Мишенный узел индукционного ускорителя электронов

Мишенный узел индукционного ускорителя электронов, включающий обратный токопровод, электрически соединенный с мишенью. Мишень выполнена в форме диска из композиционного материала на основе металлического порошка и диэлектрического наполнителя. Дисперсность порошка не превышает 0,1 мм. Мишень выполнена многослойной. Слои прилегают друг к другу. Каждый слой армирован металлической сеткой. Сетка выполнена из материала, удельное электрическое сопротивление которого не менее 400 нОм·м. Каждый слой окружен по периметру проводящей шиной, электрически соединенной с обратным токопроводом и концевыми участками сетки. При использовании изобретения достигается повышение ресурса работы мишени. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в мишенных устройствах линейных индукционных ускорителей (ЛИУ) с импульсным продольным магнитным полем при решении задачи, связанной с эффективным преобразованием энергии ~100 кДж сильноточного релятивистского электронного пучка (РЭП) с импульсным током ~100 кА и энергией электронов от 10 до 40 МэВ в тормозное излучение (ТИ).

Известно решение данной задачи из предшествующего уровня техники, например мишенный узел, включающий обратный токопровод и электрически соединенную с ним мишень, стоящую на пути сильноточного РЭП, транспортируемого в продольном импульсном магнитном поле ЛИУ-10 с индукцией ~0,5 Тл. Для эффективной генерации тормозного излучения мишень выполнена из материала с большим атомным номером, например тантала толщиной 2 мм, составляющей ~0,3 от величины пробега электронов с энергией ~10 МэВ в тантале [В.С.Босамыкин и др. Исследования возможности создания импульсного источника нейтронов на основе мощного электронного ускорителя и импульсного ядерного реактора. PANS II: Physics Advanced Pulsed Neutron Sources, June 14-17, 1994, Dubna, Russia; ОИЯИ, Дубна, 1995. c.122-131].

Недостатком описанного устройства является его пониженный ресурс работы из-за возникающих при торможении РЭП отколов материала мишени. Кроме того, высокая электрическая проводимость мишени обуславливает из-за наведения в ней встречного вихревого поля ослабление продольного магнитного поля ускорителя и искажение траекторий прохождения электронов через мишень, что приводит к уменьшению потока ТИ на оси ускорителя за мишенью. Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа к заявляемому устройству, является мишенный узел ЛИУ-30. Данный мишенный узел частично устраняет недостатки вышеописанной конструкции и представляет собой цилиндрический обратный токопровод ускорительного тракта ЛИУ-30 и расположенную в нем мишень, которая выполнена в форме диска из композиционного материала на основе вольфрамового порошка с дисперсностью не более 0,1 мм и диэлектрического наполнителя - эпоксидного компаунда. Такое выполнение конструкции мишенного узла приводит к уменьшению искажений траекторий прохождения электронов через мишень в импульсном продольном магнитном поле. Недостатком этого мишенного узла является ограниченная механическая прочность мишени вследствие хрупкости диска из композиционного материала и отсутствия надежного стока на поверхность обратного токопровода ускорителя заряда электронов, поглощенных в мишени. По причине низкой электрической проводимости композиционного материала в объеме диска происходит накопление части заряда электронов и возникают электрические пробои при его стоке на обратный токопровод. Это приводит к появлению в диске трещин и уменьшению ресурса работы мишенного узла [А.И.Павловский и др. Мощный линейный импульсный ускоритель электронов на радиальных линиях ЛИУ-30 // ПТЭ, 1998, №2, с.13-25].

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение механической прочности композиционного диска и эффективности стока заряда электронов, поглощенных в материале мишени, на обратный токопровод ускорителя. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение ресурса работы мишенного устройства.

