304L 6.35 * 1mm Fornituri ta 'tubi kkoljati ta' l-istainless steel, Dimostrazzjoni ta 'raġġ intens tal-litju għall-ġenerazzjoni ta' newtroni diretti pulsati

Grazzi talli żort Nature.com.Qed tuża verżjoni tal-browser b'appoġġ limitat CSS.Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew tiddiżattiva l-Modalità ta' Kompatibbiltà fl-Internet Explorer).Barra minn hekk, biex niżguraw appoġġ kontinwu, aħna nuru s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Sliders li juru tliet artikoli għal kull slide.Uża l-buttuni ta 'wara u li jmiss biex timxi permezz tal-pjastri, jew il-buttuni tal-kontrollur tas-slajds fl-aħħar biex tiċċaqlaq minn kull slide.

Bħala alternattiva għall-istudju tar-reatturi nukleari, ġeneratur tan-newtroni mmexxi minn aċċeleratur kompatt li juża sewwieq ta 'raġġ tal-jone tal-litju jista' jkun kandidat promettenti minħabba li jipproduċi ftit radjazzjoni mhux mixtieqa.Madankollu, kien diffiċli li jitwassal raġġ intens ta 'jonji tal-litju, u l-applikazzjoni prattika ta' tali apparati kienet ikkunsidrata impossibbli.L-aktar problema akuta ta 'fluss ta' joni insuffiċjenti ġiet solvuta bl-applikazzjoni ta 'skema ta' impjantazzjoni diretta fil-plażma.F'din l-iskema, plażma pulsata ta 'densità għolja ġġenerata permezz ta' ablazzjoni bil-lejżer ta 'fojl tal-metall tal-litju hija injettata u aċċellerata b'mod effiċjenti minn aċċeleratur quadrupole ta' frekwenza għolja (aċċeleratur RFQ).Ksibna l-ogħla kurrent tar-raġġ ta '35 mA aċċellerat għal 1.43 MeV, li huwa żewġ ordnijiet ta' kobor ogħla minn sistemi konvenzjonali ta 'injettur u aċċeleratur li jistgħu jipprovdu.
B'differenza mir-raġġi-X jew partiċelli ċċarġjati, in-newtroni għandhom fond ta 'penetrazzjoni kbira u interazzjoni unika ma' materja kondensata, li jagħmluhom sondi estremament versatili għall-istudju tal-proprjetajiet tal-materjali1,2,3,4,5,6,7.B'mod partikolari, it-tekniki tat-tifrix tan-newtroni huma komunement użati biex jistudjaw il-kompożizzjoni, l-istruttura u l-istress interni f'materja kondensata u jistgħu jipprovdu informazzjoni dettaljata dwar komposti ta 'traċċa f'ligi tal-metall li huma diffiċli biex jinstabu bl-użu ta' spettroskopija tar-raġġi X8.Dan il-metodu huwa meqjus bħala għodda qawwija fix-xjenza bażika u huwa użat mill-manifatturi tal-metalli u materjali oħra.Aktar reċentement, id-diffrazzjoni tan-newtroni ntużat biex tiskopri stress residwu f'komponenti mekkaniċi bħal partijiet tal-ferrovija u tal-inġenji tal-ajru9,10,11,12.In-newtroni jintużaw ukoll fil-bjar taż-żejt u tal-gass minħabba li jinqabdu faċilment minn materjali rikki fil-protoni13.Metodi simili jintużaw ukoll fl-inġinerija ċivili.L-ittestjar tan-newtroni mhux distruttiv huwa għodda effettiva biex jinstabu ħsarat moħbija fil-bini, mini u pontijiet.L-użu ta 'raġġi tan-newtroni jintuża b'mod attiv fir-riċerka xjentifika u l-industrija, li ħafna minnhom storikament ġew żviluppati bl-użu ta' reatturi nukleari.
