WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Для детектирования ионов – продуктов ядерных реакций (4) применялись трековые детекторы CR-39 с фильтрами из Al фольги толщиной 33, 44, 55 и мкм. Поскольку предполагалось зарегистрировать продукты реакции (4) на фоне остальных реакций D + 6Li, а также на фоне реакций D + D (1), (2), то такой набор фильтров позволит четко выделить -частицы с E ~11 МэВ. Согласно [12], -частицы с начальной энергией E0 = 11 МэВ после прохождения Al фильтров толщиной 33, 44, 55 и 66 мкм будут иметь энергии 7.4, 5.8, 4.8 и 1.МэВ соответственно. Поскольку -частицы вылетают из толстой мишени, они имеют значительный разброс по энергии, а их треки - разброс по диаметрам.

В качестве основных мишеней использовались композитные мишени [(CD2)n + 6Li] и [(CD2)n + 6LiCl] с содержанием 6Li до 10% по весу, а в качестве контрольных (фоновых) – мишени из (CD2)n и композитная мишень [(CH2)n + Li]. В качестве контрольных (фоновых) мишеней выбирались мишени с составом, близким к составу основной мишени, но с отсутствием атомов одного из участвующих в ядерной реакции синтеза элемента. Таким образом, при использовании основной мишени трековые детекторы CR-39 регистрируют потоки заряженных частиц – продуктов ядерной реакции синтеза (4), а при использовании контрольных (фоновых) мишеней детекторы CR-39 регистрируют в том же спектральном диапазоне потоки заряженных частиц, которые являются фоном. Поток -частиц – продуктов реакции (4) при данной толщине Al-фильтра оценивался по формуле:

n = (N0 – Nф)S/ (5) где N0 – число треков на один см2 детектора при использовании основных мишеней; Nф – число треков на один 1 см2 в детекторах при использовании контрольных (фоновых) мишеней; S – площадь поверхности детектора; – геометрическая эффективность регистрации -частиц.

Распределения диаметров треков для детекторов CR-39 с Al-фильтрами различной толщины для одной из серий экспериментов приведены на рис. 10, где распределение, полученное с использованием основной мишени, представлено в виде светлых гистограмм, а распределение, полученное с использованием контрольных (фоновых) мишеней – в виде темных гистограмм.

20  Рис. 10. Распределения диаметров треков для детекторов CR-39 с Al-фильтрами толщиной 33 (а), 44 (б), 55 (в) и 66 мкм (г). Светлые гистограммы получены с использованием основной мишени [(CD2)n + 6Li], темные гистограммы – с использованием контрольных (фоновых) мишеней (CD2)n и [(CH2)n + 6Li].

Из распределений видно, как с возрастанием толщины Al-фильтра область диаметров треков, где зарегистрировано превышение сигнала над фоном, постепенно смещается вправо, т.е. диаметры треков увеличиваются и, следовательно, энергия регистрируемых заряженных частиц уменьшается. Из сравнения с ожидаемыми энергиями и соответствующими, согласно калибровке, диаметрами треков следует, что зарегистрированные треки действительно принадлежат -частицам с энергией ~11 ± 1 МэВ. Средний поток -частиц – продуктов реакции (4) в телесный угол 4 ср на один выстрел составил (2±0.6)103.

Ядерная реакция D + He считается условно безнейтронной. Первичными реакциями в такой гелий-водородной смеси являются процессы D + 3He 4He + p + 18.34 МэВ (6) He + 3He 4He + 2p + 12.86 МэВ (7) и две реакции D + D (1), (2). Следует отметить, что скорость реакции (7) при ионной температуре плазмы 100 кэВ примерно на два порядка ниже скорости реакции (6). Для исследования была выбрана реакция (6), при протекании которой генерируются -частицы с энергией 3.67 МэВ и протоны с энергией 14.МэВ. Для детектирования ионов – продуктов реакции (6) применялись трековые детекторы CR-39 с Al фильтрами толщиной 11 и 1150 мкм.

