Neytron generatori

Neytron generatorlari — ixcham chiziqli zarracha tezlatgichlarini oʻz ichiga olgan va vodorod izotoplarini birlashtirish orqali neytronlarni ishlab chiqaradigan neytron manba qurilmalari. Ushbu qurilmalarda termoyadroviy reaktsiyalar deyteriy, tritiy yoki bu ikki izotop aralashmasini deyteriy, tritiy yoki shu izotoplar aralashmasini oʻz ichiga olgan metall gidrid nishoniga tezlashtirish orqali sodir boʻladi. Deyteriy atomlarining birlashishi (D + D) natijasida geliy-3 ioni va kinetik energiyasi taxminan 2,5 boʻlgan neytron hosil boʻladi. MeV . Deyteriy va tritiy atomining (D + T) birlashishi natijasida geliy-4 ioni va kinetik energiyasi taxminan 14,1 boʻlgan neytron hosil boʻladi. MeV. Neytron generatorlari tibbiyot, xavfsizlik va materiallar tahlilida qoʻllaniladi.

Neytronning tugʻilishi va uning xossalari.1932- yili ingliz  fizigi  D.Chedvik   neytronni  kashf  etsi. Berilliyni   α-zarralar  bilan bombardimon   qilganda protonlar   paydo  boʻlmadi. Biroq  qalinligi 10-20  sm  boʻlgan  qoʻrgʻoshin  plastinkadan  iborat toʻsiqdan   oʻta   oldigan  kuchli   kiruvchan   qandaydir  nurlanish  bor   ekanligi  aniqlandi. Bu  nurlanish   (zarralar oqimi)  taʼsirida  u  bilan   toʻqnashayotgan   atom  juda   katta    energiya  olar   edi. Bu  zarralarning  kiruvchanlik   qobilyati   katta  boʻlgani   va   gazni  bevosita    ionlashtirmagani   uchun  ular   elektr   jihatidan  neytraldir. Yangi   zarra   neytron  deb   ataldi. α

       Bu   yerda    neytronning  belgisi,  uning   zaryadi  nolga   teng, nisbiy   massasi  esa    taxminan  birga  teng. Neytronning   massasi   1836,6  elektron   massasiga   teng  boʻlib,  proton   massasidan   salgina   katta. Neytron   beqaror  zarra,   ozod   neytron  15  minutga   yaqin  vaqt   ichida   proton,  elektron   va   adi.neytrinoga(tinchlik  massaga  ega   boʻlmagan  zarra) parchalanadi. 

      Neytronning  zarydi.1932-yil   Vilson  kameerasida   neytronlarning   oʻtishini kuzatdi. Neytron  yoʻlida  bittadan koʻp boʻlmagan  ion  hosil   boʻlishini   aniqladi. Bu  kamida uch  metr   masofa  hamda  protonga  qaraganda  ming   baravar   kichikroq zaryadga   toʻgʻri  keldi. Shuning uchun   neytron  zaryadi  eng  kichik   deb  qabul   qilingan  va nolga   teng. Neytral   zarrachani  kashf   etish   boshidanoq fiziklar   uchun  eng  muhim  voqea   sifatida  zaryadning   ajralmas  qismi  ekanligini   fikrlar   mavjud  boʻlgan. 1920-yilda Rezerford   neytron   borligi  haqida   gipotezani   ilgari  surdi. Chunki   elektron   va  proton   bir-birni  netrallar  edi. Neytron   topilgandan   keyin  bu   neytrall   tushuncha  shubhali   edi  Chunki  neytron   massasi    elektron  va   proton   massalarining  yigʻindisidan   koʻproq  boʻlib   chiqdi. Bu   taklif  (Ivanenko,  Chadvik)lar   tomonidan  yadroning   proton-neytron   moduli  sifatida   qaraldi. Keyinchalik    Heisenberg  yadroda   protonlar   va  neytronlar   yigʻindisi    sifatida  qaraldi.  Geyzenberg  proton va  neytronni    hisobga  olgan   holda   bitta  nuklon   zarrachasinin  ikkita  kvant  holati, yaʼni   izospinlar  soni   va  bu  kontseptsiya   asosiy  narsalardan  biri   edi. Hideki  Yuka  1934-yilda   yangi  elemental   zarrachaning   mavjudligini     bashorat  qildi. Elektron  va   ydro  massalar   orasidagi   massa  orqali     -mezon   nuklonlar   orasidagi   yadro  kuchlarni   kelib   chiqishini  tushuntirdi. -mezonlar   va  nuklonlarning   almashunuvi   nuklonlar  orasidagi   kuchliroq    tortilishiga   olib  keldi. Hozirgi   vaqtda  u  elektr   zaryadining   majudligiga  qiziqish  bildirmoqda, fizikaning   asosiy  muammolari blan   bogʻliq yopiq   superstringlarning   majudligi  cheksiz  kengaytirilgan   tizimli 10 yoki  26 oʻlchovli   obyektlar.1989-yilda  neytron  zaryadining   quyidagi   oʻlchovi aniqlandi:en  =(-0,4    e, bu  qiymat  hanuzgacha  oʻzgarmagan. Neytronning   magnit  momenti  haqida   gapiradigan  boʻlsak, bu   neytron   tomonidan  taqdim   etilgan  navbatdagi  syurpriz  boʻldi.1930-yillarda   neytrall zarracha   magnit   momentga  gʻoyalar   ilgari   surilgan. Biroq, neytronning  magnit  momenti  haqidagi   gipoteza  1934-yillarda   paydo  boʻlgan. O.Shtrenom   va  uning   hamkasblari   molekulalarning magnit   momentlarini   oʻlchash  qurilmasi  orqali   molekular  nurning   bir xil  boʻlmagan  magnitga   ogʻish   tufayli  (Stren -Gerlax  tajribalari) maydon   magnit   momentlarini   oʻlchashga  imkon  berdi  proton  va   deytronsiz. Neytronning   hossalarini  quyidagi   1.1-jadvalda  berib oʻtamiz.    