Технический результат достигается за счет того, что в мишенном узле индукционного ускорителя электронов, включающем обратный токопровод, электрически соединенный с мишенью, выполненной в форме диска из композиционного материала на основе металлического порошка с дисперсностью, не превышающей 0,1 мм, и диэлектрического наполнителя, мишень выполнена многослойной, слои прилегают друг к другу, каждый слой армирован металлической сеткой, выполненной из материала, удельное электрическое сопротивление которого не менее 400 нОм·м. При этом каждый слой по периметру окружен проводящей шиной, электрически соединенной с обратным токопроводом и концевыми участками сетки. Мишенный узел может быть дополнительно снабжен обкладками из фольги, прилегающими к боковым сторонам дисков и электрически соединенными по периметру с обратным токопроводом. Толщина проволоки t, из которой выполнена сетка, и размер стороны ячейки сетки D могут быть выбраны из условия: D>3Δ; t<T/3N, где: Δ - дисперсность металлического порошка, Т - общая толщина мишени, N - количество слоев.

Выполнение мишени в виде прилегающих друг к другу слоев позволяет разделить заряд поглощенных электронов на части и обеспечить его раздельный сток через металлические сетки и шины на обратный токопровод, что уменьшает количество электрических пробоев в объеме мишени.

Армирование каждого слоя металлической сеткой из низкопроводящего материала, удельное электрическое сопротивление которого не менее 400 нОм·м, при отсутствии искажения продольного магнитного поля повышает механическую прочность мишени и обеспечивает сток заряда электронов, поглощенных в материале мишени вблизи плоскости сетки, через шины на обратный токопровод, что уменьшает количество электрических пробоев в объеме мишени.

Окружение по периметру каждого слоя мишени проводящей шиной, электрически соединенной с обратным токопроводом и концевыми участками сетки, обеспечивает надежный контакт сетки с обратным токопроводом.

Окружение дисков с боковых сторон обкладками из фольги, плотно прилегающей к дискам и электрически соединенной по периметру с обратным токопроводом, дополнительно обеспечивает сток заряда электронов, поглощенных в материале мишени вблизи плоскости фольги, на обратный токопровод.

Выбор толщины проволоки и размеров стороны ячейки сетки связан с технологией изготовления, прочностными характеристиками сетки и эффективностью стока накопленного в мишени заряда.

На чертеже изображена конструктивная схема мишенного узла линейного ускорителя ЛИУ-30, где: 1 - соленоидальные обмотки для создания импульсного продольного магнитного поля; 2 - диски из композиционного материала; 3 - фильтр деградированных электронов; 4 - обратный токопровод ускорителя; 5 - мелкоячеистые проводящие сетки; 6 - кольцевые проводящие шины; 7 - металлические обкладки.

Примером конкретного выполнения заявленного устройства может служить мишенный узел ускорителя ЛИУ-30, включающий обратный токопровод, электрически соединенный с мишенью, которая выполнена из композиционного материала на основе порошка вольфрама с дисперсностью, не превышающей 0,1 мм, и диэлектрического наполнителя - эпоксидного компаунда ПК-11 в пропорции 1:1 по объему. Мишень состоит из трех прилегающих друг к другу дисков толщиной 2 мм, каждый из которых армирован металлической сеткой из нержавеющей стали 12Х18Н10Т с удельным электрическим сопротивлением ~750 нОм·м, толщиной провода t=0,5 мм и стороной ячейки 1 мм и окружен по периметру проводящей шиной, электрически соединенной с обратным токопроводом и концевыми участками сетки. С плоских боковых сторон диски окружены металлическими обкладками из фольги (нержавеющей стали 12Х18Н10Т) толщиной 0,1 мм, плотно прилегающей к дискам и электрически соединенной по периметру с обратным токопроводом.