В качестве основной мишени использовалась мишень TiD3He, которая представляет собой пластину из Ti (толщиной 500 мкм), в которую на ускорителе (V = 300 кэВ) на глубину ~1 мкм были имплантированы ионы 3He с образованием слоя толщиной около 0.5 мкм с максимальной концентрацией 3He порядка 5 1022 см-3. После этого мишень Ti3He была электролитически прогид21  рирована ионами D на глубину ~1 мкм. В качестве контрольных мишеней использовались мишени (CD2)n и Ti3He толщиной 400 и 500 мкм соответственно.

Распределения диаметров треков для детекторов CR-39 с Al-фильтром толщиной 1150 мкм для одной из серий экспериментов приведены на рис. 11а. Для детектора с использованием основной мишени получен поток протонов – продуктов реакции (6) на уровне 2 103 в 4 за один выстрел. На распределении видно превышение над фоном в области 4.86.0 мкм, которое можно объяснить регистрацией протонов с энергией 14±1 МэВ.

Для детектора с использованием основной мишени с Al-фильтром толщиной 11 мкм (см. распределение на рис. 11б) получен поток -частиц – продуктов реакции (6) на уровне 3 103 в 4 ср. за 1 лазерный импульс. На распределении видно превышение над фоном в области 1011 мкм, которое можно объяснить регистрацией -частиц с энергией 3.5±0.5 МэВ. Таким образом, в данной серии зарегистрированы продукты реакции (6) на уроне 2 103 3 103 в 4 ср. за один лазерный импульс.

Рис. 11. Распределения диаметров треков для детекторов CR-39 с Al-фильтрами толщиной 1150 (a) и 11 мкм (б). Светлые гистограммы получены с использованием основной мишени TiD3He, темные гистограммы – с использованием контрольных (фоновых) мишеней (CD2)n и Ti3He мишеней.

22  Для реакции p + 11B в первом поколении возможны две реакции:

p + 11B 34He + 8.68 МэВ, (8) p + 11B + 12C + 15.96 МэВ, (9) вторая из которых, впрочем, сильно подавлена. Источником нейтронов может явиться пороговая реакция 11B(p, n)11C, для инициирования которой необходимы протоны с энергией Ep > 3 МэВ.

В ходе экспериментов по инициированию реакции 11B(p, 3) при интенсивности лазерного излучения 1018 Вт/см2 использовались композитные мишени [B + (CH2)n] толщиной 300 и 500 мкм с содержанием 11B 10% 50% по весу. В качестве контрольных (фоновых) мишеней использовались мишени из полиэтилена (CH2)n толщиной 400 мкм. Для детектирования -частиц – продуктов реакции (8) применялись трековые детекторы CR-39 с Al фильтрами толщиной 6, 11 и 22 мкм.

В реакции (8) наряду с -частицами со средней энергией 2.9 МэВ возникают также и другие группы -частиц, энергия которых составляет 6 10 МэВ и определяется состоянием компаунд-ядра. По результатам измерений в случае детекторов с Al-фильтром толщиной 6 мкм превышения эффекта над фоном не зарегистрировано. Это объясняется повышенным уровнем фона, т.е. проникновением через фильтр посторонних ионов, треки которых могут иметь близкие с треками исследуемых -частиц диаметры.

В случае детекторов с Al-фильтром толщиной 11 мкм зарегистрировано превышение эффекта над фоном в выбранном диапазоне диаметров треков частиц. По результатам измерений с использованием детекторов, покрытых Alфольгой толщиной 11 мкм, были построены распределения диаметров треков для мишеней [B + (CH2)n] и (CH2)n, приведенные на рис. 12а. На распределении различимы пики при d = 7.8 – 8.6 мкм (E ~ 6 8 или 0.3 0.4 МэВ) и d = 9.10.0 мкм (E ~ 4 или 0.8 МэВ). Широкий пик наблюдается также при d = 10.12.0 мкм (E ~ 1 3 МэВ). Наличие пиков в распределении свидетельствует о эмиссии моноэнергетичных -частиц с энергией Е > 3 МэВ, образующихся при слиянии В + р и отвечающих различным состояниям компаунд-ядра.

