304L 6.35*1мм зэвэрдэггүй ган ороомог хоолой нийлүүлэгчид, Импульсийн шууд нейтрон үүсгэх эрчимтэй литийн цацрагийг үзүүлэх

Nature.com сайтаар зочилсонд баярлалаа.Та хязгаарлагдмал CSS дэмжлэгтэй хөтчийн хувилбарыг ашиглаж байна.Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer-д нийцтэй байдлын горимыг идэвхгүй болгох).Нэмж дурдахад, байнгын дэмжлэгийг хангахын тулд бид сайтыг хэв маяг, JavaScript-гүй харуулж байна.
Слайд бүрт гурван өгүүллийг харуулсан слайдерууд.Слайдуудын дундуур шилжихийн тулд буцах болон дараагийн товчлууруудыг, слайд бүрээр шилжихийн тулд төгсгөлд байрлах слайд хянагчийн товчлууруудыг ашиглана уу.

Цөмийн реакторын судалгааны өөр хувилбар болох литийн ион туяа хөтлөгчийг ашигладаг авсаархан хурдасгуураар удирддаг нейтрон генератор нь хүсээгүй цацрагийг бага хэмжээгээр үүсгэдэг тул ирээдүйтэй нэр дэвшигч байж болох юм.Гэсэн хэдий ч литийн ионуудын эрчимтэй цацрагийг дамжуулахад хэцүү байсан тул ийм төхөөрөмжийг практикт ашиглах боломжгүй гэж үзсэн.Ионы урсац хангалтгүй байгаатай холбоотой хамгийн хурц асуудал бол шууд плазм суулгах схемийг хэрэглэснээр шийдэгдсэн.Энэ схемд литийн металл тугалган цаасыг лазераар устгаснаар үүссэн өндөр нягтралтай импульсийн плазмыг өндөр давтамжийн дөрвөлжин хурдасгуураар (RFQ хурдасгуур) үр дүнтэй шахаж, хурдасгадаг.Бид 1.43 МэВ хүртэл хурдасгасан 35 мА цацрагийн гүйдлийн оргилд хүрсэн бөгөөд энэ нь ердийн форсунк ба хурдасгуурын системээс хоёр дахин их юм.
Рентген туяа эсвэл цэнэгтэй бөөмсөөс ялгаатай нь нейтрон нь их хэмжээний нэвтрэлтийн гүнтэй, конденсацлагдсан бодистой өвөрмөц харилцан үйлчлэлтэй байдаг тул материалын шинж чанарыг судлахад маш уян хатан мэдрэгч болдог1,2,3,4,5,6,7.Ялангуяа конденсацлагдсан бодисын найрлага, бүтэц, дотоод стрессийг судлахад нейтрон сарниулах аргыг түгээмэл ашигладаг бөгөөд рентген спектроскопийн тусламжтайгаар илрүүлэхэд хэцүү металлын хайлш дахь ул мөрийн нэгдлүүдийн талаар дэлгэрэнгүй мэдээлэл өгөх боломжтой8.Энэ аргыг суурь шинжлэх ухаанд хүчирхэг хэрэгсэл гэж үздэг бөгөөд металл болон бусад материал үйлдвэрлэгчид ашигладаг.Сүүлийн үед нейтроны дифракцийг төмөр зам, онгоцны эд анги зэрэг механик бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн үлдэгдэл хүчдэлийг илрүүлэхэд ашиглаж байна9,10,11,12.Нейтроныг протоноор баялаг материалаар амархан барьж авдаг тул газрын тос, хийн цооногуудад мөн ашигладаг13.Үүнтэй төстэй аргуудыг барилгын инженерчлэлд ашигладаг.Үл эвдэх нейтрон туршилт нь барилга байгууламж, хонгил, гүүрний далд эвдрэлийг илрүүлэх үр дүнтэй хэрэгсэл юм.Нейтрон цацрагийг ашиглах нь шинжлэх ухааны судалгаа, үйлдвэрлэлд идэвхтэй ашиглагдаж байгаа бөгөөд тэдгээрийн ихэнх нь цөмийн реактор ашиглан бүтээгдсэн байдаг.
Гэсэн хэдий ч цөмийн зэвсгийг үл дэлгэрүүлэх талаар дэлхий нийтээр зөвшилцсөний үр дүнд судалгааны зорилгоор жижиг реактор барих нь улам хэцүү болж байна.Түүгээр ч барахгүй саяхан болсон Фүкүшимагийн ослын улмаас цөмийн реактор барих нь нийгэмд бараг хүлээн зөвшөөрөгдөх хэмжээнд хүрсэн.Энэ чиг хандлагатай холбоотойгоор хурдасгуур дахь нейтроны эх үүсвэрийн эрэлт нэмэгдэж байна2.Цөмийн реакторын альтернатив хувилбар болох хэд хэдэн том хурдасгуурыг задлах нейтроны эх үүсвэрүүд аль хэдийн ажиллаж байна14,15.Гэсэн хэдий ч нейтрон цацрагийн шинж чанарыг илүү үр дүнтэй ашиглахын тулд хурдасгуур дахь авсаархан эх үүсвэрүүдийн хэрэглээг өргөжүүлэх шаардлагатай байна, 16 нь аж үйлдвэр, их сургуулийн эрдэм шинжилгээний байгууллагуудад харьяалагддаг.Хурдасгуурын нейтроны эх үүсвэрүүд нь цөмийн реакторыг орлохоос гадна шинэ боломж, функцүүдийг нэмсэн14.Жишээлбэл, линакаар удирддаг генератор нь хөтчийн цацрагийг удирдах замаар нейтроны урсгалыг хялбархан үүсгэж чаддаг.Нэгэнт ялгарсан нейтроныг хянах, арын нейтроны үүсгэсэн дуу чимээний улмаас цацрагийн хэмжилтийг шинжлэхэд хэцүү байдаг.Хурдасгуураар удирддаг импульсийн нейтронууд энэ асуудлаас зайлсхийдэг.Дэлхий даяар протоны хурдасгуурын технологид суурилсан хэд хэдэн төслийг санал болгосон байна17,18,19.7Li(p, n)7Be ба 9Be(p, n)9B урвалууд нь эндотермик урвал учраас протоноор удирддаг компакт нейтрон генераторуудад ихэвчлэн ашиглагддаг.Хэрэв протоны цацрагийг өдөөхөөр сонгосон энерги нь босго хэмжээнээс бага зэрэг өндөр байвал илүүдэл цацраг, цацраг идэвхт хаягдлыг багасгах боломжтой.Гэсэн хэдий ч зорилтот цөмийн масс нь протоныхоос хамаагүй том бөгөөд үүссэн нейтронууд бүх чиглэлд тархдаг.Нейтроны урсгалын изотропийн ялгаралд ийм ойрхон байгаа нь нейтроныг судалгааны объект руу үр ашигтай тээвэрлэхэд саад болдог.Нэмж дурдахад объектын байршилд нейтроны шаардлагатай тунг авахын тулд хөдөлж буй протоны тоо болон тэдгээрийн энергийг ихээхэн нэмэгдүүлэх шаардлагатай.Үүний үр дүнд их хэмжээний гамма туяа ба нейтронууд нь том өнцгөөр тархаж, эндотермик урвалын давуу талыг устгах болно.Ердийн хурдасгуураар ажилладаг авсаархан протон дээр суурилсан нейтрон генератор нь хүчтэй цацрагийн хамгаалалттай бөгөөд системийн хамгийн том хэсэг юм.Протоныг жолоодох энергийг нэмэгдүүлэх хэрэгцээ нь ихэвчлэн хурдасгуурын байгууламжийн хэмжээг нэмэгдүүлэх шаардлагатай байдаг.
