Патент на изобретение №2393557

(54) МИШЕННЫЙ БЛОК НЕЙТРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

(57) Реферат:

Изобретение относится к мишеням для ядерных реакций для получения интенсивных потоков быстрых монохроматических нейтронов, в частности к нейтронным генераторам. В нейтронном генераторе, в мишенной камере дополнительно на подложке расположена дейтериевая мишень с системой вращения и охлаждения. Дейтериевая и тритиевая мишени смещены относительно друг друга по горизонтали мишенной камеры. Ось дейтериевой мишени смещена от оси пучка без сепарации ускоренных дейтронов на величину не менее его диаметра. Тритиевая мишень выполнена в виде трех концентрических ступенек, ширина которых не менее диаметра выделенного компонента пучка дейтронов, а толщина ступенек убывает от периферии к центру мишени. Изобретение направлено на упрощение конструкции, повышение интенсивности пучка нейтронов. 1 ил.

Изобретение относится к мишеням для ядерных реакций, к получению интенсивных потоков быстрых монохроматических нейтронов, в частности к нейтронным генераторам.

Известен нейтронный генератор с двумя или более мишенями с поверхностными слоями, насыщенными тритием, каждая мишень выполнена в виде пластины, наклоненной к оси системы с возможностью полного облучения ее поверхности дейтронами и встроена в систему плоских параллельных друг другу слоев материала, содержащего делящееся под действием медленных нейтронов вещество и чередующихся с ними плоских слоев замедлителя быстрых нейтронов. Патент Российской Федерации 2147383, МПК G21B 1/02, 2000 г.

Устройство имеет сложную конструкцию, а интенсивность выхода нейтронов увеличена лишь за счет большого количества мишеней.

Известен блок нейтронного генератора с мишенью, содержащей активный слой в виде насыщенного тритием плоского кольца, где r_мин – минимальный радиус активного слоя мишени; R – радиус мишенного блока генератора. Авторское свидетельство СССР 1725649, МПК G01T 1/29, 2000 г.

Общая конструкция устройства сложна в изготовлении, интенсивность нейтронного пучка не велика.

Известен нейтронный генератор, содержащий ускоритель ионов дейтерия, масс-сепаратор, мишенную камеру, в которой установлена вращающаяся тритиевая мишень с системой охлаждения.

Мишенная камера и магнитный анализатор сложны в конструктивном исполнении. Ток ионов дейтерия на мишени имеет низкую интенсивность. Г.Г.Воронин, А.В.Морозов, С.А.Никифоров и др. «Вопросы атомной науки и техники». Серия: Электрофизическая аппаратура. Выпуск 23. Ленинград, Энергоатомиздат, 1987, с.52-55, с.55-58.

Известен нейтронный генератор, содержащий ускоритель ионов дейтерия, масс-сепаратор, мишенную камеру, в которой установлена тритиевая мишень с системой охлаждения.

Масс-сепаратор предназначен для разделения ионов дейтерия по массам которые бомбардируют тритиевую мишень. А.В.Андреев, И.Я.Барит, О.М.Варич и др. «Атомная энергия», 1989, т.66, вып.2, с.133. Прототип.

Как аналоги, так и прототип обладают общим недостатком – сложное конструктивное исполнение, низкая интенсивность получаемого потока нейтронов.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, возможность получения медленных и быстрых нейтронов, повышение интенсивности пучка нейтронов.

Технический результат достигается тем, что в мишенном блоке нейтронного генератора, содержащем масс-сепаратор и мишенную камеру, в которой установлена на подложке тритиевая мишень с системой вращения и охлаждения, в мишенной камере дополнительно на подложке расположена дейтериевая мишень с автономными системами вращения и охлаждения, дейтериевая и тритиевая мишени смещены относительно друг друга по горизонтали мишенной камеры, причем ось дейтериевой мишени смещена от оси пучка без сепарации ускоренных дейтронов на величину не менее его диаметра, а тритиевая мишень выполнена в виде трех концентрических ступенек, ширина которых не менее диаметра выделенного компонента пучка дейтронов а толщина ступенек убывает от периферии к центру мишени и не превосходит 0,95 длины пробега , , в материале ступенек тритиевой мишени.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, на котором схематично представлен разрез в горизонтальной плоскости устройства с раздельным расположением мишеней, где:

1 – трехступенчатая тритиевая мишень; 2 – дейтериевая мишень; 3 – подложка мишени; 4 – система охлаждения; 5 – система вращения мишеней; 6 – масс-сепаратор; 7 – ионопровод нейтронного генератора; 8 – пучок ускоренных ионов дейтерия без масс-сепарации; 9 – пучок ускоренных ионов дейтерия с масс-сепарацией.

Для получения нейтронов с энергией 2,8-3,2 МэВ масс-сепаратор 6 отключают.

Смешанный пучок ускоренных ионов дейтерия без масс-сепарации 8 направляют через ионопровод 7 на охлаждаемую и вращаемую автономными системами 4 и 5 дейтериевую мишень 2.

Толщина дейтериевой мишени 2 превышает максимальный пробег дейтронов в материале мишени.

В этом случае поток нейтронов практически не зависит от времени облучения дейтериевой мишени 2 и плотности тока.

Концентрация дейтерия в дейтериевой мишени 2 остается постоянной за счет «набивки» дейтерия в процессе облучения дейтериевой мишени 2, а предельная концентрация дейтерия в дейтериевой мишени 2 обусловлена коэффициентом растворимости водорода в ее материале.

Для получения нейтронов с энергией 14-15 МэВ включают масс-сепаратор 6, который разделяет ионы дейтерия по массам , , .

Каждый компонент пучка ускоренных ионов дейтерия с масс-сепарацией 9 направляют на соответствующие ступени трехступенчатой тритиевой мишени 1.

Трехступенчатая тритиевая мишень 1 в процессе облучения постоянно охлаждается и вращается под действием собственных систем охлаждения 4 и вращения мишени 5, что увеличивает ее срок службы.

Для разделения ускоренного пучка дейтронов на компоненты режим работы масс-сепаратора 6 выбирают из условия попадания каждого компонента сепарированного пучка дейтронов на соответствующую ступень трехступенчатой тритиевой мишени 1.

Толщина каждой ступени (кольца) трехступенчатой тритиевой мишени 1 не превышает 0,95 максимальной длины пробега в материале ступеней тритиевой мишени 1 падающего на нее компонента пучка после масс-сепарации 12.

Использование такой толщины ступеней тритиевой мишени 1 позволяет ионам пройти соответствующую ступень, замедлиться и остановиться уже в подложке 3, что уменьшает избыточную концентрацию водорода в тритиевой мишени 1 за счет «вбивания» дейтерия, уменьшая тем самым диффузию трития из тритиевой мишени 1. Общая интенсивность нейтронного выхода возрастает.

Формула изобретения

Мишенный блок нейтронного генератора, содержащий масс-сепаратор и мишенную камеру, в которой установлена на подложке тритиевая мишень с системой вращения и охлаждения, отличающийся тем, что в мишенной камере дополнительно на подложке расположена дейтериевая мишень с автономными системами вращения и охлаждения, дейтериевая и тритиевая мишени смещены относительно друг друга по горизонтали мишенной камеры, причем ось дейтериевой мишени смещена от оси пучка без сепарации ускоренных дейтронов на величину не менее его диаметра, а тритиевая мишень выполнена в виде трех концентрических ступенек, ширина которых не менее диаметра выделенного компонента пучка дейтронов , , , а толщина ступенек убывает от периферии к центру мишени и не превосходит 0,95 длины пробега , , в материале ступенек тритиевой мишени.

РИСУНКИ