Высокотемпературная мишень для производства интенсивного потока высокоэнергетичных нейтронов

• Автор: Губин, Константин Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 136 с. : ил.

ГЛАВА 1. Выбор схемы нейтронной мишени

1.1. Литиевые мишени

1.2. Бериллиевая мишень

1.3. Твердотельная мишень на основе углерода или карбида бора

1.4. Сравнение эффективности различных типов мишеней

ГЛАВА 2. Испытания материалов конвертора мишени

2.1 Экспериментальная установка

2.2 Результаты испытаний

2.3. Исследования углеродных образцов

ГЛАВА 3. Прототип нейтронной мишени

3.1. Конструкция прототипа

3.2. Испытания макета прототипа
3.3. Обеспечение экспериментов
3.4. Предварительные испытания прототипа без пучка
3.5. Испытания прототипа с мощным электронным пучком
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Исследование фундаментальных свойств материи, как на уровне атомного ядра, так и на уровне элементарных частиц, требует постоянного увеличения интенсивности пучков заряженных частиц, задействованных в экспериментах. Поэтому в настоящее время в мире разрабатывается и реализуется ряд проектов по созданию мощных ускорительных комплексов и источников вторичных частиц на их основе, в том числе, с энергией первичного пучка в диапазоне 10-100 МэВ. Их отличительной особенностью является большая средняя мощность пучка - до сотен киловатт - при достаточно малых его размерах - около 1 см. Примерами таких комплексов являются установки по производству интенсивных Радиоактивных Ионных Пучков (РИП).
Вслед за лабораториями, которые первые начали разработки в данной области (СЕКМ-^ОЬБЕ и С11С-Еоиуат-1а-№иуе), и другие лаборатории, занимающиеся ядерной физикой в области низких и промежуточных энергий, начали свои разработки установок РИП. Особое внимание при этом обращается на возможность получения пучков ионов с высоким содержанием нейтронов в ядрах. В настоящее время в экспериментах на РИП установках первого поколения получены важные научные результаты, и потребность в таких экспериментах будет расти. Однако, из-за низкой производительности источников ионов, возможности РИП установок первого поколения часто ограничены изучением взаимодействия вторичных ионных пучков низкой интенсивности с неподвижной мишенью. Прогресс в этой области связан с установками следующего поколения, производительность которых повышается в 103 - 105 раз. Отметим лишь некоторые области, в которых применение РИП может внести существенный вклад в продвижение исследований.

Ядерная физика
Исследование существующих стабильных и нестабильных ядер открывает только одну из форм строения ядер. Наличие же ядер с экстремальным протон-нейтронным соотношением позволяет изучать “сверхэкзотичные” ядерные структуры, приближающиеся к чистой нейтронной материи, исследовать границы существования ядер и синтезировать наиболее тяжелые из существующих ядер, внести ясность в поведение свободно ограниченных квантовых систем, получить новые типы ядерных структур, предсказанные ядерными моделями. Существующие модели базируются на экспериментальных знаниях о строении ядер, близких к стабильным и являются отражением частных аспектов более общих теорий. Построение новых обобщенных теорий ядерной структуры могут базироваться на экспериментальных данных, полученных на основе использования установок РИП второго поколения.
Ядерная астрофизика
Некоторые из наиболее важных явлений во Вселенной могут быть изучены с помощью РИП. Такие явления, как взрывы новых и сверхновых звезд, нейтронные звезды, рентгеновское и у-излучение связаны с процессами, протекающими в ядрах, зачастую не существующих на Земле. С помощью установок РИП второго поколения можно получить
экспериментальные данные, дающие возможность построения теории происхождения элементов, составляющих вселенную.
Проверка Стандартной Модели и фундаментальных законов
сохранения
Все современные физические теории основываются на
фундаментальных законах сохранения. На сегодняшний день Стандартная Модель наилучшим образом описывает элементарные частицы и их

мишени к плоскому случаю, также начинается спад ее эффективности. В этот момент - при больших радиусах пучка - начинает играть роль больший полный выход нейтронов в реакции на бериллии, и эффективность бериллиевой мишени становится выше, чем у графитовой.
При уменьшении размеров выходного окна или увеличении мощности пучка эти геометрические факторы проявляются ярче, и область большей эффективности плоской графитовой мишени увеличивается.
Выбор схемы мишени
Таким образом, можно сделать вывод, что при высоких энергиях разница в выходе нейтронов не является определяющей в выборе материала конвертора мишени. При низких энергиях это справедливо для дейтонного первичного пучка, для протонов из списка кандидатов следует исключить изотоп 12С, как и природную смесь изотопов.
Таким образом, выбор оптимального типа мишени определяется, в основном, параметрами пучка и тепловыми свойствами материала конвертора.
Жидкие литиевые мишени позволяют принимать пучки с большими мощностями (особенно струя) и наращивать энергию частиц. Эти преимущества становятся определяющими в диапазоне от 1 МВт (когда твердотельные мишени чрезмерно возрастают в размерах) или 100 МэВ. при меньших энергиях и мощностях начинают играть роль большая, по сравнению с остальными, стоимость и техническая сложность системы.
Бериллиевая мишень более подходит для малых и средних энергий в случае, когда важен полный выход нейтронов, а не яркость источника. Такой подход привлекателен, например, для комплекса бор-нейтрон захватной терапии. Не следует забывать и об опасности работы с бериллием, имеющим ядовитые соединения.