Хурдасгуур дахь ердийн авсаархан нейтроны эх үүсвэрийн ерөнхий дутагдлыг арилгахын тулд урвуу кинематик урвалын схемийг санал болгосон21.Энэ схемд нүүрсустөрөгчийн хуванцар, гидрид, устөрөгчийн хий, устөрөгчийн плазм зэрэг устөрөгчөөр баялаг материалыг чиглүүлэхэд протоны цацрагийн оронд илүү хүнд лити-ион туяаг чиглүүлэгч цацраг болгон ашигладаг.Бериллий ионоор удирддаг цацраг гэх мэт өөр хувилбаруудыг авч үзсэн боловч берилли нь харьцахдаа онцгой анхаарал шаарддаг хортой бодис юм.Тиймээс литийн цацраг нь урвуу кинематик урвалын схемд хамгийн тохиромжтой.Литийн цөмийн импульс нь протоныхоос их байдаг тул цөмийн мөргөлдөөний массын төв байнга урагшилж, нейтронууд мөн урагшаа ялгардаг.Энэ функц нь хүсээгүй гамма туяа болон өндөр өнцгийн нейтрон ялгаруулалтыг ихээхэн арилгадаг22.Протон хөдөлгүүрийн ердийн тохиолдол ба урвуу кинематик хувилбарын харьцуулалтыг Зураг 1-т үзүүлэв.
Протон ба литийн цацрагт зориулсан нейтроны үйлдвэрлэлийн өнцгийн зураг (Adobe Illustrator CS5, 15.1.0, https://www.adobe.com/products/illustrator.html ашиглан зурсан).(a) Хөдөлгөөнт протонууд литийн байны илүү хүнд атомуудыг цохиж байгаа тул урвалын үр дүнд нейтронууд ямар ч чиглэлд гарч болно.(б) Эсрэгээр, хэрэв лити-ион драйвер нь устөрөгчөөр баялаг байг бөмбөгдвөл системийн массын төвийн өндөр хурднаас болж урагш чиглэсэн нарийн конус хэлбэрээр нейтронууд үүсдэг.
Гэсэн хэдий ч протонтой харьцуулахад өндөр цэнэгтэй хүнд ионуудын шаардлагатай урсгалыг бий болгоход бэрхшээлтэй байдаг тул цөөхөн тооны урвуу кинематик нейтрон генераторууд байдаг.Эдгээр бүх үйлдвэрүүд сөрөг цацруулагч ионы эх үүсвэрийг тандем электростатик хурдасгууртай хослуулан ашигладаг.Цацрагийн хурдатгалын үр ашгийг нэмэгдүүлэхийн тулд өөр төрлийн ионы эх үүсвэрийг санал болгосон26.Ямар ч тохиолдолд боломжтой лити-ион цацрагийн гүйдэл нь 100 мкА хүртэл хязгаарлагддаг.1 мА Li3+27 ашиглахыг санал болгосон боловч энэ ионы цацрагийн гүйдэл нь энэ аргаар батлагдаагүй байна.Эрчим хүчний хувьд литийн цацрагийн хурдасгуур нь протоны гүйдлийн оргил нь 10 мА28-аас хэтэрсэн протоны цацрагийн хурдасгууртай өрсөлдөх боломжгүй юм.
Лити-ион цацрагт суурилсан практик авсаархан нейтрон генераторыг хэрэгжүүлэхийн тулд ионгүй, өндөр эрчимтэй үүсгэх нь давуу талтай.Ионууд нь цахилгаан соронзон хүчээр хурдасч, удирддаг бөгөөд цэнэгийн түвшин өндөр байх нь илүү үр дүнтэй хурдатгалд хүргэдэг.Ли-ион цацрагийн драйверууд нь 10 мА-аас дээш Li3+ оргил гүйдлийг шаарддаг.
Энэ ажилд бид 35 мА хүртэлх оргил гүйдэлтэй Li3+ цацрагийн хурдатгалыг харуулсан бөгөөд энэ нь дэвшилтэт протоны хурдасгууртай харьцуулах боломжтой юм.Анхны литийн ион туяаг лазер устгал болон C6+-ийг хурдасгахын тулд анх боловсруулсан шууд плазм суулгацын схем (DPIS) ашиглан бүтээсэн.Захиалгат хийцтэй радио давтамжийн дөрвөлжин линак (RFQ linac) нь дөрвөн саваа резонансын бүтцийг ашиглан үйлдвэрлэсэн.Бид хурдасгах цацраг нь тооцоолсон өндөр цэвэршилттэй цацрагийн энергитэй болохыг баталгаажуулсан.Li3+ цацрагийг радио давтамжийн (RF) хурдасгуураар үр дүнтэй барьж, хурдасгасны дараа дараагийн линак (хурдасгуур) хэсгийг зорилтот газраас хүчтэй нейтроны урсгал үүсгэхэд шаардлагатай энергийг хангахад ашигладаг.
Өндөр хүчин чадалтай ионуудыг хурдасгах нь сайн батлагдсан технологи юм.Шинэ өндөр үр ашигтай авсаархан нейтрон үүсгэгчийг бий болгохын тулд үлдсэн ажил бол олон тооны бүрэн хуулсан литийн ионуудыг үүсгэж, хурдасгуур дахь RF-ийн циклтэй синхрончлогдсон ионы импульсийн цувралаас бүрдэх кластерийн бүтцийг бий болгох явдал юм.Энэхүү зорилгод хүрэхийн тулд хийсэн туршилтын үр дүнг дараах гурван дэд хэсэгт тайлбарласан болно: (1) литийн ионоос бүрэн ангид цацраг үүсгэх, (2) тусгайлан зохион бүтээсэн RFQ линак ашиглан цацрагийн хурдатгал, (3) шинжилгээний хурдатгал. түүний агуулгыг шалгахын тулд цацрагийн .Brookhaven National Laboratory (BNL) дээр бид Зураг 2-т үзүүлсэн туршилтын тохиргоог хийсэн.