Более точное измерение энергии -частиц можно провести с учетом данных, полученных для детекторов с Al-фильтром толщиной 22 мкм (см. распределение на рис. 12б). На этом распределении остался только один небольшой пик при d = 7.8 мкм (E ~ 7.5 МэВ). С учетом потерь энергии в слое 22 мкм первоначальную энергию -частиц можно оценить как E ~ 10 МэВ. Некоторое превышение над фоном наблюдается также при d = 10 11 мкм (E = 2.5 3.или 0.9 1.5 МэВ). Первоначальная энергия -частиц в этом случае составляет 6.4 6.7 или 5.5 5.7 МэВ. Исчезновение пиков, наблюдавшихся на рис. 12а, свидетельствует о том, что они соответствовали -частицам с энергией 3 МэВ. По совокупности данных можно предположить, что наблюдались частицы с энергиями около 3.4 ± 0.4, 4.0 ± 0.4, 5.6 ± 0.3 и 10 ± 1 МэВ со средним выходом -частиц (5±2)103 в 4 ср. за один лазерный импульс. При проведении экспериментов не были зарегистрированы нейтроны детекторами на гелиевых счетчиках.

23  NТР NТР Рис. 12. Распределения диаметров треков для детекторов с Al-фильтрами толщиной 11 (а) и 22 мкм (б). Площадь детекторов на рис. а – 3 см2; на рис. б – 1.5 см2. Светлые гистограммы получены с использованием мишени [B+(CH2)n], темные гистограммы – с использованием мишени (CH2)n.

Для реакции p + 7Li в первом поколении возможны две реакции:

p + 7Li 24He + 17.3 МэВ, (10) p + 7Li 7Be + n. (11) Источником нейтронов может явиться пороговая реакция (11), для инициирования которой необходимы протоны с энергией Ep > 1.88 МэВ. Для исследования была выбрана реакция (10) со средней энергией -частиц E ~ 9 МэВ.

Для детектирования ионов – продуктов ядерной реакции (10) применялись трековые детекторы CR-39 с фильтром из Al-фольги толщиной 33, 44 и 55 мкм.

При этом эффект ожидается только на детекторах с Al-фильтрами толщиной и 44 мкм, поскольку пробег -частиц в алюминии при E ~ 9 МэВ составляет мкм. В качестве основной мишени использовалась мишень из LiF толщиной мм (Li содержит около 92% 7Li), а в качестве контрольной – композитная мишень [6Li + CH2] толщиной 100 мкм.

24  Рис. 13. Распределения диаметров треков для детекторов с Al-фильтрами толщиной 33 (а) и 44 (б). Светлые гистограммы получены получены с использованием основной мишени LiF, темные гистограммы – с использованием контрольной мишени [6Li + (CH2)n].

На рис. 13 приведены распределения диаметров треков для детекторов с Al фильтрами толщиной 33, 44 и 55 мкм. Из распределений видно, как с увеличением толщины Al-фильтра с 33 до 44 мкм пик, отвечающий -частицам с E ~ МэВ, сместился из области 8.6 9.4 мкм в диапазон 10.8 11.8 мкм. При увеличении толщины Al-фильтра до 55 мкм пик исчез. Таким образом, поток частиц с энергией 9±1 МэВ составил величину на уровне (2.5±0.5) 103 в 4 ср.

за один лазерный импульс.

В разделе 3.3. приведены результаты расчета выхода перспективных ядерных реакций синтеза с использованием модели пучок-мишень (ядерные реакции на лету) [13-16]. В табл. 1 представлено сопоставление экспериментальных и расчетных результатов по выходу ядерных реакций синтеза в лазерной пикосекундной плазме при интенсивности лазерного излучения 21018 Вт/см2.

Из табл. 1 видно, что расчетные и экспериментальные выходы ядерных реакций в целом находятся в удовлетворительном согласии.

Таблица 1.

