. Ҳидеки Юка 1934-йилда янги элементал заррачанинг мавжудлигини башорат қилди. Электрон ва йдро массалар орасидаги масса орқали -мезон нуклонлар орасидаги ядро кучларни келиб чиқишини тушунтирди. -мезонлар ва нуклонларнинг алмашунуви нуклонлар орасидаги кучлироқ тортилишига олиб келди. Ҳозирги вақтда у электр зарядининг мажудлигига қизиқиш билдирмоқда, физиканинг асосий муаммолари блан боғлиқ ёпиқ суперстрингларнинг мажудлиги чексиз кенгайтирилган тизимли 10 ёки 26 ўлчовли обектлар.1989-йилда нейтрон зарядининг қуйидаги ўлчови аниқланди:э_н =(-0,4 э, бу қиймат ҳанузгача ўзгармаган. Нейтроннинг магнит моменти ҳақида гапирадиган бўлсак, бу нейтрон томонидан тақдим этилган навбатдаги сюрприз бўлди.1930-йилларда нейтралл заррача магнит моментга ғоялар илгари сурилган. Бироқ, нейтроннинг магнит моменти ҳақидаги гипотеза 1934-йилларда пайдо бўлган. О.Штреном ва унинг ҳамкасблари молекулаларнинг магнит моментларини ўлчаш қурилмаси орқали молекулар нурнинг бир хил бўлмаган магнитга оғиш туфайли (Стрен -Герлах тажрибалари) майдон магнит моментларини ўлчашга имкон берди протон ва дейтронсиз. Нейтроннинг ҳоссаларини қуйидаги 1.1-жадвалда бериб ўтамиз.

массаси	1.675 кг 1.а.м.б
заряди	э_н =(-0,4 э
магнит моменти	=-1,9130427 0,0000005
спини	1/2

Асосий концепция биринчи марта 1930-йилларнинг бошларида Кавендиш лабораториясида Эрнест Рутерфорд жамоаси томонидан ишлаб чиқилган. Марк Олифант Cоcкcрофт-Wалтон генератори томонидан бошқариладиган чизиқли тезлатгичдан фойдаланиб, дейтерий ионларини дейтерий билан тўлдирилган металл плёнкага ёқиш бўйича тажриба ўтказди ва бу зарраларнинг оз қисми алфа заррачаларини чиқаришини пайқади. Бу ядро синтезининг биринчи намойиши, шунингдек, ушбу реакцияларда яратилган гелий-3 ва тритийнинг биринчи кашфиёти эди. Янги қувват манбаларининг жорий этилиши ушбу машиналарнинг ҳажмини доимий равишда кичрайтирди, лаборатория бурчагини тўлдирган Олипҳантдан тортиб, юқори даражада портатив бўлган замонавий машиналаргача. Ўтган беш ўн йилликда минглаб бундай кичик, нисбатан арзон тизимлар қурилган.

Нейтрон генераторлари термоядровий реакциялар ҳосил қилса-да, бу реакцияларни келтириб чиқарадиган тезлаштирилган ионлар сони жуда кам. Ушбу реакциялар натижасида чиқарилган энергия ионларни тезлаштириш учун зарур бўлган энергиядан бир неча баравар паст эканлигини осонгина кўрсатиш мумкин, шунинг учун бу машиналарни аниқ термоядровий қувват ишлаб чиқариш учун ишлатиш имконияти йўқ. Тегишли концепция, тўқнашув нурлари синтези, бу муаммони бир-бирига қарата ўт очадиган иккита тезлатгич ёрдамида ҳал қилишга ҳаракат қилади.

Дейтерий (Д, водород-2, ² Ҳ) тритий (Т, водород-3, ³ Ҳ) термоядровий реакцияларидан фойдаланадиган кичик нейтрон генераторлари энг кенг тарқалган тезлатгичга асосланган (радиоактив изотоплардан фарқли ўлароқ) нейтрон манбалари. Ушбу тизимларда нейтронлар дейтерий, тритий ёки дейтерий ва тритий ионларини яратиш ва уларни дейтерий ёки дейтерий ва тритий билан юкланган гидрид нишонига айлантириш орқали ишлаб чиқарилади. ДТ реаксиясидан ДД реаксиясидан кўпроқ фойдаланилади, чунки ДТ реаксиясининг унуми ДД реаксиясидан 50-100 марта юқори бўлади.