Работает заявленное устройство следующим образом. Ускоренный РЭП с током ~100 кА и энергией электронов до 40 МэВ транспортируется вдоль оси ЛИУ-30 в продольном импульсном магнитном поле, сформированном соленоидальными обмотками 1, с индукцией ~0,5 Тл. При торможении РЭП в трех дисках 2 из композиционного материала происходит возбуждение ТИ. Для эффективной генерации ТИ при энергии электронов ~10÷40 МэВ общая толщина дисков выбрана равной величине ~0,3·λ=6 мм, где λ~We/2d=20 мм - величина пробега электронов с энергией We в материале мишени с удельной плотностью d~10 г/см3. Полное торможение электронов происходит в фильтре деградированных электронов 3, выполненном из материала с много меньшим по сравнению с вольфрамом атомным номером и плотностью d~2 г/см3, например бетона, с целью уменьшения поглощения тормозного излучения. Заполнение пространства между зернами порошка диэлектрическим эпоксидным компаундом приводит к снижению электрической проводимости композиционных дисков и ослаблению токов Фуко, обуславливающих наведение встречного вихревого макроскопического магнитного поля в объеме дисков. С целью повышения механической прочности диски 2 армированы введенными в них на середину толщины мелкоячеистыми металлическими сетками 5 из доступных низкопроводящих материалов и с толщиной проволоки, не приводящих к искажению внешнего магнитного поля. Сетки обеспечивают сбор заряда электронов, поглощенных вблизи плоскости сетки, и своевременный его сток. При этом для осуществления надежного контакта композиционной мишени с поверхностью обратного токопровода 4 каждый диск по периметру окружен выступающими за края дисков на ~5 мм проводящими шинами 6, электрически соединенными с токопроводом и концевыми участками сетки. Размер стороны ячейки D, равный не менее 3·Δ, экспериментально определен как минимально допустимый для свободного прохождения зерен вольфрамового порошка с размером Δ<0,1 мм через ячейки сетки и ее фиксирования в процессе затвердевания матрицы композиционного материала. Количество слоев мишени выбрано равным 3, как достижимая величина для имеющейся технологии изготовления композиционных дисков диаметром ~200 мм при их толщине ~2 мм. В процессе торможения часть заряда электронов, поглощенных вблизи плоскости сетки в материале дисков, стекает через проводящие шины на обратный токопровод. Оставшаяся часть заряда поглощенных в материале дисков электронов накапливается в диэлектрическом эпоксидном компаунде до возникновения электрических микропробоев, токи которых также стекают через проводящие шины на обратный токопровод. В результате из-за введения сеток происходит упрочнение композиционной мишени. Проводящие шины обеспечивают надежный электрический контакт сеток с обратным токопроводом ускорителя, что уменьшает количество электрических пробоев. Введение металлических обкладок 7 из низкопроводящей фольги (нержавеющей стали 12Х18Н10Т) толщиной 0,1 мм, плотно прилегающих к дискам с их боковых сторон и электрически соединенных по периметру с обратным токопроводом, обеспечивает дополнительный сток заряда поглощенных вблизи плоскости обкладок в материале дисков электронов. Это еще больше повышает сток заряда электронов и уменьшает количество электрических пробоев. Толщина низкопроводящей фольги 0,1 мм с удельным электрическим сопротивлением ~750 нОм·м много меньше глубины проникновения магнитного поля δf~24 мм на частоте его колебаний f~330 Гц, что практически не приводит к искажению внешнего магнитного поля. Кроме того, толщина фольги с удельной плотностью d~8 г/см3 много меньше общей толщины дисков 6 мм, что практически не изменяет эффективность генерации ТИ. Таким образом, достигается повышение ресурса работы мишенного узла. Ранее использовавшийся в прототипе мишенный узел ЛИУ-30 выдерживал до разрушения мишени ~10 рабочих включений ускорителя. Использование описанного мишенного узла позволило повысить, по меньшей мере, в два раза количество рабочих включений до момента разрушения дисков мишени.

1. Мишенный узел индукционного ускорителя электронов, включающий обратный токопровод, электрически соединенный с мишенью, которая выполнена в форме диска из композиционного материала на основе металлического порошка, дисперсность которого не превышает 0,1 мм, и диэлектрического наполнителя, отличающийся тем, что мишень выполнена многослойной, слои прилегают друг к другу, каждый слой армирован металлической сеткой, выполненной из материала, удельное электрическое сопротивление которого не менее 400 нОм·м, и окружен по периметру проводящей шиной, электрически соединенной с обратным токопроводом и концевыми участками сетки.

