Устройство для получения и торможения мюонов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ /ЧЮОНОВ, содержащее устройство для генерации пучка заряженных частиц, пионообразующую мишень , соленоид и внутреннюю мюонную мишень , отличающееся тем, что, с целью увеличения накопления мюонов, пионообразующая мишень размещена внутри соленоида, а эквивалентная толщина вдоль пучка внутренней мюонной мишени в пересчете на обычный водород выполнена в пределах 50- 150 г/см2. rfi - ч 1чЭ 4

„.SU„„ 1112413

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

° И

РЕСПУБ ЛИК

3(Я) G 21 В 1/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬППФ (21) 3523176/18-25 (22) 27.10.82 (46) 07.09.84. Бюл. № 33

172) Ю. В. Петров и Э. Г. Сахновский (7I) Ленинградский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова (53) 533.9 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 713373, кл. G 21 В 1/00, 1980.

2. SIN USers -- Handaook. 1981 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ИЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ МЮОНОВ, содержагцее устройство для генерации пучка заряженных частиц, пионообразующую мишень, соленоид и внутреннюю мюонную мишень, отличающеегя тем, что, с целью увеличения накопления мюонов, пионообразующая мишень размещена внутри соленоида, а эквивалентная толщина вдоль пучка внутренней мюонной мишени в пересчете на обычный водород выполнена в пределах 50—

150 г/см 2, ренней мюонной мишени в пересчете на обыч ный водород выполнена в пределах 50—

150 г/см

Конструкция повволяет уменьшить потери мезонов на входе в соленоид и в мюонной мишени, а значит максимально увеличить долю мюонов (по отношению к порождающим их пионам) попадаюгцих и остановленных в мюонной мишени, заполненной дейтерийтритиевой смесью, что в конечном итоге позволяет использовать предлагаемое устройство для проведения мюонного катализа ядерной реакции синтеза.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из магнитного зеркала 1, пионообразующей мишени 2 внутри корпуса соленоида 3, вакуумной части соленоида-конвертера 4 и части соленоида, заполненной дейтерий-тритиевой смесью внутренней мюонной мишени 5, являющейся одновременно и замедлителем.

Устройство работает следующим образом.

Пучок ускоренных заряженных частиц 6 от ускорителя, проходя через пионообразующую мишень 2, генерирует пи-мезоны.

Так как пионообразующая мишень размегцена внутри соленоида, все и и- мезоны, вылетающие из нее вперед в направлении мюонной мишени 5, захватывает магнитное поле, силовые линии которого параллельны оси соленоида. Магнитное поле удерживает летящие вперед мезоны от ухода через боковые стенки соленоида. Мезоны, вылетающие из пионообразующей мишени назад, отражает обратно в соленоид магнитное зеркало 1, размещенное на входе в конвертер. В конвертере пи-мезоны распадаются в вакууме в мк>-мезоны, причем доля образованных и направленных в мишень 5 мюмезонов большая. Мюонная мишень, размещенная в магнитном поле соленоида, выполнена толстой, чтобы служить одновременно и замедлителем для мезонов.

Выбор толщины мишени об.ьясняется тем, что длина торможения наиболее энергетичных мюонов {с импульсом порядка 500 МэВ/с 1 в водороде с плотностьк> Ц> =0 07 г/смз составляет около 15 м. Поэтому, как показывают расчеты, мишень, эквивалентная толщина которой (т.е. произведение плотности дейтерий-тритиевой смеси на линейную толщину) в пересчете на обычный водород составляет 100 — + 50 г/см, останавливает подавляк>щую часть мюонов. При меньшей эффективной толщине мезоны не успевают затормозиться, а при большей эффективной толщине происходит непроизводительный распад трития. Таким образом, при эквивалентной толщине мюонной мишени, выбранной в указанных пределах, она одновременно служит il эффективным замед лителсм.

