WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

Генерация коротких нейтронных импульсов с использованием вакуумных нейтронных трубок

Автореферат кандидатской диссертации

 
Вторая рассмотренная схема генерации коротких нейтронных импульсов основана на возможности быстрого извлечения всех дейтронов из лазерной плазмы при подаче на ускоряющий зазор ВНТ с лазерным источником дейтронов (ЛИД) импульса напряжения с большой амплитудой (> 300 кВ). Такая схема генерации нейтронов может быть реализована в излучателе нейтронов, сочетающем ВНТ с ЛИД и ГИН Аркадьева-Маркса, позволяющего получать импульсы высокого напряжения до 500 кВ, при сравнительно малых габаритах устройства (радиальный размер до 0,15 м) при запасенной энергии до 1 Дж. Рассматриваемая схема генерации коротких нейтронных импульсов отличается от предыдущей тем, что в ней укорочение нейтронного импульса достигается быстрым извлечением дейтронов из плазмы за счет большого значения тока БЧЛ без использования разрядника-обострителя. При проведении нейтронных измерений использовался сцин-тилляционный детектор. Выход нейтронов на среднем уровне достигал «2-10 н/имп. при средней длительности импульса на полу- 20 высоте около 100 нс. Амплитуда ускоряющего импульса при этом не превышала 300 кВ, а длительность на полувысоте колебалась в пределах (150-180) нс. Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о том, что при увеличении амплитуды ускоряющего импульса, жесткой синхронизации пуска лазера с поджигом ГИН и повышения стабильности последнего в частотном режиме, возможна реализация эксплуатационного прибора со средним нейтронным потоком в полный телесный угол ~ 10 н/с и длительностью импульса на полувысоте не более 100 НС. В описанных выше экспериментах по генерации коротких нейтронных импульсов показана необходимость более эффективного подавления электронов, эмитируемых нейтронообразующей мишенью для повышения ускоряющего напряжения и ионного тока. Здесь весьма перспективно использовать идею магнитной изоляции ускоряющего зазора трубки полем спиральной линии. Эксперименты, проведенные с подобными диодными системами на разборном макете ВНТ, показали возможность генерации до 10 нейтронов в импульсе на реакции D(d, п) Не. Получение коротких нейтронных импульсов возможно при использовании обращенных диодов с коллективным ускорением дейтронов. В этом устройстве потоки дейтронов получаются при их ускорении в трубке дрейфа сильноточным потоком электронов. Условием реализации такого ускорения является запирание электронного потока в трубке дрейфа собственным объемным зарядом, сопровождаемое образованием виртуального катода и продольной потенциальной ямы, в которую захватываются дейтроны. Для этого необходимо, чтобы электронный ток превысил некоторое критическое значение, определяемое отношением радиусов электронного пучка и трубки дрейфа, а также энергией электронов. После захвата определенного количества дейтронов ионизованных электронным потоком заряд электронов компенсируется и яма приходит в движение, ускоряя захваченные дейтроны в продольном направлении. В проведенных экспериментах использовались мишени из дей-терированного полиэтилена и бериллия. При этом на дейтериевой мишени был получен нейтронный выход 10 н/имп., а на бериллие-вой 10 н/имп. при длительности нейтронного импульса от 10 до 50 нс. Анализ данных измерений позволил получить эмпирические 21 зависимости нейтронного выхода в импульсе от напряжения U0 на электронном диоде: ^свД^о) * 995ехр(0,041?/0), NBe(U0) * 155ехр(0,05?/0). На их основе можно прогнозировать увеличение нейтронного выхода с ростом U0. Так при увеличении амплитуды напряжения до значения U0 = 300 кВ, можно ожидать получения выхода на уровне ~ 10 н/имп. Полученные данные измерений нейтронного выхода в трех рассмотренных экспериментальных ИНГ говорят о том, что даже на рассмотренном уровне исследованные схемы генерации нейтронов удовлетворяют требованиям к среднему нейтронному потоку и длительности импульса, предъявляемым описанными выше областями применения. Укорочение нейтронного импульса и уменьшение его амплитуды приводит к уменьшению среднего нейтронного потока. Одно из возможных технических решений для компенсации этих эффектов описано в приложении. Оно реализует ВНТ с двумя мишенями и внутренним прозрачным анодом, работающей по схеме ионного триода. Геометрия ВНТ такова, что электронный компонент не участвует в замыкании электрической цепи, состоящей из генератора импульсного высокого напряжения и двух соединенных параллельно ускоряющих зазоров, в которых электронные токи протекают в противоположенных направлениях и взаимно компенсируют друг друга. Объемный заряд электронов частично компенсирует объемный заряд дейтронов. По сравнению с обычным биполярным диодом эта компенсация является двукратной, так как электронная плотность в данном случае превышает плотность электронов в обычном биполярном диоде в два раза. Это обеспечивает значительное увеличение первеанса диодных зазоров, по сравнению с диодным зазором прототипа, а, следовательно, и излучаемого нейтронного потока. В заключении сформулированы основные выводы и результаты диссертации. 