Лити туяаг түргэвчилсэн шинжилгээ хийх туршилтын тохиргооны тойм (Inkscape, 1.0.2, https://inkscape.org/-ээр дүрсэлсэн).Баруунаас зүүн тийш лазер-зорилтот харилцан үйлчлэлийн камерт лазер-аблятив плазмыг үүсгэж, RFQ linac-д хүргэдэг.RFQ хурдасгуур руу ороход ионууд нь плазмаас салж, RFQ хурдасгуур руу шилжилтийн бүсэд олборлох электрод ба RFQ электродын хоорондох 52 кВ-ын хүчдэлийн зөрүүгээс үүссэн гэнэтийн цахилгаан оронгоор дамжуулан RFQ хурдасгуур руу шахагдана.Олж авсан ионуудыг 2 метрийн урттай RFQ электродыг ашиглан 22 кеВ/н-ээс 204 кеВ/н хүртэл хурдасгадаг.RFQ linac-ийн гаралт дээр суурилуулсан гүйдлийн трансформатор (CT) нь ионы цацрагийн гүйдлийг үл эвдэх хэмжилтийг хангадаг.Цацраг нь гурван квадруполь соронзоор төвлөрч, дипол соронз руу чиглэгддэг бөгөөд энэ нь Li3+ цацрагийг ялгаж, детектор руу чиглүүлдэг.Хагарлын ард хурдасгах цацрагийг илрүүлэхийн тулд эвхэгддэг хуванцар сцинтиллятор ба -400 В хүртэлх хазайлттай Фарадей аяга (FC) ашигладаг.
Бүрэн ионжуулсан литийн ионуудыг (Li3+) үүсгэхийн тулд түүний гурав дахь иончлолын энергиэс (122.4 эВ) өндөр температуртай плазмыг бий болгох шаардлагатай.Бид өндөр температурт сийвэн үйлдвэрлэхийн тулд лазераар зайлуулах аргыг ашиглахыг оролдсон.Энэ төрлийн лазер ионы эх үүсвэрийг литийн ион туяа үүсгэхэд төдийлөн ашигладаггүй, учир нь литийн метал нь реактив бөгөөд тусгай зохицуулалт шаарддаг.Вакуум лазерын харилцан үйлчлэлийн камерт литийн тугалган цаас суурилуулах үед чийг, агаарын бохирдлыг багасгах зорилгоор зорилтот ачааллын системийг боловсруулсан.Материалын бүх бэлтгэлийг хуурай аргон хяналттай орчинд явуулсан.Лазерын зорилтот камерт литийн тугалган цаас суурилуулсны дараа тугалган цаасыг импульс тутамд 800 мЖ энергитэй Nd:YAG лазерын цацрагаар цацруулсан.Зорилтот дээр анхаарлаа төвлөрүүлэхэд лазерын эрчим хүчний нягтрал нь ойролцоогоор 1012 Вт / см2 байна.Импульсийн лазер нь вакуум дахь байг устгах үед плазм үүсдэг.Бүхэл бүтэн 6 ns лазер импульсийн үед плазм нь урвуу bremsstrahlung үйл явцын улмаас халсан хэвээр байна.Халаалтын үе шатанд ямар ч хязгаарлагдмал гадаад талбар байхгүй тул плазм гурван хэмжээстээр өргөжиж эхэлдэг.Плазм нь зорилтот гадаргуу дээгүүр өргөжиж эхлэхэд плазмын массын төв нь зорилтот гадаргуутай перпендикуляр хурдыг 600 эВ/н энергитэй болгодог.Халаалтын дараа плазм нь зорилтот цэгээс тэнхлэгийн чиглэлд хөдөлж, изотроп байдлаар тэлэх болно.
2-р зурагт үзүүлснээр абляцийн плазм нь зорилтот түвшинтэй ижил потенциалтай металл саваар хүрээлэгдсэн вакуум эзэлхүүн болж өргөсдөг.Тиймээс плазм нь талбайгүй бүсээр дамжин RFQ хурдасгуур руу шилждэг.Вакуум камерын эргэн тойронд ороомог ороомгийн тусламжтайгаар лазерын цацрагийн камер ба RFQ linac хооронд тэнхлэгийн соронзон орон үүсдэг.Соленоидын соронзон орон нь RFQ нүхэнд хүргэх үед плазмын өндөр нягтралыг хадгалахын тулд хөвж буй плазмын радиаль тэлэлтийг дардаг.Нөгөөтэйгүүр, плазм нь шилжилтийн үед тэнхлэгийн чиглэлд үргэлжлүүлэн өргөжиж, сунгасан плазм үүсгэдэг.RFQ оролтын гаралтын портын урд байрлах плазмыг агуулсан металл саванд өндөр хүчдэлийн хазайлтыг хэрэглэнэ.RFQ linac-аар зохих хурдатгал хийхэд шаардлагатай 7Li3+ тарилгын хурдыг хангахын тулд хэвийсэн хүчдэлийг сонгосон.
Үүссэн абляцийн сийвэн нь зөвхөн 7Li3+ төдийгүй бусад цэнэгийн төлөвт байгаа лити болон бохирдуулагч элементүүдийг агуулдаг бөгөөд тэдгээр нь RFQ шугаман хурдасгуур руу нэгэн зэрэг дамждаг.RFQ linac ашиглан түргэвчилсэн туршилт хийхээс өмнө сийвэн дэх ионуудын найрлага, энергийн тархалтыг судлах зорилгоор офлайн нислэгийн цаг (TOF) шинжилгээг хийсэн.Нарийвчилсан аналитик тохиргоо болон ажиглагдсан цэнэгийн хуваарилалтыг Аргачлалын хэсэгт тайлбарласан болно.Шинжилгээгээр 7Li3+ ион нь үндсэн тоосонцор болж, нийт бөөмсийн 54 орчим хувийг эзэлж байгааг Зураг 3-т үзүүлэв. Шинжилгээгээр ионы цацрагийн гаралтын цэг дэх 7Li3+ ионы гүйдлийг 1.87 мА гэж тооцсон байна.Түргэвчилсэн туршилтын үед өргөжиж буй плазм руу 79 мТ цахилгаан соронзон орныг хэрэглэнэ.Үүний үр дүнд плазмаас гаргаж авсан детектор дээр ажиглагдсан 7Li3+ гүйдэл 30 дахин нэмэгдсэн байна.
Нислэгийн цаг хугацааны шинжилгээгээр олж авсан лазерын плазм дахь ионуудын фракцууд.7Li1+ ба 7Li2+ ионууд нь ионы цацрагийн 5% ба 25% -ийг бүрдүүлдэг.6Li бөөмсийн илрүүлсэн хэсэг нь туршилтын алдаан доторх литийн тугалган цаасан дахь 6Li (7.6%)-ийн байгалийн агууламжтай тохирч байна.Бага зэрэг хүчилтөрөгчийн бохирдол (6.2%), голчлон O1+ (2.1%) ба O2+ (1.5%) ажиглагдсан нь литийн тугалган цаасны гадаргуугийн исэлдэлттэй холбоотой байж болох юм.