Д + Т → н + ⁴ Ҳе Э _н = 14.1 МеВ

Д + Д → н + ³ Ҳе Э _н = 2,5 МеВ

ДД ва ДТ реакциялари натижасида ҳосил бўлган нейтронлар мақсаддан бир оз анизотропик равишда, олдинга (ион нурининг ўқида) йўналиши бўйича бир оз эгилган ҳолда чиқарилади. ДД ва ДТ реаксияларидан нейтрон эмиссиясининг анизотропияси реаксиялар импулс координата тизимининг (CОМ) марказида изотроп бўлишидан келиб чиқади, аммо бу изотропия CОМ координата тизимидан лаборатория маълумот тизимига ўтишда йўқолади. Иккала маълумот тизимида ҳам Ҳе ядролари импулснинг сақланиш қонунига мувофиқ чиқарилган нейтронга тескари йўналишда орқага бурилади.

Нейтрон найчаларининг ион манбаи ҳудудида газ босими одатда 0,1-0,01 оралиғида бўлади. мм<спан тйпеоф="мw:Энтитй" ид="мwСА"> </спан>Ҳг . Электродларнинг ўртача эркин йўли ионланишга эришиш учун (босимнинг пастки чегараси) зарядсизланиш бўшлиғидан қисқароқ бўлиши керак, электродлар ўртасида қўлланадиган юқори экстракция кучланишларида разрядлар пайдо бўлишининг олдини олиш учун босим этарли даражада паст бўлиши керак. Тезлашувчи минтақадаги босим анча паст бўлиши керак, чунки юқори кучланиш электродлари ўртасида разряд ҳосил бўлишининг олдини олиш учун электронларнинг ўртача эркин йўли узоқроқ бўлиши керак.^[2]

Ион тезлатгич одатда силиндрсимон симметрияга эга бўлган бир нечта электродлардан иборат бўлиб, улар эинзел линзалари вазифасини бажаради. Шундай қилиб, ион нурлари нишондаги кичик нуқтага йўналтирилиши мумкин. Тезлатгичлар одатда 100-500 кВ қувват манбаларини талаб қилади. Улар одатда бир неча босқичга эга, босқичлар орасидаги кучланиш 200 дан ошмайди кВ дала эмиссиясини олдини олиш учун.^[2]

Радионуклидли нейтрон манбалари билан таққослаганда, нейтрон найчалари анча юқори нейтрон оқимларини ишлаб чиқариши ва изчил (монохроматик) нейтрон энергия спектрларини олиш мумкин. Нейтрон ишлаб чиқариш тезлиги ҳам назорат қилиниши мумкин.^[2]

Муҳрланган нейтрон найчалари

Нейтрон генераторининг марказий қисми заррача тезлатгичининг ўзи бўлиб, баъзан нейтрон найчаси деб аталади. Нейтрон найчалари бир нечта компонентларга эга, шу жумладан ион манбаи, ион оптик элементлари ва нур нишони; буларнинг барчаси вакуум ўтказмайдиган корпус ичига ўралган. Қувурнинг ион оптик элементлари орасидаги юқори кучланишли изоляция шиша ва / ёки керамика изоляторлари билан таъминланади. Нейтрон трубкаси, ўз навбатида, металл корпусга, тезлатгич бошига ўралган бўлиб, у қувурнинг юқори кучланиш элементларини иш жойидан изоляция қилиш учун диэлектрик муҳит билан тўлдирилган. Тезлатгич ва ион манбаи юқори кучланишлари ташқи қувват манбалари томонидан таъминланади. Бошқарув консоли операторга нейтрон найчасининг иш параметрларини созлаш имконини беради. Қувват манбалари ва бошқарув ускуналари одатда 3–10 метр (10–30 фт) лаборатория асбобларида тезлаткич боши, лекин қудуқларни кесиш асбобларида бир неча километр узоқликда бўлиши мумкин.

Олдингиларига қараганда, муҳрланган нейтрон найчалари ишлаш учун вакуум насослари ва газ манбаларини талаб қилмайди. Шунинг учун улар янада мобил ва ихчам, айни пайтда бардошли ва ишончли. Масалан, муҳрланган нейтрон найчалари радиоактив модуляцияланган нейтрон инисиаторлари ўрнини эгаллади, бу эса замонавий ядро қуролларининг портловчи ядросига нейтронлар импулсини этказиб беради.

