Разработка и создание комплекса для исследования мюонного катализа ядерных реакций синтеза в плотных смесях изотопов водорода

• Автор: Юхимчук, Аркадий Аркадьевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 193 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
^ ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЯВЛЕНИЕ МЮОННОГО КАТАЛИЗА И ГАЗОВЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЕГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. ЯВЛЕНИЕ МЮОННОГО КАТАЛИЗА (МК)
1.2. МЕХАНИЗМ РЕЗОНАНСНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МЕЗОМОЛЕКУЛ
1.3. СИСТЕМЫ ГАЗОВОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И МИШЕНИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ МК В ТРИТИЙСОДЕРЖАЩИХ СМЕСЯХ
1.3.1. Объединённый институт ядерных исследований
1.3.2. Лос Аламосская мезонная фабрика (Los Alamos Meson Physics Facility, ф LAMPF)
1.3.3. Швейцарский институт ядерных исследований им. Пауля Шеррера (Paul Scherrer Institute, PSI)
1.3.4. Санкт-Петербургский институт ядерной физики, ПИЯФ
1.3.5. Группа Нагамине
1.4. ВЫВОДЫ
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ КОМПЛЕКСА ПОДГОТОВКИ ГАЗОВОЙ СМЕСИ (КПГС)
2.1. КОНСТРУКТИВНОЕ ПОСТРОЕНИЕ КПГС
2.2. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И РАБОТА КПГС ф 2.2.1. Источники давления
2.2.2. Очистка рабочей смеси от примесей
2.2.3. Подготовка смеси и подача ее в мишень
2.2.4. Анализ молекулярного состава смеси
2.2.5. Утилизация смеси
2.2.6. Вакуумная система
2.2.7. Электрообсспечсние и контроль параметров комплекса
2.2.8. Система автоматизированного контроля и управления КПГС
2.2.9. Вентиляционная система
2.2.10. Радиационная безопасность
2.3. ВЫВОДЫ

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ МИШЕНЕЙ ВЫСОКОГО ф ДАВЛЕНИЯ
3.1. РАЗРАБОТКА ТРИТИЕВОЙ МИШЕНИ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
3.1.1. Ампула
3.1.2. Ресурсные испытания
3.1.3. Оценка прочностной надёжности
3.1.4. Экспериментальные исследования эффективности вакуумируемого водородного барьера
3.1.5. Система охлаждения
3.1.6. Система нагрева
3.1.7. Система радиационной безопасности
3.1.8. Система контроля эксплуатационных параметров мишени
• 3.2. РАЗРАБОТКА ДЕЙТЕРИЕВОЙ МИШЕНИ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ДМВД)
3.2.1. Конструкция ДМВД
3.2.2. Система газового обеспечения
3.2.3. Система охлаждения
3.2.4. Система нагрева
3.2.5. Система контроля и управления
3.2.6. Функционирование ДМВД
3.2.7. Результаты эксплуатации
3.3. РАЗРАБОТКА ТРИТИЕВОЙ МИШЕНИ СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
3.4. ВЫВОДЫ
• ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА НА СЛУЖЕБНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (КМ)
4.1. ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДОРОДНОЙ СТОЙКОСТИ КМ
4.2. РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ И МЕТОДИКИ ДЛЯ УСКОРЕННОГО НАКОПЛЕНИЯ 3Не в КМ
4.2.1. Расчетно-экспериментальное обоснование методики ускоренного накопления 3Не в КМ
4.2.2. Насыщение образцов КМ 3Не
4.2.3. Разработка и создание оборудования и методики анализа содержания 3Не в КМ

4.2.4. Детритизация образцов
• 4.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ КМ ИЗОТОПАМИ ВОДОРОДА (ИВ)
4.4. ВЫВОДЫ
ГЛАВА 5. СОЗДАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ ГИДРИДА ВАНАДИЯ
5.1. МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ 144 ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1.1. Материалы
5.1.2. Используемые установки и оборудование
5.1.3. Методика проведения экспериментов
5.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ РАВНОВЕСНЫХ ДАВЛЕНИЙ
• ДЕСОРБЦИИ ПРОТИЯ И ДЕЙТЕРИЯ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
5.3. ТЕРМОДЕСОРБЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИВ НА ОСНОВЕ ГИДРИДА 159 ВАНАДИЯ
5.4. ВЫВОДЫ
ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЯ МК В ПЛОТНЫХ СМЕСЯХ ИВ
6.1. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
6.1.1. Экспериментальный метод
6.1.2. Схема эксперимента
6.1.3. Процедура проведения экспериментов
6.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ МК В ПЛОТНЫХ СМЕСЯХ ИВ
® 6.2.1. Результаты исследований МК в двойной D/T смеси
6.2.2. Результаты исследований МК в тройных H/D/T смесях
6.2.3. Результаты исследований МК в дейтерии при температурах выше 400К
6.3. ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

>.pt|l=6.8-106c"1; Xpi = 0.07-loV1. Наибольшая скорость цикла, наблюдавшаяся в этих экспериментах -7.c=1.93-108c'' при множественности 120±10 нейтронов на один мюон.
Как известно скорость образования dtp-молекулы зависит от температуры и ее максимальных значений, согласно теоретическим расчетам, достигает при температурах порядка 1200К. Для проверки этого факта на установках PSI в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса была разработана мишень с рабочим давлением 200МПа и температурой 2000К [15], общий вид которой
Рис. 1.19. Мишень PSI на давление 200МПа и температуру 2000К [15]: 1-ячейка мишени (WRe или Mo41Re); 2-гайка; 3-установочная гайка (Mo); 4-сосуд давления (ВеСи) с трубой водяного охлаждения (Си); 5-внутренний силовой цилиндр (ВеСи); 6- цилиндрический термоизолятор (ZrOJ; 7-электроизоляционный диск (Масог); 8-электроизоляционный цилиндр (Масог).
представлен на рис. 1.19.
Для обеспечения прочности мишени при столь высоких температурах ячейка мишени была выполнена в виде нагревательного элемента сопротивления, окруженного термоизолятором 6 из Т-хОг, и вся эта сборка располагалась внутри двух силовых цилиндров 4 и 5 из бериллиево - медного сплава (ВеСи), имеющих довольно низкую температуру. В качестве материала ячейки использовались вольфрам - рениевые (У11е), молибден - рениевые (Мо41Ке) сплавы, а также чистый рений. Однако все эти материалы в полной степени не удовлетворяли требованиям безопасности.
Для обеспечения безопасности мишенную сборку планировалось разместить внутри защитного контейнера, который в свою очередь помещался в вакуумную камеру (рис. 1.20.). Для создания высокого давления ИВ и компенсации диффузионных утечек при высоких температурах планировалось использовать крионасос высокого давления, который располагался в той же вакуумной камере, что и мишень. Первоначально планировалось производить заполнение крионасоса ИВ при температуре 20К при низком давлении, затем с помощью вентиля высокого
Рис. 1.20. Принципиальная схема установки для работы с мишенью высокго давления [15]: 1-вакуумная камера; 2-верхний контейнер; 3-мишенная ячейка; 4-нижний контейнер; 5-крионасос; перчаточный бокс; 7- система газового обеспечения.