Өмнө дурьдсанчлан, литийн плазм нь RFQ linac руу орохоос өмнө талбаргүй бүсэд шилждэг.RFQ linac-ийн оролт нь металл саванд 6 мм диаметртэй нүхтэй, хэвийсэн хүчдэл нь 52 кВ байна.Хэдийгээр RFQ электродын хүчдэл 100 МГц-т ±29 кВ хурдацтай өөрчлөгддөг ч RFQ хурдасгуурын электродуудын дундаж потенциал тэгтэй тэнцүү байдаг тул хүчдэл нь тэнхлэгийн хурдатгал үүсгэдэг.Нүх ба RFQ электродын ирмэгийн хоорондох 10 мм-ийн зайд хүчтэй цахилгаан орон үүсдэг тул нүхэнд плазмаас зөвхөн эерэг плазмын ионуудыг гаргаж авдаг.Уламжлалт ион дамжуулах системд ионууд нь RFQ хурдасгуурын урд талд нэлээд зайд цахилгаан орон зайд плазмаас тусгаарлагддаг ба дараа нь цацрагийн фокус элементээр RFQ нүхэнд төвлөрдөг.Гэсэн хэдий ч эрчимтэй нейтроны эх үүсвэрт шаардагдах хүчтэй хүнд ионы цацрагийн хувьд сансрын цэнэгийн нөлөөллөөс үүдэлтэй шугаман бус түлхэлтийн хүч нь ионы тээврийн системд цацрагийн гүйдлийн ихээхэн алдагдалд хүргэж, хурдасгах оргил гүйдлийг хязгаарладаг.Манай DPIS-д өндөр эрчимтэй ионууд дрифтийн плазм хэлбэрээр шууд RFQ нүхний гаралтын цэг рүү зөөгддөг тул орон зайн цэнэгийн улмаас ионы цацраг алдагдахгүй.Энэхүү үзүүлэнгийн үеэр DPIS-ийг анх удаа лити-ион цацрагт хэрэглэсэн.
RFQ бүтэц нь бага эрчим хүчний өндөр гүйдлийн ион туяаг төвлөрүүлэх, хурдасгахад зориулагдсан бөгөөд эхний дарааллын хурдатгалын стандарт болсон.Бид RFQ ашиглан 7Li3+ ионыг 22 кэВ/н имплантын энергиээс 204 кеВ/н хүртэл хурдасгасан.Хэдийгээр плазмын цэнэг багатай лити болон бусад хэсгүүдийг мөн плазмаас гаргаж аваад RFQ нүхэнд шахдаг ч RFQ linac нь зөвхөн 7Li3+-тай ойролцоо цэнэгийн массын харьцаатай (Q/A) ионуудыг хурдасгадаг.
Зураг дээр.Зураг 4-т соронзыг шинжилсний дараа RFQ linac ба Фарадей аяганы (FC) гаралт дээрх гүйдлийн трансформаторын (CT) илрүүлсэн долгионы хэлбэрийг зурагт үзүүлэв.2. Дохио хоорондын цагийн шилжилтийг илрүүлэгчийн байрлал дахь нислэгийн цагийн зөрүү гэж ойлгож болно.CT-д хэмжсэн ионы оргил гүйдэл 43 мА байв.RT байрлалд бүртгэгдсэн цацраг нь зөвхөн тооцоолсон энерги хүртэл хурдассан ионуудыг төдийгүй 7Li3+-аас бусад хангалттай хурдасгахгүй ионуудыг агуулж болно.Гэсэн хэдий ч QD болон PC-ийн тусламжтайгаар олдсон ионы гүйдлийн хэлбэрүүдийн ижил төстэй байдал нь ионы гүйдэл нь ихэвчлэн түргэвчилсэн 7Li3+-аас бүрдэх ба PC дээрх гүйдлийн оргил утгын бууралт нь QD болон PC-ийн хооронд ион дамжуулах үед цацрагийн алдагдлаас үүдэлтэй болохыг харуулж байна. PC.Алдагдал Үүнийг мөн дугтуйны симуляци нотолж байна.7Li3+ цацрагийн гүйдлийг нарийн хэмжихийн тулд дараагийн хэсэгт тайлбарласны дагуу цацрагийг дипол соронзоор шинжилнэ.
CT (хар муруй) ба FC (улаан муруй) детекторын байрлалд бүртгэгдсэн хурдасгасан цацрагийн осциллограмм.Эдгээр хэмжилтүүд нь лазерын плазм үүсгэх явцад лазер цацрагийг фотодетектороор илрүүлснээр хийгддэг.Хар муруй нь RFQ linac гаралттай холбогдсон CT дээр хэмжсэн долгионы хэлбэрийг харуулж байна.RFQ linac-тай ойрхон тул детектор нь 100 МГц-ийн RF-ийн дуу чимээг хүлээн авдаг тул илрүүлэх дохион дээр давхардсан 100 МГц резонансын RF дохиог арилгахын тулд 98 МГц-ийн бага нэвтрүүлэх FFT шүүлтүүрийг ашигласан.Улаан муруй нь аналитик соронз 7Li3+ ионы цацрагийг чиглүүлсний дараа FC дахь долгионы хэлбэрийг харуулж байна.Энэ соронзон оронд 7Li3+-аас гадна N6+, O7+-ийг зөөвөрлөх боломжтой.
RFQ linac-ийн дараах ионы цацрагийг гурван квадруполь фокусын соронзоор төвлөрүүлж, дараа нь ионы цацраг дахь хольцыг тусгаарлахын тулд дипол соронзоор шинжилдэг.0.268 Т соронзон орон нь 7Li3+ цацрагийг FC руу чиглүүлдэг.Энэхүү соронзон орны илрүүлэх долгионы хэлбэрийг 4-р зурагт улаан муруй хэлбэрээр үзүүлэв. Оргил цацрагийн гүйдэл нь 35 мА хүрдэг бөгөөд энэ нь одоо байгаа ердийн цахилгаан хурдасгуурт үйлдвэрлэсэн ердийн Li3+ цацрагаас 100 дахин их байна.Цацрагийн импульсийн өргөн нь хамгийн ихдээ хагас өргөнтэй үед 2.0 μs байна.Диполь соронзон оронтой 7Li3+ цацрагийг илрүүлсэн нь амжилттай баглаа боодол, цацрагийн хурдатгал байгааг харуулж байна.Диполийн соронзон орныг сканнердах үед FC-ийн илрүүлсэн ион цацрагийн гүйдлийг 5-р зурагт үзүүлэв. Бусад оргилуудаас сайн тусгаарлагдсан цэвэр нэг оргил ажиглагдсан.RFQ linac-аар дизайны энергийг хурдасгасан бүх ионууд ижил хурдтай байдаг тул ижил Q/A-тай ионы цацрагийг диполь соронзон орны тусламжтайгаар тусгаарлахад хэцүү байдаг.Тиймээс бид 7Li3+-ийг N6+ эсвэл O7+-ээс ялгаж чадахгүй.Гэсэн хэдий ч бохирдлын хэмжээг хөрш зэргэлдээх төлбөртэй мужуудаас тооцоолж болно.Жишээлбэл, N7+ ба N5+ нь амархан ялгагдах боломжтой бол N6+ нь хольцын нэг хэсэг байж болох ба N7+ болон N5+-тай ижил хэмжээгээр агуулагдах төлөвтэй байна.Тооцоолсон бохирдлын түвшин ойролцоогоор 2% байна.
Диполь соронзон орныг сканнердах замаар олж авсан цацрагийн бүрэлдэхүүн хэсгийн спектр.0.268 Т-ийн оргил нь 7Li3+ ба N6+-тай тохирч байна.Оргил өргөн нь ангархай дээрх цацрагийн хэмжээнээс хамаарна.Өргөн хүрээний оргилуудыг үл харгалзан 7Li3+ нь 6Li3+, O6+, N5+-аас сайн ялгардаг боловч O7+, N6+-аас муу ялгардаг.