2. Мишенный узел по п.1, отличающийся тем, что толщина проволоки t, из которой выполнена сетка, и размер стороны ячейки сетки D выбраны из следующего условия:
D>3Δ;
t<T/3N,
где Δ - дисперсность металлического порошка,
Т - общая толщина мишени,
N - количество слоев.

3. Мишенный узел по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит обкладки из фольги, плотно прилегающие к боковым сторонам дисков и электрически соединенные по периметру с обратным токопроводом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ускорительной техники, а точнее к технике получения высокоинтенсивного импульсного тормозного излучения. .

Изобретение относится к области атомной энергетики, точнее к ускорительно управляемым системам с жидкометаллическими мишенями. .

Изобретение относится к ядерной физике и медицине и может быть применено в источниках нейтронов, выполненных на основе ускорителей заряженных частиц. .

Изобретение относится к ядерной физике и медицине и может быть применено в источниках надтепловых нейтронов, выполненных на основе ускорителей заряженных частиц. .

Изобретение относится к области физики и техники ускорителей заряженных частиц, а именно к устройствам для установки и замены твердотельных мишеней при проведении экспериментов в физике высоких энергий для получения пучков вторичных излучений.

Изобретение относится к области изготовления титано-тритиевой мишени, применяемой в импульсной вакуумной нейтронной трубке, которая предназначена для генерации потоков нейтронов и используется в скважинной геофизической аппаратуре для каротажа нефтяных и газовых месторождений, а также в составе аппаратуры нейтронного активационного анализа.

Изобретение относится к области атомной энергетики, точнее к ускорительно управляемым системам. .

Изобретение относится к области ядерной физики, более конкретно к источникам нейтронов для ядерных исследований и трасмутации радиоактивных отходов. .
Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано для производства изотопов с заданными свойствами, протонной терапии, материаловедения, дефектоскопии и фундаментальных исследований в ядерной физике.

Изобретение относится к ядерной технологии и предназначено для получения радиоактивных изотопов для медицинских целей

3аявленное изобретение относится к источникам протонов или нейтронов высокой энергии для производства медицинских изотопов и осуществления других процессов, включая превращение ядерных отходов. Осуществление заявленной группы изобретений предполагает наличие ионного источника, ускорителя и мишенной установки. При этом мишенная установка функционально связана с указанным ускорителем и содержит облучаемый материал мишени для извлечения ядерных частиц, который реагирует с ускоренным пучком для излучения ядерных частиц, при этом мишенная установка имеет форму и размеры: а) магнитной мишенной камеры, б) линейной мишенной камеры, функционально связанной с высокоскоростным синхронизированным насосом, или в) линейной мишенной камеры, функционально связанной с системой извлечения изотопов. Техническим результатом является обеспечение возможности получения изотопов в малых и отдаленных районах и уменьшение капитальных вложений в крупное оборудование. 3 н. и 32 з.п. ф-лы, 1 табл., 21 ил.

Изобретение относится к реакторному материаловедению, в частности к способу исследования радиационной стойкости конструкционных и топливных материалов при высоких и предельных уровнях облучения для активных зон атомных реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. Техническим результатом является увеличение объема и достоверности информации по свойствам облученных образцов. Изготавливают образцы различных видов и размещают их в выемном контейнере, который размещают в активной зоне реактора. По высоте контейнера формируют три зоны облучения образцов. Нижнюю и верхнюю зоны облучения образцов формируют в области наибольшего градиента интенсивности нейтронного потока и повреждающих доз облучения по высоте активной зоны реактора. Температуру образцов нижней и средней зоны формируют с заданным потоком теплоносителя. Температуру образцов верхней зоны формируют за счет их нагрева при облучении в среде статического теплоносителя в герметичной ампуле, термоизолированной от проточного теплоносителя. Средняя зона включает несколько групп идентичных образцов, которые попарно размещены по высоте выемного контейнера. После облучения образцов извлекают выемной контейнер с образцами из активной зоны реактора. Проводят измерения, испытания и исследования свойств облученных образцов и устанавливают зависимости механических, физических свойств и радиационной стойкости исследуемых материалов от температуры и дозы облучения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Изобретение относится к технологии изготовления металло-тритиевых мишеней, в частности к способу изготовления титан-тритиевых мишеней, которые могут быть использованы для получения моноэнергетических потоков нейтронов. Заявляемый способ заключается в напылении слоя гидридобразующего металла на подложку магнетронным методом с использованием газа-носителя, нагревании металла на подложке до температуры 450-500°C, насыщении слоя гидридобразующего металла тритием из газовой фазы и охлаждении полученной мишени. В качестве газа-носителя используют аргон, содержащий кислород в количестве 0,05…0,1 об. %, а охлаждение мишени проводят в камере насыщения в среде трития. Технический результат заключается в упрощении процесса насыщения мишеней за счет исключения операции контроля степени насыщения слоя гидридобразующего металла, необходимости прерывания процесса насыщения и удаления трития из камеры насыщения при высоких температурах, а также в повышении безопасности условий работы персонала.