1. На основе изучения литературных источников и патентной информации проведен анализ возможных методов формирования 22 нейтронных импульсов с длительностью ~ (1-^100) нс в ИНГ на базе ВНТ. На основании проведенного анализа показано, что наиболее перспективными способами генерации импульсно- периодических нейтронных полей с такой временной структурой являются: - формирование на диодном зазоре высоковольтного импульса с помощью ГИН, соединенного с ВНТ через разрядник-обостритель; - формирование на диодном зазоре импульса большой амплитуды (> 300 кВ) с помощью ГИН для обеспечения полного извлечения дейтронов из плазмы ионного источника в течение короткого времени (~ 100 нс); - формирование пакета дейтронов малой длительности путем последовательного расположения на трассе дейтронного пучка ВЧ-дефлектора, коллиматора и клистронного группирователя; - использование эффекта коллективного ускорения дейтронов коротким импульсом релятивистских электронов (схема обращенного диода). 2. Рассмотрены две схемы генерации коротких нейтронных им пульсов в ВНТ с ГИН на базе высоковольтного импульсного транс форматора с разрядником-обострителем и ГИН Аркадьева-Маркса, выполнен расчет и оптимизация их электрических параметров. Про ведено их экспериментальное исследование. На реакции T(d, п) Не в первом случае был получен нейтронный выход 10 н/имп. при дли тельности 40 нс, во втором 2-10 н/имп. при длительности 100 нс. Для уменьшения энергопотребления этих схем проведено экспериментальное исследование макета ИНГ, в котором используется система подавления электронной эмиссии с катода импульсным магнитным полем конусообразной спиральной линии, установлены ее оптимальные геометрические параметры. 3. Проведен компьютерный эксперимент по генерации коротких нейтронных импульсов с длительностью, меньшей или соизмеримой с пролетным временем дейтрона, в результате которого установлено, что на формирование и ускорение дейтронного потока существенное влияние оказывает собственное кулоновское поле дейтронов, соизмеримое с внешним ускоряющим полем, осуществляющее торможение дейтронов в области анода, расплывание потока дейтронов в поперечном направлении и его энергетического спектра. 4. Предложены модели процессов формирования коротких нейтронных импульсов с длительностью, превышающей пролетное 23 время дейтрона (квазистационарный случай), в ИНГ с разрядни-ком-обострителем и без него. Для упрощенной модели процесса генерации нейтронов использовано об эквивалентном динамическом сопротивлении диодной системы. Проведено компьютерное моделирование процессов формирования дейтронных пакетов и генерации нейтронов в ВНТ при длительности нейтронной вспышки < 300 не, но существенно превышающей время пролета дейтрона в диодной системе. Для этих режимов установлена существенная роль возможной электронной эмиссии с катода (мишени) ВНТ на формирование нейтронного импульса - уменьшение нейтронного выхода и длительности импульса. 5. Предложено оригинальное техническое решение ВНТ с двумя нейтронообразующими мишенями на базе ионного триода для повышения эффективности генерации коротких нейтронных импульсов. 6. Проведено экспериментальное исследование макетов генераторов наносекундных нейтронных импульсов с использованием бериллиевой, углеродной и дейтериевой мишеней на базе обращенного диода с коллективным ускорением дейтронов. В экспериментах нейтронный выход достигал 10 н/имп. при длительности в несколько десятков наносекунд. 7. Полученные данные измерений нейтронного выхода в трех экспериментальных ИНГ говорят о том, что даже на рассмотренном уровне исследованные схемы генерации нейтронов в принципе удовлетворяют требованиям по среднему нейтронному потоку и длительностям импульса, предъявляемым описанными выше методиками дистанционного обнаружения и идентификации скрытых опасных предметов. Список литературы 1. Боголюбов Е.П., Рыжков В.И. Портативные генераторы нейтронов Всероссийского НИИ автоматики (ВНИИА) для физических исследований // ПТЭ. 2004. № 2. С. 160-163. 