FC-ийн байршилд цацрагийн профайлыг залгах сцинтиллятороор баталгаажуулж, Зураг 6-д үзүүлсэн шиг хурдан дижитал камераар тэмдэглэв. 35 мА гүйдэлтэй 7Li3+ импульсийн цацрагийг тооцоолсон RFQ хүртэл хурдасгаж байгааг харуулсан. 204 кеВ/н энерги нь 1.4 МэВ-тэй тохирч, FC детектор руу дамжуулагдана.
FC-ийн өмнөх сцинтилляторын дэлгэц дээр ажиглагдсан цацрагийн профайл (Фижи, 2.3.0, https://imagej.net/software/fiji/ өнгөөр ​​хийсэн).Аналитик диполь соронзны соронзон орон нь Li3+ ионы цацрагийн хурдатгалыг дизайны энерги RFQ руу чиглүүлэхээр тохируулагдсан.Ногоон талбайн цэнхэр цэгүүд нь сцинтилляторын материалын гэмтэлтэй холбоотой байдаг.
Хатуу литийн тугалган цаасны гадаргууг лазераар устгах замаар бид 7Li3+ ионыг үүсгэсэн бөгөөд DPIS ашиглан тусгайлан зохион бүтээсэн RFQ linac ашиглан өндөр гүйдлийн ионы цацрагийг барьж, хурдасгасан.1.4 МэВ цацрагийн энергийн үед соронзонд шинжилгээ хийсний дараа FC дээр 7Li3+ оргил гүйдэл 35 мА байв.Энэ нь урвуу кинематик бүхий нейтроны эх үүсвэрийг хэрэгжүүлэх хамгийн чухал хэсэг нь туршилтаар хэрэгжсэн болохыг баталж байна.Уг нийтлэлийн энэ хэсэгт өндөр энергийн хурдасгуур, нейтроны зорилтот станц зэрэг авсаархан нейтроны эх үүсвэрийн дизайныг бүхэлд нь авч үзэх болно.Энэхүү загвар нь манай лабораторид байгаа системүүдийн үр дүнд үндэслэн хийгдсэн болно.Лити тугалган цаас болон RFQ linac хоорондын зайг богиносгосноор ионы цацрагийн оргил гүйдлийг цаашид нэмэгдүүлэх боломжтой гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.Цагаан будаа.7-д хурдасгуур дээр санал болгож буй авсаархан нейтроны эх үүсвэрийн талаархи бүх ойлголтыг харуулсан болно.
Хурдасгуур дээрх санал болгож буй авсаархан нейтроны эх үүсвэрийн концепцийн загвар (Frecad, 0.19, https://www.freecadweb.org/ зурсан).Баруунаас зүүн тийш: лазерын ионы эх үүсвэр, соленоид соронз, RFQ линак, дунд энергийн туяа дамжуулах (MEBT), IH linac, нейтрон үүсгэх харилцан үйлчлэлийн камер.Үйлдвэрлэсэн нейтрон цацрагийн нарийхан чиглэсэн шинж чанараас шалтгаалан цацрагийн хамгаалалтыг голчлон урагш чиглүүлдэг.
RFQ linac-ийн дараа Inter-digital H-structure (IH linac)30 linac-ийн цаашдын хурдатгал хийхээр төлөвлөж байна.IH linacs нь тодорхой хурдны хязгаарт өндөр цахилгаан талбайн градиентийг хангахын тулд π горимын дрифт хоолойн бүтцийг ашигладаг.Үзэл баримтлалын судалгааг 1 хэмжээст уртааш динамик симуляци болон 3 хэмжээст бүрхүүлийн симуляцид үндэслэн хийсэн.Тооцооллын дагуу 100 МГц IH линак нь боломжийн шилжилтийн хоолойн хүчдэл (450 кВ-аас бага) ба хүчтэй фокусын соронзон нь 1.8 м-ийн зайд 40 мА цацрагийг 1.4-аас 14 МэВ хүртэл хурдасгах чадвартай болохыг харуулж байна.Хурдасгуурын гинжин хэлхээний төгсгөл дэх энергийн хуваарилалтыг ± 0.4 МэВ гэж тооцсон бөгөөд энэ нь нейтрон хувиргах зорилтын үүсгэсэн нейтроны энергийн спектрт төдийлөн нөлөөлөхгүй.Нэмж дурдахад цацрагийн ялгаруулалт нь дунд зэргийн хүч чадал, хэмжээтэй дөрвөлжин соронзтой харьцуулахад туяаг жижиг цацрагт төвлөрүүлэхэд хангалттай бага юм.RFQ linac болон IH linac хооронд дунд эрчим хүчний цацраг (MEBT) дамжуулалтанд цацраг үүсгэгч резонаторыг цацраг үүсгэгч бүтцийг хадгалахад ашигладаг.Хажуугийн цацрагийн хэмжээг хянахын тулд гурван quadrupole соронз ашигладаг.Энэхүү дизайны стратегийг олон хурдасгуурт ашигласан31,32,33.Ионы эх үүсвэрээс зорилтот камер хүртэлх бүхэл системийн нийт урт нь 8 м-ээс бага байхаар тооцоолсон бөгөөд энэ нь стандарт хагас чиргүүлтэй ачааны машинд багтах боломжтой.
Нейтрон хувиргах зорилтыг шугаман хурдасгуурын дараа шууд суулгана.Урвуу кинематик хувилбаруудыг ашигласан өмнөх судалгаан дээр үндэслэн зорилтот станцын дизайныг бид ярилцана23.Тайлбарласан хувиргах зорилтод хатуу материал (полипропилен (C3H6) ба титан гидрид (TiH2)) болон хийн зорилтот системүүд орно.Зорилго бүр давуу болон сул талуудтай.Хатуу зорилтууд нь зузааныг нарийн хянах боломжийг олгодог.Зорилтот нь нимгэн байх тусам нейтроны үйлдвэрлэлийн орон зайн зохицуулалт илүү нарийвчлалтай болно.Гэсэн хэдий ч ийм бай нь тодорхой хэмжээгээр хүсээгүй цөмийн урвал, цацраг туяатай байж болно.Нөгөөтэйгүүр, устөрөгчийн бай нь цөмийн урвалын гол бүтээгдэхүүн болох 7Be-ийн үйлдвэрлэлийг устгаснаар илүү цэвэр орчинг бүрдүүлж чадна.Гэсэн хэдий ч устөрөгч нь сул саад бэрхшээлийг даван туулах чадвартай бөгөөд хангалттай эрчим хүч гаргахын тулд их хэмжээний физик зай шаарддаг.Энэ нь TOF хэмжилтийн хувьд бага зэрэг сул тал юм.Нэмж дурдахад, хэрэв устөрөгчийн байг битүүмжлэхийн тулд нимгэн хальс хэрэглэж байгаа бол нимгэн хальс болон туссан литийн цацрагаас үүссэн гамма цацрагийн энергийн алдагдлыг харгалзан үзэх шаардлагатай.