Asosiy kontseptsiya birinchi marta 1930-yillarning boshlarida Kavendish laboratoriyasida Ernest Ruterford jamoasi tomonidan ishlab chiqilgan. Mark Olifant Cockcroft-Walton generatori tomonidan boshqariladigan chiziqli tezlatgichdan foydalanib, deyteriy ionlarini deyteriy bilan toʻldirilgan metall plyonkaga yoqish boʻyicha tajriba oʻtkazdi va bu zarralarning oz qismi alfa zarrachalarini chiqarishini payqadi. Bu yadro sintezining birinchi namoyishi, shuningdek, ushbu reaktsiyalarda yaratilgan geliy-3 va tritiyning birinchi kashfiyoti edi. Yangi quvvat manbalarining joriy etilishi ushbu mashinalarning hajmini doimiy ravishda kichraytirdi, laboratoriya burchagini toʻldirgan Oliphantdan tortib, yuqori darajada portativ boʻlgan zamonaviy mashinalargacha. Oʻtgan besh oʻn yillikda minglab bunday kichik, nisbatan arzon tizimlar qurilgan.

Neytron generatorlari termoyadroviy reaktsiyalar hosil qilsa-da, bu reaktsiyalarni keltirib chiqaradigan tezlashtirilgan ionlar soni juda kam. Ushbu reaktsiyalar natijasida chiqarilgan energiya ionlarni tezlashtirish uchun zarur boʻlgan energiyadan bir necha baravar past ekanligini osongina koʻrsatish mumkin, shuning uchun bu mashinalarni aniq termoyadroviy quvvat ishlab chiqarish uchun ishlatish imkoniyati yoʻq. Tegishli kontseptsiya, toʻqnashuv nurlari sintezi, bu muammoni bir-biriga qarata oʻt ochadigan ikkita tezlatgich yordamida hal qilishga harakat qiladi.

Deyteriy (D, vodorod-2, 2 H) tritiy (T, vodorod-3, 3 H) termoyadroviy reaktsiyalaridan foydalanadigan kichik neytron generatorlari eng keng tarqalgan tezlatgichga asoslangan (radioaktiv izotoplardan farqli oʻlaroq) neytron manbalari. Ushbu tizimlarda neytronlar deyteriy, tritiy yoki deyteriy va tritiy ionlarini yaratish va ularni deyteriy yoki deyteriy va tritiy bilan yuklangan gidrid nishoniga aylantirish orqali ishlab chiqariladi. DT reaksiyasidan DD reaksiyasidan koʻproq foydalaniladi, chunki DT reaksiyasining unumi DD reaksiyasidan 50-100 marta yuqori boʻladi.

D + T → n + 4 He E n = 14.1 MeV

D + D → n + 3 He E n = 2,5 MeV

DD va DT reaktsiyalari natijasida hosil boʻlgan neytronlar maqsaddan bir oz anizotropik ravishda, oldinga (ion nurining oʻqida) yoʻnalishi boʻyicha bir oz egilgan holda chiqariladi. DD va DT reaksiyalaridan neytron emissiyasining anizotropiyasi reaksiyalar impuls koordinata tizimining (COM) markazida izotrop boʻlishidan kelib chiqadi, ammo bu izotropiya COM koordinata tizimidan laboratoriya maʼlumot tizimiga oʻtishda yoʻqoladi. Ikkala maʼlumot tizimida ham He yadrolari impulsning saqlanish qonuniga muvofiq chiqarilgan neytronga teskari yoʻnalishda orqaga buriladi.

Neytron naychalarining ion manbai hududida gaz bosimi odatda 0,1-0,01 oraligʻida boʻladi. mm<span typeof="mw:Entity" id="mwSA">&nbsp;</span>Hg . Elektrodlarning oʻrtacha erkin yoʻli ionlanishga erishish uchun (bosimning pastki chegarasi) zaryadsizlanish boʻshligʻidan qisqaroq boʻlishi kerak, elektrodlar oʻrtasida qoʻllaniladigan yuqori ekstraktsiya kuchlanishlarida razryadlar paydo boʻlishining oldini olish uchun bosim etarli darajada past boʻlishi kerak. Tezlashuvchi mintaqadagi bosim ancha past boʻlishi kerak, chunki yuqori kuchlanish elektrodlari oʻrtasida razryad hosil boʻlishining oldini olish uchun elektronlarning oʻrtacha erkin yoʻli uzoqroq boʻlishi kerak.

Ion tezlatgich odatda silindrsimon simmetriyaga ega boʻlgan bir nechta elektrodlardan iborat boʻlib, ular einzel linzalari vazifasini bajaradi. Shunday qilib, ion nurlari nishondagi kichik nuqtaga yoʻnaltirilishi mumkin. Tezlatgichlar odatda 100-500 kV quvvat manbalarini talab qiladi. Ular odatda bir necha bosqichga ega, bosqichlar orasidagi kuchlanish 200 dan oshmaydi kV dala emissiyasini oldini olish uchun.

Radionuklidli neytron manbalari bilan taqqoslaganda, neytron naychalari ancha yuqori neytron oqimlarini ishlab chiqarishi va izchil (monoxromatik) neytron energiya spektrlarini olish mumkin. Neytron ishlab chiqarish tezligi ham nazorat qilinishi mumkin.

Muhrlangan neytron naychalari 
Neytron generatorining markaziy qismi zarracha tezlatgichining oʻzi boʻlib, baʼzan neytron naychasi deb ataladi. Neytron naychalari bir nechta komponentlarga ega, shu jumladan ion manbai, ion optik elementlari va nur nishoni; bularning barchasi vakuum oʻtkazmaydigan korpus ichiga oʻralgan. Quvurning ion optik elementlari orasidagi yuqori kuchlanishli izolyatsiya shisha va / yoki keramika izolyatorlari bilan taʼminlanadi. Neytron trubkasi, oʻz navbatida, metall korpusga, tezlatgich boshiga oʻralgan boʻlib, u quvurning yuqori kuchlanish elementlarini ish joyidan izolyatsiya qilish uchun dielektrik muhit bilan toʻldirilgan. Tezlatgich va ion manbai yuqori kuchlanishlari tashqi quvvat manbalari tomonidan taʼminlanadi. Boshqaruv konsoli operatorga neytron naychasining ish parametrlarini sozlash imkonini beradi. Quvvat manbalari va boshqaruv uskunalari odatda  laboratoriya asboblarida tezlatkich boshi, lekin quduqlarni kesish asboblarida bir necha kilometr uzoqlikda boʻlishi mumkin.

Oldingilariga qaraganda, muhrlangan neytron naychalari ishlash uchun vakuum nasoslari va gaz manbalarini talab qilmaydi. Shuning uchun ular yanada mobil va ixcham, ayni paytda bardoshli va ishonchli. Masalan, muhrlangan neytron naychalari radioaktiv modulyatsiyalangan neytron inisiatorlari oʻrnini egalladi, bu esa zamonaviy yadro qurollarining portlovchi yadrosiga neytronlar impulsini etkazib beradi.