Нейтрон найчалари ғояларига мисоллар 1930-йилларда, ядро қуролидан олдинги даврга тўғри келади, немис олимлари 1938 йил немис патентини топширган (1938 йил март, № 261,156 патент) ва Америка Қўшма Штатлари патентини олган (1941 йил июл, УСП № 2,251,190); Санъатнинг ҳозирги ҳолатига мисоллар Албуқуэрқуэ НМдаги Сандиа Натионал Лабораториэсда ихтиро қилинган Нейтристор ^[3], асосан қаттиқ ҳолатда бўлган, компютер чипига ўхшаш қурилма каби ишланмаларда келтирилган. Одатий муҳрланган дизайнлар импулсли режимда ишлатилади ^[4] ва ион манбасидан фойдаланиш муддатига ва юкланган мақсадларга қараб турли чиқиш даражаларида ишлаши мумкин.^[5]

Ион манбалари

Яхши ион манбаи газнинг кўп қисмини истеъмол қилмасдан кучли ион нурини таъминлаши керак. Водород изотоплари учун молекуляр ионларга қараганда атом ионларини ишлаб чиқариш афзалроқдир, чунки атом ионлари тўқнашувда юқори нейтрон рентабеллигига эга. Кейин ион манбасида ҳосил бўлган ионлар электр майдони томонидан тезлатувчи ҳудудга чиқарилади ва мақсад томон тезлашади. Газ истеъмоли, асосан, ушлаб турилиши керак бўлган ион ҳосил қилувчи ва ион тезлаштирувчи бўшлиқлар орасидаги босим фарқи билан боғлиқ. Ион оқимлари 10 мА газ истеъмоли 40 см ³ /соатга эришиш мумкин.^[2]

Муҳрланган нейтрон трубкаси учун идеал ион манбаи паст газ босимидан фойдаланиши, атом ионларининг катта қисми билан юқори ион оқимини бериши, кам газни тозалаши, кам қувват ишлатиши, юқори ишончлилиги ва умрининг юқори бўлиши керак. оддий ва мустаҳкам ва унинг техник талаблари паст бўлиши керак.^[2]

Газни тўлдирувчида, электр билан иситиладиган цирконюм симли ласанда самарали сақлаш мумкин. Унинг ҳарорати корпусдаги босимни тартибга солувчи металл томонидан водороднинг ютилиш/десорбсия тезлигини аниқлайди.

Тарихи

1920-йилда Резерфорд атомлар ядросида массив зарралар бор деб тахмин қилди ва 1932-йида Резерфорднинг шогирди Чедвик ўзининг лабараториясида — заррачалар билан береллийни бонбордимон қилганда бу заррачалар нейтронлар оқими эканлигини кашф этди . Чедвикнинг аппарати биринчи нейтрон генератори сифатида қаралади.

Нейтрон генераторлари- бу нейтрон нурларини ҳосил қилувчи мослама . Бошқача қилиб айтганда нейтрон генераторлари нейтрон нурланишининг бир неча манбаларидан биридир . Нейтрон генераторларининг хусусиятлари синтиз реаксиялари тўқнашувидан крлиб чиқади. Яъни тезлаштирилган дейтирий ёки тритий иёнлари. Дийтирий бу- вадороднинг барқарор изотопи бўлиб битта нейтрон ва битта протонли водород (яъни Д=²Ҳ), тритий эса радиоктив изотопдир 2 та нейттрон 1 та протонли водород (яъни Д=³Ҳ). ³Ҳ водород изотопини ²Ҳ(д, н) реаксияси ҳосил қилади.⁴Ҳе водород изотопини ³Ҳ (д, н) реаксияси ҳосил қилади. Нейтрон генераторларининг бу турлари энг кўп тарқалган. Термаядровий реаксияларга асосланган, шунингдек савдода ҳам мавжуд. Термаядровийга асосланган нейтрон генераторлари арзон нархга эга ва қисқа муддатли ишлайди. Қисқа операцион умр кўриш учун иккита асосий омил мавжуд. Бу омилнинг биттаси қувват зичлиги юқорилигидир. Яна бир омили аниқ нишонни атоми мавжуддир.