Реакция Мишень Выход реакции Экспериментальный Расчетный (CD2)n D + D 3He + n + 3.27 МэВ 7 [(CD2)n + 6Li] D + 6Li 4He + 4He + 22.37 МэВ 2103 2 TiD3He D + 3He 4He + p + 18.34 МэВ 3103 5 [B + (CH2)n] p + 11B 34He + 8.68 МэВ LiF p + 7Li 24He + 17.3 МэВ 3103 7 25  В главе 4 приведены результаты по экспериментальному исследованию влияния предымпульсов различной длительности, спектрального состава лазерного импульса, плотности мишени на выход нейтронов при инициировании D(d, n)3He реакции в лазерной пикосекундной плазме, а также результаты анализа по возможности оптимизации выхода ядерных реакций синтеза.

В последнее время опубликован ряд работ (см. литературу в [25*]) по генерации нейтронов в лазерной плазме на поверхности твердотельных (СD)n и (CD2)n мишенях с использованием лазерного излучения со сверхкороткой длительностью импульса = 35 фс 1.5 пс и интенсивностью в диапазоне 1019 Вт/см2. Почти все эксперименты были выполнены с использованием лазерных импульсов, которые имеют существенные предымпульсы различной длительности с интенсивностью предымпульсов свыше порогов образования плазмы на мишени. Однако систематического исследования влияния контраста лазерного излучения на протекание термоядерных D(d,n)3He реакций в лазерной пикосекундной плазме проведено не было. В этой связи было проведено экспериментальное исследование влияния предымпульсов различной длительности на выход нейтронов в лазерной пикосекундной плазме.

На рис. 14 схематично представлены различные типы предымпульсов, возникающие при усилении сверхкоротких лазерных импульсов на установке “Неодим”. Контраст лазерного излучения по интенсивности относительно первого предымпульса K1 менялся в экспериментах в диапазоне 103109, К2 в диапазоне 104109, K3 в диапазоне 100104. Меняя длину резонатора регенеративного усилителя можно сдвигать по времени третий предымпульс и после проведения экспериментов по влиянию третьего предымпульса на выход нейтронов данный импульс был передвинут за основной импульс, чтобы не оказывать влияние при исследовании других типов предымпульсов.

Рис. 14. Схематичное представление предымпульсов, возникающих при усилении сверхкороткого лазерного импульса.

I. Импульс, связанный с многопроходным характером усиления в регенеративном усилителе и из-за конечного пропускания ячейки Поккельса в регенеративном усилителе;

II. Импульс усиленной люминесценции;

III. Остаточные импульсы задающего генератора и импульсы, возникающие при отражении от поверхности оптических элементов 26  Измеряя спектр чирпированного импульса на входе и выходе усилительной системы, можно определить параметры предымпульса в пикосекундном временном интервале, а также контролировать изменение формы спектра чирпированного импульса при усилении. Результаты экспериментов по измерению выхода нейтронов на (CD2)n мишенях показали, что при увеличении контраста Кс 3101 до 104 происходит увеличение выхода нейтронов с 2104 до 105.

Принципиально другая ситуация возникает, если происходит искажение спектра чирпированного импульса в процессе усиления импульса вследствие развития мелкомасштабной самофокусировки. В этом случае генерация нейтронов отсутствует.

В данном разделе также представлены результаты по исследованию влияния на выход нейтронов других типов предымпульсов. Показано, что влияние пикосекундного предымпульса (за 13 нс до основного импульса) на выход нейтронов незначительно. Влияние же наносекундного предымпульса на выход нейтронов оказалось значительным. Как видно из рис. 15а выход нейтронов начинает быстро уменьшаться при величинах контраста К2 меньше 106 и падет до 0 при K2 равном 104. При этом и коэффициент отражения лазерного излучения в апертуру фокусирующей оптики возрастает значительно. Следует обратить Рис. 15. Зависимость выхода нейтронов Yn от величины контраста K2 при K1=109 (а) и зависимость коэффициента отражения R лазерного излучения в апертуру фокусирующей оптики от K2 (б). Мишень - (CD2)n, 1 г/см3.

внимание, что в данном случае преплазма возникает при К2<109, т.е. существуют условия (К2=106 109), при которых преплазма не оказывает влияния на выход нейтронов.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»