Madankollu, bil-kunsens globali dwar in-nonproliferazzjoni nukleari, il-bini ta' reatturi żgħar għal skopijiet ta' riċerka qed isir dejjem aktar diffiċli.Barra minn hekk, l-inċident reċenti ta' Fukushima għamel il-bini ta' reatturi nukleari kważi soċjalment aċċettabbli.B'rabta ma' din it-tendenza, id-domanda għal sorsi ta' newtroni fl-aċċeleraturi qed tikber2.Bħala alternattiva għar-reatturi nukleari, bosta sorsi kbar ta' newtroni li jqassmu l-aċċeleraturi diġà qed joperaw14,15.Madankollu, għal użu aktar effiċjenti tal-proprjetajiet tar-raġġi tan-newtroni, huwa meħtieġ li jespandi l-użu ta 'sorsi kompatti f'aċċeleraturi, 16 li jistgħu jappartjenu għal istituzzjonijiet ta' riċerka industrijali u universitarji.Is-sorsi tan-newtroni tal-aċċeleratur żiedu kapaċitajiet u funzjonijiet ġodda minbarra li jservu bħala sostitut għar-reatturi nukleari14.Pereżempju, ġeneratur immexxi minn linac jista 'faċilment joħloq fluss ta' newtroni billi jimmanipula r-raġġ tas-sewqan.Ladarba jiġu emessi, in-newtroni huma diffiċli biex jiġu kkontrollati u l-kejl tar-radjazzjoni huwa diffiċli biex jiġi analizzat minħabba l-istorbju maħluq min-newtroni fl-isfond.Neutroni pulsati kkontrollati minn aċċeleratur jevitaw din il-problema.Bosta proġetti bbażati fuq it-teknoloġija tal-aċċeleratur tal-protoni ġew proposti madwar id-dinja17,18,19.Ir-reazzjonijiet 7Li(p, n)7Be u 9Be(p, n)9B jintużaw l-aktar ta’ spiss f’ġeneraturi tan-newtroni kompatti mmexxija mill-protoni minħabba li huma reazzjonijiet endotermiċi20.Ir-radjazzjoni żejda u l-iskart radjuattiv jistgħu jiġu minimizzati jekk l-enerġija magħżula biex teċita r-raġġ tal-protoni tkun kemmxejn ogħla mill-valur tal-limitu.Madankollu, il-massa tan-nukleu fil-mira hija ħafna akbar minn dik tal-protoni, u n-newtroni li jirriżultaw iferrxu fid-direzzjonijiet kollha.Tali emissjoni qrib iżotropika ta 'fluss ta' newtroni tipprevjeni trasport effiċjenti ta 'newtroni għall-oġġett ta' studju.Barra minn hekk, biex tinkiseb id-doża meħtieġa ta 'newtroni fil-post tal-oġġett, huwa meħtieġ li jiżdiedu b'mod sinifikanti kemm in-numru ta' protoni li jiċċaqilqu kif ukoll l-enerġija tagħhom.Bħala riżultat, dożi kbar ta 'raġġi gamma u newtroni se jinfirxu permezz ta' angoli kbar, u jeqirdu l-vantaġġ ta 'reazzjonijiet endotermiċi.Ġeneratur tan-newtroni kompatt ibbażat fuq protoni mmexxi mill-aċċeleratur tipiku għandu lqugħ qawwi tar-radjazzjoni u huwa l-aktar parti goff tas-sistema.Il-ħtieġa li tiżdied l-enerġija tas-sewqan tal-protoni ġeneralment teħtieġ żieda addizzjonali fid-daqs tal-faċilità tal-aċċeleratur.