LICORNE нь полипропилен объектуудыг ашигладаг бөгөөд зорилтот системийг тантал тугалган цаасаар битүүмжилсэн устөрөгчийн эс болгон сайжруулсан.7Li34-ийн хувьд 100 нА цацрагийн гүйдэл гэж үзвэл зорилтот систем хоёулаа 107 n/s/sr хүртэл эрчим хүч гаргаж чадна.Хэрэв бид энэхүү нейтроны гарцын хувиргалтыг санал болгож буй нейтроны эх үүсвэрт хэрэглэвэл лазерын импульс бүрт 7х10-8 С-ийн литийн туяаг авч болно.Энэ нь лазерыг секундэд хоёр удаа галлах нь LICORNE-ийн тасралтгүй туяагаар нэг секундэд гаргаж чадахаас 40% илүү нейтрон үүсгэдэг гэсэн үг юм.Лазерын өдөөх давтамжийг нэмэгдүүлэх замаар нийт урсгалыг хялбархан нэмэгдүүлэх боломжтой.Хэрэв бид зах зээл дээр 1 кГц лазерын систем байдаг гэж үзвэл дундаж нейтроны урсгалыг 7 × 109 n/s/sr хүртэл хялбархан өсгөж болно.
Хуванцар объект бүхий өндөр давталттай системийг ашиглахдаа жишээлбэл, полипропилен нь 145-175 ° C бага хайлах цэг, 0.1-0.22 Вт/ дулаан дамжуулалт багатай тул объектууд дээр дулаан үүсэхийг хянах шаардлагатай. м/К.14 МэВ лити-ион цацрагийн хувьд цацрагийн энергийг урвалын босго (13.098 МэВ) хүртэл бууруулахад 7 мкм зузаантай полипропилен зорилт хангалттай.Лазерын нэг удаагийн цохилтоор үүсгэсэн ионуудын зорилтот газарт үзүүлэх нийт нөлөөг харгалзан полипропиленээр дамжих литийн ионуудын энерги ялгаралтыг 64 мЖ/импульс гэж тооцдог.Бүх энерги нь 10 мм-ийн диаметртэй тойрог хэлбэрээр дамждаг гэж үзвэл импульс бүр нь ойролцоогоор 18 К/импульсийн температурын өсөлттэй тохирч байна.Полипропилен объектууд дээр энерги ялгарах нь бүх эрчим хүчний алдагдлыг цацраг болон бусад дулааны алдагдалгүйгээр дулаан хэлбэрээр хадгалдаг гэсэн энгийн таамаглал дээр суурилдаг.Секундэд импульсийн тоог нэмэгдүүлэх нь дулааны хуримтлалыг арилгах шаардлагатай байдаг тул бид ижил цэг дээр энерги ялгарахаас зайлсхийхийн тулд туузан зорилтуудыг ашиглаж болно23.100 Гц давтамжтай лазерын давтамжтай бай дээр 10 мм-ийн цацрагийн цэг гэж үзвэл полипропилен соронзон хальсны сканнердах хурд 1 м/с байна.Цацрагийн цэгийн давхцлыг зөвшөөрвөл илүү өндөр давтагдах боломжтой.
Бид мөн устөрөгчийн батерейгаар байг судалсан, учир нь байг гэмтээхгүйгээр илүү хүчтэй хөтлөгч цацрагийг ашиглаж болно.Хийн камерын урт болон доторх устөрөгчийн даралтыг өөрчлөх замаар нейтрон цацрагийг хялбархан тохируулж болно.Нимгэн металл тугалган цаасыг ихэвчлэн вакуумаас зорилтот хийн хэсгийг салгахын тулд хурдасгуурт ашигладаг.Тиймээс тугалган цаасан дээрх энергийн алдагдлыг нөхөхийн тулд туссан литийн ион цацрагийн энергийг нэмэгдүүлэх шаардлагатай.Тайлан 35-д тодорхойлсон зорилтот угсралт нь 1.5 атм H2 хийн даралттай 3.5 см урт хөнгөн цагаан савнаас бүрдсэн байв.16.75 МеВ лити ион цацраг нь агаараар хөргөх 2.7 мкм Ta тугалган цаасаар дамжин батарей руу орох ба зайны төгсгөлд байгаа литийн ион цацрагийн энерги нь урвалын босго хүртэл удааширдаг.Лити-ион батерейны цацрагийн энергийг 14.0 МэВ-ээс 16.75 МэВ хүртэл нэмэгдүүлэхийн тулд IH линакыг 30 см орчим уртасгах шаардлагатай байв.
Хийн эсийн байнуудаас нейтроны ялгаралтыг мөн судалсан.Дээр дурдсан LICORNE хийн зорилтот объектуудын хувьд GEANT436 симуляци нь конус дотор өндөр чиг баримжаатай нейтронууд үүсдэг болохыг харуулж байна [37]-ийн 1-р зурагт үзүүлэв.Лавлагаа 35 нь үндсэн цацрагийн тархалтын чиглэлтэй харьцуулахад 19.5 ° конусын хамгийн их нээлхийтэй 0.7-аас 3.0 МэВ хүртэлх энергийн хүрээг харуулав.Өндөр баримжаатай нейтронууд нь ихэнх өнцгөөр хамгаалах материалын хэмжээг мэдэгдэхүйц бууруулж, бүтцийн жинг бууруулж, хэмжилтийн төхөөрөмжийг суурилуулахад илүү уян хатан байдлыг хангадаг.Цацрагийн хамгаалалтын үүднээс энэ хийн бай нь нейтроноос гадна төвийн координатын системд изотроп байдлаар 478 кеВ гамма цацраг ялгаруулдаг38.Эдгээр γ-цацраг нь 7Be задрал ба 7Li өдөөлтөөс болж үүсдэг бөгөөд энэ нь анхдагч Li цацраг нь оролтын цонхонд Ta тусах үед үүсдэг.Гэсэн хэдий ч зузаан 35 Pb/Cu цилиндр коллиматорыг нэмснээр арын дэвсгэрийг мэдэгдэхүйц багасгаж болно.
Альтернатив зорилтын хувьд плазмын цонхыг [39, 40] ашиглаж болох бөгөөд энэ нь харьцангуй өндөр устөрөгчийн даралт болон нейтрон үүсгэх орон зайн жижиг бүсэд хүрэх боломжийг олгодог, гэхдээ энэ нь хатуу зорилтот объектоос доогуур байдаг.
Бид GEANT4 ашиглан литийн ион туяаны хүлээгдэж буй эрчим хүчний хуваарилалт болон цацрагийн хэмжээг тодорхойлох нейтрон хувиргах зорилтот хувилбаруудыг судалж байна.Бидний загварчлалууд дээр дурдсан уран зохиолд нейтроны энергийн тогтмол тархалт ба устөрөгчийн зорилтот өнцгийн хуваарилалтыг харуулж байна.Аливаа зорилтот системд устөрөгчөөр баялаг бай дээр хүчтэй 7Li3+ цацрагаар удирддаг урвуу кинематик урвалаар өндөр чиг баримжаатай нейтрон үүсгэж болно.Тиймээс одоо байгаа технологиудыг нэгтгэснээр нейтроны шинэ эх үүсвэрийг хэрэгжүүлэх боломжтой.