Манбалар

↑ Реижонен, Ж. „Cомпаcт Неутрон Генераторс фор Медиcал, Ҳомеланд Сеcуритй, анд Планетарй Эхплоратион“ (ПДФ). Проcеэдингс оф 2005 Партиcле Аccелератор Cонференcе, Кнохвилле, Теннессеэ. 49–53-бет. 2017-11-26да асл нусхадан (ПДФ) архивланди. Қаралди: 2023-06-10.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 ван дер Ҳорст „ВИИИc Неутрон Генераторс“, . Гас-Дисчарге Тубес, Пҳилипс Течниcал Либрарй. Эиндҳовен, Нетҳерландс: Пҳилипс Течниcал Либрарй, 1964 — 281–295-бет. УДC Но. 621.387. ОCЛC 10391645.
↑ Элизондо-Деcанини, Ж. М.; Счмале, Д.; Cич, М.; Мартинез, М.; Ёунгман, К.; Сенкоw, М.; Кифф, С.; Стеэле, Ж.; Гоэке, Р. (2012). „Новел Сурфаcе-Моунтед Неутрон Генератор“. ИЭЭЭ Трансаcтионс он Пласма Сcиэнcе. 40-жилд, № 9. 2145–2150-бет. Бибcоде:2012ИТПС...40.2145Э. дои:10.1109/ТПС.2012.2204278.
↑ Гоw, Ж. Д.; Поллоcк, Ҳ. C. (1960). „Девелопмент оф а Cомпаcт Эваcуатед Пулсед Неутрон Соурcе“. Ревиэw оф Сcиэнтифиc Инструменц. 31-жилд, № 3. 235–240-бет. Бибcоде:1960РСcИ...31..235Г. дои:10.1063/1.1716948.
↑ Wалко, Р. Ж.; Рочау, Г. Э. (1981). „А Ҳигҳ Оутпут Неутрон Тубе Усинг ан Оccлудед Гас Ион Соурcе“. ИЭЭЭ Трансаcтионс он Нуcлеар Сcиэнcе. 28-жилд, № 2. 1531–1534-бет. Бибcоде:1981ИТНС...28.1531W. дои:10.1109/ТНС.1981.4331459.

[1] Реижонен, Ж. „Cомпаcт Неутрон Генераторс фор Медиcал, Ҳомеланд Сеcуритй, анд Планетарй Эхплоратион“ (ПДФ). Проcеэдингс оф 2005 Партиcле Аccелератор Cонференcе, Кнохвилле, Теннессеэ. 49–53-бет. 2017-11-26да асл нусхадан (ПДФ) архивланди. Қаралди: 2023-06-10.

[ch8-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 ван дер Ҳорст „ВИИИc Неутрон Генераторс“, . Гас-Дисчарге Тубес, Пҳилипс Течниcал Либрарй. Эиндҳовен, Нетҳерландс: Пҳилипс Течниcал Либрарй, 1964 — 281–295-бет. УДC Но. 621.387. ОCЛC 10391645.

[3] Элизондо-Деcанини, Ж. М.; Счмале, Д.; Cич, М.; Мартинез, М.; Ёунгман, К.; Сенкоw, М.; Кифф, С.; Стеэле, Ж.; Гоэке, Р. (2012). „Новел Сурфаcе-Моунтед Неутрон Генератор“. ИЭЭЭ Трансаcтионс он Пласма Сcиэнcе. 40-жилд, № 9. 2145–2150-бет. Бибcоде:2012ИТПС...40.2145Э. дои:10.1109/ТПС.2012.2204278.

[4] Гоw, Ж. Д.; Поллоcк, Ҳ. C. (1960). „Девелопмент оф а Cомпаcт Эваcуатед Пулсед Неутрон Соурcе“. Ревиэw оф Сcиэнтифиc Инструменц. 31-жилд, № 3. 235–240-бет. Бибcоде:1960РСcИ...31..235Г. дои:10.1063/1.1716948.

[5] Wалко, Р. Ж.; Рочау, Г. Э. (1981). „А Ҳигҳ Оутпут Неутрон Тубе Усинг ан Оccлудед Гас Ион Соурcе“. ИЭЭЭ Трансаcтионс он Нуcлеар Сcиэнcе. 28-жилд, № 2. 1531–1534-бет. Бибcоде:1981ИТНС...28.1531W. дои:10.1109/ТНС.1981.4331459.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]