Biex jingħelbu n-nuqqasijiet ġenerali ta' sorsi ta' newtroni kompatti konvenzjonali fl-aċċeleraturi, ġiet proposta skema ta' reazzjoni kinematika ta' inverżjoni21.F'din l-iskema, raġġ itqal tal-jone tal-litju jintuża bħala raġġ ta 'gwida minflok raġġ ta' protoni, li jimmira materjali rikki fl-idroġenu bħal plastiks tal-idrokarburi, idruri, gass tal-idroġenu jew plażma tal-idroġenu.Ġew ikkunsidrati alternattivi, bħal travi mmexxija mill-jone tal-berillju, madankollu, il-berillju huwa sustanza tossika li teħtieġ kura speċjali fl-immaniġġjar.Għalhekk, raġġ tal-litju huwa l-aktar adattat għal skemi ta 'reazzjoni kinematika ta' inverżjoni.Peress li l-momentum tan-nuklei tal-litju huwa akbar minn dak tal-protoni, iċ-ċentru tal-massa tal-ħabtiet nukleari qiegħed kontinwament jimxi 'l quddiem, u n-newtroni huma wkoll emessi 'l quddiem.Din il-karatteristika telimina bil-kbir ir-raġġi gamma mhux mixtieqa u l-emissjonijiet tan-newtroni b'angolu għoli22.Paragun tal-każ tas-soltu ta 'magna proton u x-xenarju kinematiku invers huwa muri fil-Figura 1.
Illustrazzjoni ta' angoli ta' produzzjoni ta' newtroni għal raġġi ta' protoni u tal-litju (miġbuda b'Adobe Illustrator CS5, 15.1.0, https://www.adobe.com/products/illustrator.html).(a) In-newtroni jistgħu jiġu ejected fi kwalunkwe direzzjoni bħala riżultat tar-reazzjoni minħabba l-fatt li l-protoni li jiċċaqilqu jolqtu l-atomi ħafna itqal tal-mira tal-litju.(b) Bil-maqlub, jekk sewwieq tal-jone tal-litju jibbumbardja mira b'ħafna idroġenu, newtroni huma ġġenerati f'kon dejjaq fid-direzzjoni 'l quddiem minħabba l-veloċità għolja taċ-ċentru tal-massa tas-sistema.
Madankollu, jeżistu biss ftit ġeneraturi ta 'newtroni kinematiċi inversi minħabba d-diffikultà li jiġi ġġenerat il-fluss meħtieġ ta' joni tqal bi ħlas għoli meta mqabbel mal-protoni.Dawn l-impjanti kollha jużaw sorsi negattivi ta 'jone sputter flimkien ma' aċċeleraturi elettrostatiċi tandem.Ġew proposti tipi oħra ta' sorsi joniċi biex tiżdied l-effiċjenza tal-aċċelerazzjoni tar-raġġ26.Fi kwalunkwe każ, il-kurrent disponibbli tar-raġġ tal-jone tal-litju huwa limitat għal 100 µA.Ġie propost li jintuża 1 mA ta 'Li3 + 27, iżda dan il-kurrent tar-raġġ tal-joni ma ġiex ikkonfermat b'dan il-metodu.F'termini ta 'intensità, aċċeleraturi tar-raġġ tal-litju ma jistgħux jikkompetu ma' aċċeleraturi tar-raġġ tal-protoni li l-ogħla kurrent tal-protoni tagħhom jaqbeż l-10 mA28.
Biex timplimenta ġeneratur tan-newtroni kompatt prattiku bbażat fuq raġġ tal-jone tal-litju, huwa vantaġġuż li tiġġenera intensità għolja kompletament nieqsa minn joni.Il-joni huma aċċellerati u ggwidati minn forzi elettromanjetiċi, u livell ogħla ta 'ċarġ jirriżulta f'aċċelerazzjoni aktar effiċjenti.Is-sewwieqa tar-raġġ tal-jone tal-Li-jon jeħtieġu kurrenti tal-ogħla livell Li3+ li jaqbżu l-10 mA.
F'dan ix-xogħol, aħna nuru l-aċċelerazzjoni ta 'raġġi Li3 + b'kurrenti massimi sa 35 mA, li hija komparabbli ma' aċċeleraturi tal-protoni avvanzati.Ir-raġġ tal-jone tal-litju oriġinali nħoloq bl-użu ta 'ablation bil-lejżer u Skema ta' Implantazzjoni Diretta tal-Plasma (DPIS) oriġinarjament żviluppata biex taċċellera C6+.Linac quadrupole ta 'frekwenza tar-radju ddisinjat apposta (RFQ linac) ġie fabbrikat bl-użu ta' struttura reżonanti b'erba 'vireg.Aħna vverifikajna li r-raġġ li jaċċellera għandu l-enerġija tar-raġġ ta 'purità għolja kkalkulata.Ladarba r-raġġ Li3+ jinqabad u jiġi aċċellerat b'mod effettiv mill-aċċeleratur tal-frekwenza tar-radju (RF), is-sezzjoni sussegwenti tal-linac (aċċeleratur) tintuża biex tipprovdi l-enerġija meħtieġa biex tiġġenera fluss ta 'newtroni qawwi mill-mira.
L-aċċelerazzjoni ta 'jonji ta' prestazzjoni għolja hija teknoloġija stabbilita sew.Il-kompitu li jifdal tar-realizzazzjoni ta 'ġeneratur ta' newtroni kompatti u effiċjenti ħafna huwa li jiġġenera numru kbir ta 'jonji tal-litju kompletament imqaxxar u jifforma struttura ta' cluster li tikkonsisti f'serje ta 'impulsi joniċi sinkronizzati maċ-ċiklu RF fl-aċċeleratur.Ir-riżultati ta' esperimenti ddisinjati biex jiksbu dan l-għan huma deskritti fit-tliet sottotaqsimiet li ġejjin: (1) ġenerazzjoni ta 'raġġ kompletament nieqes minn raġġ tal-jone tal-litju, (2) aċċelerazzjoni tar-raġġ bl-użu ta' linac RFQ iddisinjat apposta, u (3) aċċelerazzjoni tal-analiżi tar-raġġ biex jiċċekkja l-kontenut tiegħu.Fil-Laboratorju Nazzjonali Brookhaven (BNL), bnejna s-setup sperimentali murija fil-Figura 2.
Ħarsa ġenerali lejn is-setup sperimentali għall-analiżi aċċellerata tar-raġġi tal-litju (illustrat minn Inkscape, 1.0.2, https://inkscape.org/).Mil-lemin għax-xellug, il-plażma ablattiva tal-lejżer hija ġġenerata fil-kamra tal-interazzjoni tal-laser-mira u mwassla lill-Linac RFQ.Malli jidħlu fl-aċċeleratur RFQ, il-joni huma separati mill-plażma u injettati fl-aċċeleratur RFQ permezz ta 'kamp elettriku f'daqqa maħluqa minn differenza ta' vultaġġ ta '52 kV bejn l-elettrodu ta' estrazzjoni u l-elettrodu RFQ fir-reġjun tad-drift.Il-joni estratti huma aċċellerati minn 22 keV/n sa 204 keV/n bl-użu ta 'elettrodi RFQ twal 2 metri.Transformer tal-kurrent (CT) installat fil-ħruġ tal-Linac RFQ jipprovdi kejl mhux distruttiv tal-kurrent tar-raġġ tal-joni.Ir-raġġ huwa ffokat minn tliet kalamiti quadrupole u dirett lejn kalamita dipole, li tissepara u tidderieġi r-raġġ Li3+ fid-ditekter.Wara l-qasma, xintillator tal-plastik li jinġibed lura u tazza Faraday (FC) bi preġudizzju sa -400 V huma użati biex jiskopru r-raġġ li jaċċellera.
Biex tiġġenera joni tal-litju kompletament jonizzat (Li3+), huwa meħtieġ li tinħoloq plażma b'temperatura 'l fuq mit-tielet enerġija ta' jonizzazzjoni tagħha (122.4 eV).Ippruvajna nużaw l-ablazzjoni bil-lejżer biex nipproduċu plażma b'temperatura għolja.Dan it-tip ta 'sors tal-jone tal-lejżer mhuwiex użat komunement biex jiġġenera raġġi tal-jone tal-litju minħabba li l-metall tal-litju huwa reattiv u jeħtieġ immaniġġjar speċjali.Aħna żviluppajna sistema ta 'tagħbija fil-mira biex timminimizza l-umdità u l-kontaminazzjoni tal-arja meta ninstallaw fojl tal-litju fil-kamra tal-interazzjoni tal-laser vakwu.Il-preparazzjonijiet kollha tal-materjali twettqu f'ambjent ikkontrollat ​​ta 'argon niexef.Wara li l-fojl tal-litju ġie installat fil-kamra tal-mira tal-lejżer, il-fojl ġie irradjat b'radjazzjoni tal-laser Nd:YAG pulsata b'enerġija ta '800 mJ għal kull polz.Fil-fokus fuq il-mira, id-densità tal-qawwa tal-lejżer hija stmata li hija madwar 1012 W/cm2.Il-plażma tinħoloq meta laser pulsat jeqred mira fil-vakwu.Matul il-polz tal-lejżer 6 ns kollu, il-plażma tkompli tissaħħan, prinċipalment minħabba l-proċess ta 'bremsstrahlung invers.Peress li l-ebda kamp estern li jillimita ma jiġi applikat matul il-fażi tat-tisħin, il-plażma tibda tespandi fi tliet dimensjonijiet.Meta l-plażma tibda tespandi fuq il-wiċċ fil-mira, iċ-ċentru tal-massa tal-plażma jakkwista veloċità perpendikolari mal-wiċċ fil-mira b'enerġija ta '600 eV/n.Wara t-tisħin, il-plażma tkompli tiċċaqlaq fid-direzzjoni assjali mill-mira, tespandi iżotropikament.
Kif muri fil-Figura 2, il-plażma tal-ablazzjoni tespandi f'volum vakwu mdawwar b'kontenitur tal-metall bl-istess potenzjal bħall-mira.Għalhekk, il-plażma tgħaddi mir-reġjun ħieles mill-kamp lejn l-aċċeleratur RFQ.Kamp manjetiku assjali huwa applikat bejn il-kamra tal-irradjazzjoni tal-lejżer u l-Linac RFQ permezz ta 'coil tas-solenojd imdawwar madwar il-kamra tal-vakwu.Il-kamp manjetiku tas-solenojd irażżan l-espansjoni radjali tal-plażma drifting sabiex tinżamm densità għolja tal-plażma waqt il-kunsinna għall-apertura tal-RFQ.Min-naħa l-oħra, il-plażma tkompli tespandi fid-direzzjoni assjali waqt id-drift, u tifforma plażma tawwalija.Bias ta 'vultaġġ għoli huwa applikat lill-bastiment tal-metall li fih il-plażma quddiem il-port tal-ħruġ fid-daħla tal-RFQ.Il-vultaġġ ta 'bias intgħażel biex jipprovdi r-rata ta' injezzjoni meħtieġa 7Li3 + għal aċċelerazzjoni xierqa mill-Linac RFQ.
Il-plażma tal-ablazzjoni li tirriżulta fiha mhux biss 7Li3 +, iżda wkoll litju fi stati ta 'ċarġ oħra u elementi li jniġġsu, li huma ttrasportati simultanjament lejn l-aċċeleratur lineari RFQ.Qabel l-esperimenti aċċellerati bl-użu tal-Linac RFQ, saret analiżi offline tal-ħin tat-titjira (TOF) biex tistudja l-kompożizzjoni u d-distribuzzjoni tal-enerġija tal-joni fil-plażma.Is-setup analitiku dettaljat u d-distribuzzjonijiet tal-istat tal-ħlas osservati huma spjegati fit-taqsima tal-Metodi.L-analiżi wriet li l-jonji 7Li3 + kienu l-partiċelli ewlenin, li jammontaw għal madwar 54% tal-partiċelli kollha, kif muri fil-Fig. 3. Skont l-analiżi, il-kurrent tal-jone 7Li3 + fil-punt tal-ħruġ tar-raġġ tal-joni huwa stmat għal 1.87 mA.Matul testijiet aċċellerati, kamp tas-solenojd ta '79 mT jiġi applikat għall-plażma li qed tespandi.Bħala riżultat, il-kurrent 7Li3+ estratt mill-plażma u osservat fuq id-ditekter żdied b'fattur ta '30.