1 lll24l3

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано для получения мю-мезонов и мю-мезоатомов, необходимых для производства энергии и»ей тронов в устройствах с мюкатализом ядерных реаккий синтеза в смеси молекул дейтерия и трития.

Для реакции экономически выгодного получения энергии и нейтронов с помощью мюонного катализа необходимо, чтобы как можно большая доля мюонов, полученных

1О при распаде пионов, попала в дейтерийтритиевую мишень и была в ней остановлена (1 .

Наиболее близким к изобретению является устройство для получения и тормо>кения мюонов, содержащее устройство для генерации пучка заряженных частиц, пионообразующую мишень, замедлитель, соленоид и Bllутреннкно мюонную мишень.

Устройство работает следующим обра.зом.

Лучок ускоренных заряженных частиц от мезонной фабрики, проходя через пионообразующую мишень, генерируют пи-мезоны.

С помощью системы инжекции только часть пучка попадает на вход в соленоид, в ко- д тором пи-мезоны распадаются на лету в вакууме, образуя Mlo-мезоны. Магнитное поле соленоида удерживает мезоны от ухода через стенки и транспортирует нх либо к внутренней мюонной мишени, либо в систему экстракцHH. В ней Mlo-мезонный пучок сепарируется по импульсу и за счет этого очищается от других заряженных частиц. попадая затем на внешние мюонные миц ени. Замедлитель перед входом в соленоид слу>кит для повышения плотности остановок мю-мезонов в тонкой внутренней мишени, толщина которой достаточна для торможения мезонов с малыми импульсами 12 .

Недостатком известного устройства является низкая эффективность использования мезонов, что делает его практически 40 неприменимым для проведения в нем мк>онного катализа ядерной реакции синтеза.

Этот недостаток обусловлен тем, что в устройстве происходят большие потери пно ов н мюонов как при инжекции {введении)

45 в соленоид, так и прн пролете через тонкую мишень мезонов с большими импульсами.

Целью изобретения является увеличение накопления мюонов.

Указанная цель достигается ем, что в устройстве для получения и торможения мюонов, содер>кащем устройство для генерации пучка заряженных частиц, пионообразующуI(> мишень, соленоид и внутреннюю мюонную л1ишень, на входе в соленоид введено магнитное зеркало, инжекция пучка заряженных частиц происходит через л агнитное зеркало вдоль соленоида, пионообразующая мишень размещена внутри соленоида, а эквивалентная толщина вдоль пучка внут1112413

Составитель Т. Москалева

Техред И. Верес Корректор О. Тигор

Тираж 4 1,3 Подписное

ВНИИПИ Государствеииого комитета СССР по делам изобретений и открытий

l 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патеит», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор B. заико

3а каз 6069/36

Расчеты на ЭВМ траекторий мезонов в магнитном поле соленоида с учетом распада пи-мезонов в мю-мезоны в конвертере, отражения мезонов от магнитного зеркала и торможения в мюонной мишени показали, что при длине соленоида 55 м, внутреннем диаметре 40 см, магнитном поле 100 кЭ, пробочном отношении в магнитном зеркале

1,5, длине мю-мезонной мишени 15 м и ядерной плотности заполняющей ее дейтерий-три1 тиевой смеси 0,07 г/см (в пересчете на з !О легкий изотоп водорода) достигается доля мю-минус-мезонов — соответственно 750/о

Таким образом, в предложенном устройстве обеспечена высокая эффективность использования мезонов, и оно может служить устройством для катализа мю-минус-мезонами реакции синтеза ядер дейтерия и трития для получения энергии и нейтронов.

Важным преимуществом предложенного устройства является то, . что оно позволяет обойти те технические трудности, связанные с нагревом дейтерий-тритиевой смеси до сверхвысоких температур, которые существуют в термоядерных установках, предназначенных также для получения энергии к нейтронов.

В предлагаемом устройстве дейтерий-три тиевая смесь находится прн обычной тем пературе, не требуется также высокого ва куума.