Изобретение относится к области ускорительной техники. Система производства изотопов содержит циклотрон с ярмом магнита, которое окружает ускорительную камеру. Циклотрон выполнен с возможностью направления пучка частиц из ускорительной камеры через ярмо магнита. Система производства изотопов также содержит систему мишени, которая расположена вблизи ярма магнита. Система мишени выполнена с возможностью удержания материала мишени и содержит радиационный экран, который проходит между ярмом магнита и местом размещения мишени. Радиационный экран имеет размер и форму, которые способствуют ослаблению гамма-излучения и нейтронного излучения, испускаемых из материала мишени в направлении ярма магнита. Система производства изотопов также содержит проход для пучка, который проходит от ускорительной камеры к месту расположения мишени. Проход для пучка, по меньшей мере частично, образован ярмом магнита и радиационным экраном системы мишени. Технический результат - снижение радиационного воздействия. 3 н. и 23 з.п.ф-лы, 12 ил.
Изобретение относится к способу изготовления титан-тритиевых мишеней, применяемых в вакуумной нейтронной трубке. В заявленном способе предусмотрена активация слоя гидридообразующего металла (титана), нанесенного на подложку, в камере насыщения путем нагрева до 300-500°С и подача трития в камеру насыщения с последующим ее охлаждением. Тритий в камеру насыщения подают перед активацией слоя гидридообразующего металла, при этом активацию проводят в среде трития. Количество поглощенного трития рассчитывают из условия достижения атомного отношения T/Ti, равного 1,5-1,7, а нагрев и охлаждение камеры насыщения проводят со скоростью 2-3°С/мин. Техническим результатом является повышение точности измерения количества трития, поглощенного мишенью, упрощение процесса насыщения мишеней за счет совмещения операций активации и насыщения, а также упрощение контроля степени насыщения титанового слоя, снижение вероятности отслоения тритида титана от подложки и, соответственно, радиационного загрязнения технологического оборудования, и повышение безопасности условий работы персонала. 1 пр.