Лазер цацрагийн нөхцөл нь түргэвчилсэн үзүүлэнгийн өмнө ионы цацраг үүсгэх туршилтуудыг хуулбарласан.Лазер нь 1012 Вт/см2 лазерын эрчим хүчний нягтрал, 1064 нм үндсэн долгионы урт, 800 мЖ спот энерги, 6 нс импульсийн үргэлжлэх хугацаатай ширээний наносекунд Nd:YAG систем юм.Зорилтот дээрх цэгийн диаметрийг 100 μм гэж тооцоолсон.Лити метал (Альфа Аезар, 99.9% цэвэр) нь нэлээд зөөлөн тул нарийн зүссэн материалыг хэвэнд шахдаг.Тугалган цаасны хэмжээ 25 мм × 25 мм, зузаан 0.6 мм.Лазер онох үед объектын гадаргуу дээр тогоо шиг гэмтэл үүсдэг тул бай нь лазерын цохилт бүрээр байны гадаргуугийн шинэ хэсгийг хангахын тулд моторт платформоор хөдөлдөг.Үлдэгдэл хийн улмаас дахин нэгдэхээс зайлсхийхийн тулд камер дахь даралтыг 10-4 Па-аас бага түвшинд байлгасан.
Лазерын плазмын анхны эзэлхүүн бага, учир нь лазер толбоны хэмжээ 100 мкм бөгөөд үүссэнээс хойш 6 ns дотор байдаг.Эзлэхүүнийг яг нарийн цэг болгон авч, өргөжүүлж болно.Хэрэв детекторыг зорилтот гадаргуугаас xm зайд байрлуулсан бол хүлээн авсан дохио нь ионы гүйдэл I, ионы хүрэх хугацаа t, импульсийн өргөн τ гэсэн хамааралд захирагдана.
Үүссэн плазмыг TOF аргаар FC болон лазерын байгаас 2.4 м, 3.85 м-ийн зайд байрлах эрчим хүчний ион анализатор (EIA) ашиглан судлав.FC нь электронуудаас сэргийлэхийн тулд -5 кВ-ын хэвийсэн дарангуйлагч тортой.EIA нь ижил хүчдэлтэй боловч эсрэг туйлтай, гадна талдаа эерэг, дотор талдаа сөрөг хоёр коаксиаль металл цилиндр электродоос бүрдсэн 90 градусын цахилгаан статик дефлектортой.Өргөтгөсөн плазм нь үүрний ард байрлах дефлектор руу чиглэгдэж, цилиндрээр дамжин өнгөрөх цахилгаан орон зайд хазайдаг.E/z = eKU хамаарлыг хангасан ионуудыг хоёрдогч электрон үржүүлэгч (SEM) (Hamamatsu R2362) ашиглан илрүүлдэг бөгөөд E, z, e, K, U нь ионы энерги, цэнэгийн төлөв, цэнэг нь EIA геометрийн хүчин зүйлүүд юм. .электронууд тус тус ба электродын потенциалын зөрүү.Дефлектор дээрх хүчдэлийг өөрчилснөөр плазм дахь ионуудын энерги, цэнэгийн хуваарилалтыг олж авах боломжтой.Цэвэрлэх хүчдэл U/2 EIA нь 0.2 В-оос 800 В-ын хооронд хэлбэлздэг бөгөөд энэ нь цэнэгийн төлөвт 4 эВ-ээс 16 кеВ хүртэлх ионы энергитэй тохирч байна.
"Бүрэн хуулсан литийн цацраг үүсгэх" хэсэгт тайлбарласан лазерын цацрагийн нөхцөлд дүн шинжилгээ хийсэн ионуудын цэнэгийн төлөвийн тархалтыг Зураг дээр үзүүлэв.8.
Ионы цэнэгийн төлөвийн тархалтын шинжилгээ.Энд ионы гүйдлийн нягтын хугацааны профайлыг EIA-д дүн шинжилгээ хийж, тэгшитгэлийг ашиглан литийн тугалган цааснаас 1 м-ийн масштабаар хуваасан байна.(1) ба (2)."Бүрэн гуужуулсан литийн цацраг үүсгэх" хэсэгт тайлбарласан лазерын цацрагийн нөхцлийг ашиглана.Гүйдлийн нягт бүрийг нэгтгэснээр плазм дахь ионуудын эзлэх хувийг тооцоолсон бөгөөд үүнийг Зураг 3-т үзүүлэв.
Лазер ионы эх үүсвэрүүд нь өндөр цэнэгтэй, олон мА ионы туяаг эрчимтэй дамжуулах боломжтой.Гэвч сансрын цэнэгийн түлхэлттэй тул цацраг дамжуулах нь маш хэцүү байдаг тул үүнийг өргөн ашигладаггүй байв.Уламжлалт схемд ионы цацрагийг сийвэнгээс гаргаж аваад хэд хэдэн фокусын соронз бүхий цацрагийн шугамын дагуу анхдагч хурдасгуур руу зөөвөрлөж, хурдасгуурын хүлээн авах чадварын дагуу ионы цацрагийг хэлбэржүүлдэг.Сансрын цэнэгийн хүчний цацрагт цацрагууд нь шугаман бус байдлаар хуваагддаг бөгөөд ялангуяа бага хурдтай бүсэд цацрагийн ноцтой алдагдал ажиглагддаг.Эмнэлгийн нүүрстөрөгчийн хурдасгуурыг хөгжүүлэхэд энэ бэрхшээлийг даван туулахын тулд DPIS41 цацраг дамжуулах шинэ схемийг санал болгож байна.Бид шинэ нейтроны эх үүсвэрээс хүчирхэг литийн ион туяаг хурдасгахын тулд энэ аргыг ашигласан.
Зурагт үзүүлсэн шиг.4, плазм үүсэх, тэлэх орон зай нь металл саваар хүрээлэгдсэн байдаг.Хаалттай орон зай нь ороомог ороомгийн доторх эзэлхүүнийг багтаасан RFQ резонаторын орох хаалга хүртэл үргэлжилдэг.Уг саванд 52 кВ-ын хүчдэл өгсөн.RFQ резонаторт RFQ-г газардуулах замаар ионуудыг 6 мм диаметртэй нүхээр потенциалаар татдаг.Ионыг плазмын төлөвт зөөвөрлөхөд цацрагийн шугам дээрх шугаман бус түлхэлтийн хүч арилдаг.Үүнээс гадна дээр дурдсанчлан бид олборлолтын нүхэнд ионуудын нягтыг хянах, нэмэгдүүлэхийн тулд DPIS-тэй хослуулан соленоид талбарыг ашигласан.