Neytron naychalari gʻoyalariga misollar 1930-yillarda, yadro qurolidan oldingi davrga toʻgʻri keladi, nemis olimlari 1938 yil nemis patentini topshirgan (1938 yil mart, № 261,156 patent) va Amerika Qoʻshma Shtatlari patentini olgan (1941 yil iyul, USP № 2,251,190); Sanʼatning hozirgi holatiga misollar Albuquerque NMdagi Sandia National Laboratoriesda ixtiro qilingan Neytristor , asosan qattiq holatda boʻlgan, kompyuter chipiga oʻxshash qurilma kabi ishlanmalarda keltirilgan.  Odatiy muhrlangan dizaynlar impulsli rejimda ishlatiladi  va ion manbasidan foydalanish muddatiga va yuklangan maqsadlarga qarab turli chiqish darajalarida ishlashi mumkin.

Ion manbalari 
Yaxshi ion manbai gazning koʻp qismini isteʼmol qilmasdan kuchli ion nurini taʼminlashi kerak. Vodorod izotoplari uchun molekulyar ionlarga qaraganda atom ionlarini ishlab chiqarish afzalroqdir, chunki atom ionlari toʻqnashuvda yuqori neytron rentabelligiga ega. Keyin ion manbasida hosil boʻlgan ionlar elektr maydoni tomonidan tezlatuvchi hududga chiqariladi va maqsad tomon tezlashadi. Gaz isteʼmoli, asosan, ushlab turilishi kerak boʻlgan ion hosil qiluvchi va ion tezlashtiruvchi boʻshliqlar orasidagi bosim farqi bilan bogʻliq. Ion oqimlari 10 mA gaz isteʼmoli 40 sm 3 /soatga erishish mumkin.

Muhrlangan neytron trubkasi uchun ideal ion manbai past gaz bosimidan foydalanishi, atom ionlarining katta qismi bilan yuqori ion oqimini berishi, kam gazni tozalashi, kam quvvat ishlatishi, yuqori ishonchliligi va umrining yuqori boʻlishi kerak. oddiy va mustahkam va uning texnik talablari past boʻlishi kerak.

Gazni toʻldiruvchida, elektr bilan isitiladigan tsirkonyum simli lasanda samarali saqlash mumkin. Uning harorati korpusdagi bosimni tartibga soluvchi metall tomonidan vodorodning yutilish/desorbsiya tezligini aniqlaydi.

Tarixi 
1920-yilda Rezerford atomlar yadrosida massiv zarralar bor deb taxmin qildi va 1932-yida Rezerfordning shogirdi Chedvik oʻzining labaratoriyasida — zarrachalar bilan berelliyni  bonbordimon qilganda bu zarrachalar neytronlar oqimi ekanligini kashf etdi . Chedvikning apparati  birinchi neytron generatori sifatida qaraladi.

Neytron  generatorlari- bu neytron nurlarini hosil qiluvchi moslama . Boshqacha qilib aytganda neytron generatorlari neytron nurlanishining bir  necha manbalaridan  biridir . Neytron generatorlarining xususiyatlari sintiz reaksiyalari toʻqnashuvidan krlib chiqadi.  Yaʼni   tezlashtirilgan  deytiriy  yoki  tritiy   iyonlari. Diytiriy  bu- vadorodning   barqaror  izotopi boʻlib bitta neytron va  bitta   protonli  vodorod (yaʼni   D=2H), tritiy  esa  radioktiv izotopdir  2 ta neyttron   1 ta protonli   vodorod (yaʼni   D=3H). 3H  vodorod  izotopini  2H(d, n) reaksiyasi  hosil qiladi.4He vodorod izotopini    3H (d, n)  reaksiyasi hosil qiladi. Neytron   generatorlarining   bu  turlari   eng   koʻp tarqalgan.  Termayadroviy   reaksiyalarga  asoslangan, shuningdek   savdoda  ham   mavjud. Termayadroviyga   asoslangan  neytron   generatorlari  arzon narxga   ega   va qisqa  muddatli   ishlaydi. Qisqa operatsion   umr   koʻrish  uchun   ikkita    asosiy  omil   mavjud.  Bu omilning   bittasi   quvvat  zichligi   yuqoriligidir. Yana   bir   omili  aniq   nishonni  atomi  mavjuddir.

Manbalar