Изобретение относится к технологии изготовления полимерных оболочечных мишеней для инерциального термоядерного синтеза. Технический результат - обеспечение возможности серийного изготовления оболочечной мишени при требуемой воспроизводимости заданных параметров мишени с повышенными прочностными характеристиками. Способ изготовления оболочечной мишени по его первому варианту включает формирование полимерной оболочки, легированной присадками, на первом этапе изготавливают первую, внутреннюю, и вторую, внешнюю, пленки-заготовки, затем осуществляют зонное легирование отдельно первой и второй пленок-заготовок частицами присадок различного типа соответственно для первой и второй пленок-заготовок так, что длина зоны легирования частиц присадок соответствует длине первой и второй пленок-заготовок соответственно, а заданную ширину зон легирования выбирают таким образом, что реализуют заданное распределение частиц присадок по радиусу оболочечной мишени; на втором этапе осуществляют перфорацию первой пленки-заготовки, далее создают выступы заданной высоты и конфигурации на первой пленке-заготовке; на третьем этапе осуществляют нарезку первой и второй пленки-заготовки так, что обеспечивают их заданную ширину и длину так, что обеспечивают заданное число слоев оболочечной мишени; на четвертом этапе осуществляют соединение первой и второй пленок заготовок по их длине с заданной адгезией; на пятом этапе сворачивают соединенные пленки-заготовки в рулон таким образом, что образующая рулона параллельна линии соединения пленок так, что первая пленка-заготовка образует рабочие активные слои, а вторая пленка-заготовка образует внешние, абляционные слои. Первый из абляционных слоев плотно прилегает к наружному витку первой пленки-заготовки, при таком сворачивании в рулон заданное число слоев первой пленки-заготовки определяет размер активной области мишени, а число слоев второй пленники-заготовки определяет толщину абляционного слоя мишени, после чего фиксируют внешний край рулона, получая оболочечную мишень; на шестом этапе осуществляют одновременно нарезку получившегося цилиндрического рулона до требуемой длины и формируют торцевые поверхности заготовок мишеней. Осуществление способа изготовления оболочечной мишени по его второму варианту аналогично описанному выше способу по его первому варианту до выполнения шестого этапа. Отличие заключается в том, что после осуществления пятого этапа, на котором формируют цилиндрическую заготовку оболочечной мишени, выполняют шестой этап. На этом этапе цилиндрическую заготовку оболочечной мишени сжимают с двух противоположных сторон. Для обеспечения равномерного распределения силы по площади заготовку оболочечной мишени помещают между двумя плоскими пластинами, прочность которых выше прочности заготовки мишени. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к средствам автоматической регенерации литиевой мишени. Заявленные способ и устройство предусматривают наличие функции измерения толщины пленки лития литиевой мишени и возможность автоматической регенерации расходуемой литиевой мишени посредством перемещения источника осаждения из паровой фазы к литиевой мишени. Устройство (106) автоматической регенерации литиевой мишени обеспечивает автоматическую регенерацию лития литиевой мишени, при этом устройство (106) включает в себя блок (1) осаждения лития из паровой фазы для осаждения лития из паровой фазы на литиевой мишени. Блок (1) осаждения лития из паровой фазы обеспечивает осаждение лития из паровой фазы на литиевой мишени, двигаясь к стороне литиевой мишени. Техническим результатом является отсутствие необходимости в замене литиевой мишени по мере расхода лития в данной мишени, а также возможность локальной или полной регенерации лития в литиевой мишени в автоматическом режиме. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к устройству для сбора электрически заряженных частиц и может применяться в области производства радиоизотопов или нейтронов. Устройство включает в себя первый кожух и концентрически расположенный вокруг первого кожуха второй кожух. Каждый из кожухов соответственно разделен на первую половину кожуха и вторую половину кожуха. Между первой половиной первого кожуха и второй половиной первого кожуха расположен первый выключатель. Между второй половиной первого кожуха и первой половиной второго кожуха расположен второй выключатель. Первая половина второго кожуха имеет пропускное отверстие. Техническим результатом является возможность рекуперации энергии частиц, проникших сквозь мишень, а также повышение энергетической эффективности. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ядерной физике и медицине в области бор-нейтронозахватной терапии злокачественных опухолей. Для генерации оптимального потока нейтронов с использованием реакции 7Li(p,n)7Be в заявленном изобретении вместо применения 3-слойных мишеней, содержащих. нейтроногенерирующий слой, слой-поглотитель протонного пучка и теплоотводящий слой, обеспечивающий также механическую прочность всей конструкции, предусмотрено объединение поглотителя протонного пучка с теплоотводящим слоем и его изготовление из тантала. Для обеспечения механической прочности и малого перепада температуры при отводе тепла нейтроногенерирующая мишень сделана из 20 танталовых трубочек диаметром 5 мм с толщиной стенки 0,2 мм, длиной 113 мм, размещенных в два ряда и впаянных в медный корпус (обечайку). Техническим результатом является повышение срока эксплуатации, снижение уровня нежелательного сопутствующего излучения и повышение эффективности теплосъема для поддержания литиевого слоя в твердом состоянии. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх