Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

Кафедра № 21

Пояснительная записка к учебно-исследовательской работе:

«Возможность увеличения производительности вакуумной нейтронной трубки»

Студент	Власюк А.В.
Руководитель	Беграмбеков Л.Б.
Консультант	Каплевский А.С.

Москва 2009 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение 3

2. Анализ литературных данных о взаимодействии ионов с поверхностью активного слоя мишени ВНТ. 3-5

3. Описание установки «МИКМА». 5-7

4. Исследование распределения изотопов водорода по мишени. Формирование на основе экспериментальных данных направлений работ с целью совершенствованию технологии изготовления мишеней ВНТ. 7-12

5. Заключение 12

6. Список литературы 12

1. Введение

Вакуумные нейтронные трубки находят широкое применение в различных областях техники и технологии. В настоящее время ведутся работы по улучшению эксплуатационных характеристик ВНТ, включая увеличение срока службы и повышение стабильности их параметров. Исследуются возможности достижения большей степени насыщения мишеней в результате улучшения качества насыщения мишени.

2. Анализ литературных данных о взаимодействии ионов с поверхностью активного слоя мишени внт.

Для получения нейтронов с энергией 14 МэВ применяют реакцию D-T, используя тритий-скандиевые, тритий –титановые, тритий-редкоземельные металлы или другие тритиевые мишени. При этом оказывается, что выход нейтронов с течением времени падает.

Нестабильность потока нейтронов с энергией 14 МэВ во времени является следствием различных причин.

1. Ионы дейтерия , останавливаясь в тритиевой мишени, повышают в ней концентрацию изотопов водорода до размеров, при которых они начинают выделяться из материалов мишени в результате диффузии [1], т.е. бомбардирующий пучок вносит в мишень ядра дейтерий, а выделяется из нее и дейтерий и тритий: со временем мишень обедняется тритием и выход нейтронов падает. Более того, падение выхода нейтронов с энергией 14 МэВ происходит в результате снижения концентрации трития и возрастания концентрации дейтерия в областях, соответствующих концам пробегов молекулярных ионов дейтерия (при работе на неразделенных по массам пучках [2,3]). При этом обедненный тритием слой приходится на резонансную область взаимодействия дейтронов атомарного компонента пучка с ядрами трития (рис.1).

2.2. Тритий убывает вследствие протекания реакции D-T.

2.3. Происходит выделение трития из материала мишени в результате термического разложения гидрида металла, т.е. плохого теплоотвода подводимой мощности от мишени [4-7] (рис.2, а). Наложение температурного поля приводит к интенсификации тепловых колебаний и, следовательно, к ускоренной диффузии и десорбции трития.

Мишени на основе редкоземельных металлов являются более термостойкими, чем на основе титана и циркония (рис.2, б). Ниже приведены температуры разложения различных гидридов редкоземельных элементов в вакууме при коэффициенте насыщения N=1,7 [8]: иттрий-650, исодима-650, празсодима-640, гадолиния-690, эрбия-690, лютецийя-720˚С.

2.4. При работе с пучком ионов, не разделенных по массам, происходит внедрение кислорода в поверхностный слой мишени [13], что приводит к образованию оксидов и уменьшению концентрации трития. Для большинства металлов, начиная с алюминия, присутствие кислорода уменьшает степень окклюзии изотопов водорода металлом [14]. Действие кислорода тем сильнее, чем больше А. Для некоторых металлов кислород и водород являются взаимоисключающими элементами.

3. Описание установки «микма».

Установка (рис.3а) состоит из шлюзовой камеры (1), камеры ионно-пучкового облучения (2), камеры плазменного облучения (3), камеры термодесорбционного анализа (4), системы ввода и крепления образца (5), системы напуска газов (6), системы вакуумной откачки, блоков питания и управления установкой.

Шлюзовая камера позволяет вводить и выводить образец из установки без ее развакуумирования. Уплотнение (1-1) позволяет перемещать ввод образца (5) из одной камеры в другую.

Камера ионно-пучкового облучения (2) служит для облучения образца сильноточным ионным пучком. Ионный пучок формируется ионным источником (2-1), электростатической система ускорения, фокусировки и торможения ионов (2-2).

В камере плазменного облучения (3) проводится облучение образца ионами и электронами, вытягиваемыми из плазменного разряда. В камере установлены накальный катод (3-1), анод (3-2), зонд Ленгмюра (3-3) и защитный кожух (3-4), предотвращающий узел крепления образца от облучения плазмой. На внешней стороне камеры установлены вентиляторы (3-5), охлаждающие камеру при горении разряда.

Камера термодесорбционного анализа (ТДС) (4) предназначена для программируемого нагрева образца и записи спектров выделяющихся при этом газов, которые регистрируются с помощью квадрупольного масс-спектрометра (4-1). ТДС камера соединена с плазменной через натекатель (4-2), позволяющий контролировать состав газа при горении разряда. Камера имеет водяное охлаждение, поддерживающее ее температуру при любой температуре образца на уровне 155 С.

Узел ввода и крепления образца (5) предназначен для установки образца (5-1) в специальный держатель (рис.1б) и перемещения образца из одной камеры в другую. Узел состоит из держателей образца (5-2), муфт (5-3), термопары образца (5-4), нагревателя образца (5-5) и преднагревателя (5-6). Держатели образца и оба нагревателя выполнены из вольфрамовой проволоки 0,3 мм, которая закреплена в муфтах (5-3). Конструкция узла обеспечивает температуру образца 1000 K при прогреве в постоянном режиме, и на короткое время позволяет ее поднимать до 1800 K. Преднагреватель (5-6) служит для обезгаживания элементов узла перед проведением ТДС анализа.

Дополнительная термопара (5-7), установленная на электрическом вакуумном вводе узла, измеряет температуру мест соединения электрического ввода и термопары образца, и используется для коррекции показаний температуры образца.

Система напуска газа (6) служит для управляемого напуска рабочего газа в плазменную камеру и ионный источник.

Блоки питания (на рис.3 не показаны) служат для подачи напряжения на ионный источник, накальный катод и анод плазменной камеры, на образец для помещения его под необходимый потенциал.