2. Application of neutron generators for high explosives, toxic agents and fissile material detection / V.I. Mikerov, Ju.N. Barmakov, VI. Ryzh-kov et. al. //Applied Radiation and Isotopes. 2004. 61. P.537-543. 3. Особенности извлечения водородных ионов из импульсных плазменных образований/ А.Н. Диденко, В.И. Ращиков, В.И. Рыж ков, А.Е. Шиканов //Письма в ЖТФ. 2011. Т.37. Вып. 21. С.70-75. 24 4. Характеристики излучения портативных импульсных нейтронных генераторов / В.Л. Ромаданов, В.К. Сахаров, Д.Н. Черникова, В.И. Рыжков, Т.О. Хасаев, А.А. Сладков // Атомная энергия. 2011.Т.111.ВЫП.1.С.ЗЗ-37. 5. Компьютерное моделирование процессов генерации наносе-кундных нейтронных импульсов в вакуумных ускорительных трубках/ А.Н. Диденко, В.И. Ращиков, В.И. Рыжков, А.С. Цыбин, А.Е. Шиканов//Атомная энергия. 2012. Т.112. Вып.З. С.189-191. 6. Генерация коротких нейтронных импульсов в вакуумных ускорительных трубках с использованием высоковольтных генераторов импульсных напряжений / К.И. Козловский, В.И. Рыжков, Д.Р Хасая, АС. Цыбин, А.Е. Шиканов// Доклады АН ВШ РФ. 2012. №1(18). С.98-104. 7. Экспериментальное исследование макета малогабаритного генератора нейтронов с импульсной магнитной изоляцией / К.И. Козловский, Д.Д. Пономарев, В.И. Рыжков, А.С. Цыбин, А.Е. Шиканов // Атомная энергия. 2012. Т.112. Вып.З. С.182-184. 8. Схема импульсного нейтронного генератора / Е.П. Боголюбов, А.А. Битулев, И.Г. Курдюмов, Ю.П. Кузнецов, В.И. Рыжков, Д.В. Тювакин, Н.В. Шахорин // Патент РФ №2364965 от 19.11.2007. 9. Схема импульсного нейтронного генератора/ Е.П. Боголюбов, И.Г. Курдюмов, Ю.П. Кузнецов, А.А. Битулев, В.И. Рыжков, Д.В. Тювакин, Н.В. Шахорин // Патент РФ №2368024 от 19.11.2007. 10. Нейтронные генераторы на вакуумных нейтронных трубках для активационного анализа и физических исследований / Е.П. Боголюбов, В.И. Рыжков, И.Г. Курдюмов, Ю.П. Кузнецов, В.Т. Бобылев, В.А. Самарин // Сб. материалов Межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». М.: ВНИИА им. Н.Л. Духова, 2003. С.61-65. 11. Нейтронные генераторы на вакуумных нейтронных трубках для аппаратуры геофизических исследований скважин / Е.П. Боголюбов, В.И. Рыжков, И.Г. Курдюмов, Ю.П. Кузнецов, Ю.К. Пресняков, Ю.Г Бессарабский, А.А. Битулев // Там же. С.298-302. 12. Исследование параметров установки для идентификации взрывчатых и наркотических веществ на основе портативного ней тронного генератора/ Е.П. Боголюбов, Ю.К. Пресняков, В.И. Рыж ков, Т.О. Хасаев, В.М. Быстрицкий, Н.В. Власов, В.Г. Кады- 25 шевский, А.П. Кобзев, В.А. Никитин, Ю.Н. Рогов, М.Г. Сапожников, А.Н. Сисакян, В.М. Слепнев, В.А. Уткин // Там же. С.263-268. 13. Импульсные нейтронные генераторы ВНИИА на основе камер плазменного фокуса/ Е.П. Боголюбов, СИ. Брагин, Ю.П. Иванов, Ю.П. Кузнецов, Б.Д. Лемешко, В.И. Рыжков, В.А. Самарин, П.П. Сидоров // Там же. С.77-81. 14. Импульсные нейтронные генераторы на вакуумных нейтронных трубках / Ю.Г. Бессарабский, АА. Битулев, В.Т. Бобылев, Е.П. Боголюбов, Ю.П. Кузнецов, И.Г. Курдюмов, Ю.К. Пресняков, В.И. Рыжков, В.А. Самарин // Сб. материалов Международной научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». М.: ВНИИА им. Н.Л. Духова, 2005. С.72-83. 15. Импульсные нейтронные генераторы ВНИИА на основе камер плазменного фокуса с генератором газа / Е.П. Боголюбов, СИ. Брагин, Ю.П. Иванов, Ю.П. Кузнецов, Б.Д. Лемешко, В.И. Рыжков, В.А. Самарин, П.П. Сидоров // Там же. С.95-98. 16. Генерация наносекундных нейтронных импульсов в диодных вакуумных ускорительных трубках / А.Н. Диденко, В.И. Ращиков, В.И. Рыжков, А.Е. Шиканов // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Ядерное приборостроение». 2011. Вып. 1(28). С.17-25. 17. Вопросы повышения эффективности малогабаритных ваку-умно-дуговых источников дейтронов для импульсных нейтронных генераторов / А.Н.Д иденко, Э.С Масунов, А.С. Пластун, СМ. Полозов, В.Л. Шатохин, А.Е. Шиканов, Ю.Н. Бармаков, Е.П. Боголюбов, В.И. Рыжков, Н.Н. Щитов // Там же. С. 5-16. 18. Компьютерное моделирование генерации коротких нейтронных импульсов в вакуумной ускорительной трубке / А.Н. Диденко, В.И. Ращиков, В.И. Рыжков, А.Е. Шиканов // Научная сессия НИЯУ МИФИ-2011. Аннотации докладов. Т.2. Фундаментальные проблемы науки. М.: НИЯУ МИФИ, 2011. С.136. 19. Рыжков В.И. Генерация наносекундных нейтронных импульсов в вакуумных ускорительных трубках (теория и эксперимент) // Научная сессия НИЯУ МИФИ-2012. Аннотации докладов. Т.2. Фундаментальные проблемы науки. М.: НИЯУ МИФИ, 2012. С.184. Подписано в печать 23.05.2012. Формат 60x84 1/16. Объем 1,5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано в типографии НИЯУ МИФИ. 115409, Москва, Каширское ш., 31 26
 
Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.