RFQ хурдасгуур нь зурагт үзүүлсэн шиг цилиндр хэлбэртэй вакуум камераас бүрдэнэ.9а.Дотор нь хүчилтөрөгчгүй зэсийн дөрвөн саваа цацрагийн тэнхлэгийн эргэн тойронд квадруполь-тэгш хэмтэй байрлуулсан байна (Зураг 9б).4 саваа ба танхимууд нь резонансын RF хэлхээг үүсгэдэг.Өдөөгдсөн RF-ийн талбар нь саваа дээр цаг хугацааны өөрчлөлттэй хүчдэл үүсгэдэг.Тэнхлэгийн эргэн тойронд уртааш суулгасан ионууд нь дөрвөлжин талбараар хажуу тийшээ баригддаг.Үүний зэрэгцээ бариулын үзүүр нь тэнхлэгийн цахилгаан талбар үүсгэхийн тулд модуляцлагдсан байдаг.Тэнхлэгийн талбар нь тарьсан тасралтгүй цацрагийг цацраг гэж нэрлэгддэг хэд хэдэн цацрагийн импульс болгон хуваадаг.Цацраг бүр нь тодорхой RF-ийн мөчлөгийн хугацаанд (10 ns) агуулагддаг.Зэргэлдээх цацрагууд нь радио давтамжийн хугацааны дагуу байрладаг.RFQ linac дээр лазерын ионы эх үүсвэрээс 2 μs цацрагийг 200 цацрагийн дараалал болгон хувиргадаг.Дараа нь цацрагийг тооцоолсон энерги хүртэл хурдасгана.
Шугаман хурдасгуур RFQ.(a) (зүүн талд) RFQ linac камерын гаднах байдал.(б) (баруун) камер дахь дөрвөн бариултай электрод.
RFQ linac-ийн дизайны үндсэн параметрүүд нь саваа хүчдэл, резонансын давтамж, цацрагийн нүхний радиус, электродын модуляц юм.Саваа дээрх хүчдэлийг ± 29 кВ-ын цахилгаан талбар нь цахилгаан эвдрэлийн босгоос доогуур байхаар сонгоно.Резонансын давтамж бага байх тусам хажуугийн фокусын хүч их байх ба дундаж хурдатгалын талбар бага байна.Том диафрагмын радиус нь цацрагийн хэмжээг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр зайны цэнэгийн түлхэлт бага тул цацрагийн гүйдлийг нэмэгдүүлдэг.Нөгөө талаас, том диафрагмын радиусууд нь RFQ linac-ыг тэжээхэд илүү их RF-ийн хүчийг шаарддаг.Үүнээс гадна, энэ нь сайтын чанарын шаардлагаар хязгаарлагддаг.Эдгээр тэнцвэрт байдалд үндэслэн өндөр гүйдлийн цацрагийн хурдатгалын хувьд резонансын давтамж (100 МГц) ба нүхний радиусыг (4.5 мм) сонгосон.Модуляцийг цацрагийн алдагдлыг багасгах, хурдатгалын үр ашгийг нэмэгдүүлэх зорилгоор сонгосон.Энэхүү дизайныг олон удаа оновчтой болгож, 2 м-ийн дотор 22 кеВ/н-ээс 204 кеВ/н хүртэл 40 мА-д 7Li3+ ионыг хурдасгах боломжтой RFQ linac загварыг гаргаж авсан.Туршилтын явцад хэмжсэн RF-ийн хүч нь 77 кВт байв.
RFQ linacs нь тодорхой Q/A мужтай ионуудыг хурдасгаж чаддаг.Тиймээс шугаман хурдасгуурын төгсгөлд тэжээгддэг цацрагийг шинжлэхдээ изотопууд болон бусад бодисуудыг харгалзан үзэх шаардлагатай.Нэмж дурдахад, хүссэн ионууд, хэсэгчлэн хурдассан боловч хурдасгуурын дунд хурдатгалын нөхцөлд бууж, хажуугийн хязгаарлалтыг хангаж, эцэс хүртэл тээвэрлэж болно.Инженерийн аргаар боловсруулсан 7Li3+ тоосонцороос бусад хүсээгүй цацрагийг хольц гэж нэрлэдэг.Лити металл тугалган цаас нь агаар дахь хүчилтөрөгч, азоттой урвалд ордог тул бидний туршилтанд 14N6+ ба 16O7+ хольцууд хамгийн их анхаарал хандуулж байсан.Эдгээр ионууд нь Q/A харьцаатай бөгөөд 7Li3+-ээр хурдасгах боломжтой.Бид RFQ linac-ийн дараа цацрагийн шинжилгээнд зориулж өөр өөр чанар, чанарын цацрагийг салгахын тулд дипол соронз ашигладаг.
RFQ linac-ийн дараах цацрагийн шугам нь диполь соронзны дараа FC-д бүрэн хурдасгасан 7Li3+ цацрагийг хүргэх зориулалттай.-400 В хэвийсэн электродууд нь ионы цацрагийн гүйдлийг нарийн хэмжихийн тулд аяганы хоёрдогч электронуудыг дарахад ашигладаг.Энэхүү оптикийн тусламжтайгаар ионы траекторууд нь диполуудад хуваагдаж, Q/A-аас хамааран өөр өөр газарт төвлөрдөг.Импульсийн тархалт, сансрын цэнэгийн түлхэлт зэрэг янз бүрийн хүчин зүйлээс шалтгаалан фокус дахь цацраг нь тодорхой өргөнтэй байдаг.Хоёр ионы зүйлийн фокусын байрлал хоорондын зай нь цацрагийн өргөнөөс их байвал уг зүйлийг зөвхөн тусгаарлаж болно.Боломжит хамгийн өндөр нарийвчлалыг олж авахын тулд цацраг нь бараг төвлөрсөн бүсэлхийн тойргийн ойролцоо хэвтээ ангархай суурилуулсан байна.Хагархай болон PC-ийн хооронд сцинтилляцын дэлгэц (CsI(Tl) Сент-Гобейн, 40 мм × 40 мм × 3 мм) суурилуулсан.Сцинтилляторыг оновчтой нарийвчлалтай болгохын тулд зохион бүтээгдсэн тоосонцор дамжин өнгөрөх хамгийн жижиг ан цавыг тодорхойлж, өндөр гүйдэлтэй хүнд ионы цацрагийн зөвшөөрөгдөх цацрагийн хэмжээг харуулахад ашигласан.Сцинтиллятор дээрх цацрагийн дүрсийг вакуум цонхоор CCD камераар тэмдэглэдэг.Цацрагийн импульсийн өргөнийг бүхэлд нь хамрахын тулд өртөх цагийн цонхыг тохируулна уу.
Одоогийн судалгаанд ашигласан эсвэл дүн шинжилгээ хийсэн мэдээллийн багцыг зохих хүсэлтийн дагуу холбогдох зохиогчоос авах боломжтой.
Manke, I. et al.Соронзон бүсийн гурван хэмжээст дүрслэл.Үндэсний коммун.1, 125. https://doi.org/10.1038/ncomms1125 (2010).
Андерсон, IS нар.Хурдасгуур дахь авсаархан нейтроны эх үүсвэрийг судлах боломжууд.физик.Төлөөлөгч 654, 1-58.https://doi.org/10.1016/j.physrep.2016.07.007 (2016).
Urchuoli, A. et al.Нейтрон дээр суурилсан компьютерийн микротомограф: Pliobates cataloniae болон Barberapithecus huerzeleri туршилтын тохиолдол болгон.Тиймээ.J. Физик.антропологи.166, 987–993.https://doi.org/10.1002/ajpa.23467 (2018).