Frazzjonijiet ta' joni fil-plażma ġġenerata bil-lejżer miksuba permezz ta' analiżi tal-ħin tat-titjira.Il-jonji 7Li1+ u 7Li2+ jiffurmaw 5% u 25% tar-raġġ tal-joni, rispettivament.Il-frazzjoni misjuba ta 'partiċelli 6Li taqbel mal-kontenut naturali ta' 6Li (7.6%) fil-mira tal-fojl tal-litju fi ħdan l-iżball sperimentali.Ġiet osservata kontaminazzjoni żgħira tal-ossiġnu (6.2%), prinċipalment O1+ (2.1%) u O2+ (1.5%), li jistgħu jkunu dovuti għall-ossidazzjoni tal-wiċċ tal-mira tal-fojl tal-litju.
Kif issemma qabel, il-plażma tal-litju tgħaddi f'reġjun bla kamp qabel ma tidħol fl-RFQ linac.L-input tal-Linac RFQ għandu toqba ta 'dijametru ta' 6 mm f'kontenitur tal-metall, u l-vultaġġ tal-polarizzazzjoni huwa 52 kV.Għalkemm il-vultaġġ tal-elettrodu tal-RFQ jinbidel malajr ±29 kV f'100 MHz, il-vultaġġ jikkawża aċċelerazzjoni axjali minħabba li l-elettrodi tal-aċċeleratur tal-RFQ għandhom potenzjal medju ta 'żero.Minħabba l-kamp elettriku qawwi ġġenerat fid-distakk ta '10 mm bejn l-apertura u t-tarf tal-elettrodu RFQ, jonji tal-plażma pożittivi biss huma estratti mill-plażma fl-apertura.F'sistemi ta 'konsenja tal-jone tradizzjonali, il-joni huma separati mill-plażma b'kamp elettriku f'distanza konsiderevoli quddiem l-aċċeleratur tal-RFQ u mbagħad iffokat fl-apertura tal-RFQ b'element li jiffoka raġġ.Madankollu, għar-raġġi ta 'jone tqal intensi meħtieġa għal sors ta' newtroni intens, forzi repulsivi mhux lineari minħabba effetti ta 'ċarġ spazjali jistgħu jwasslu għal telf sinifikanti ta' kurrent tar-raġġ fis-sistema tat-trasport tal-joni, li jillimitaw l-ogħla kurrent li jista 'jiġi aċċellerat.Fid-DPIS tagħna, joni ta 'intensità għolja huma ttrasportati bħala plażma drifting direttament lejn il-punt tal-ħruġ tal-apertura tal-RFQ, u għalhekk ma jkun hemm l-ebda telf tar-raġġ tal-jone minħabba ħlas spazjali.Matul din id-dimostrazzjoni, DPIS ġie applikat għal raġġ tal-jone tal-litju għall-ewwel darba.
L-istruttura tal-RFQ ġiet żviluppata għall-iffukar u l-aċċellerazzjoni ta 'raġġi ta' joni ta 'kurrent għoli ta' enerġija baxxa u saret l-istandard għall-aċċelerazzjoni tal-ewwel ordni.Aħna użajna RFQ biex naċċelleraw joni 7Li3+ minn enerġija ta 'impjant ta' 22 keV/n għal 204 keV/n.Għalkemm il-litju u partiċelli oħra b'ċarġ aktar baxx fil-plażma huma wkoll estratti mill-plażma u injettati fl-apertura RFQ, l-RFQ linac jaċċellera biss jonji bi proporzjon ta 'ċarġ għall-massa (Q/A) qrib 7Li3+.
Fuq il-fig.Il-Figura 4 turi l-forom tal-mewġ misjuba mit-transformer tal-kurrent (CT) fl-output tal-Linac RFQ u t-tazza Faraday (FC) wara li analizzat il-kalamita, kif muri fil-fig.2. Il-bidla fil-ħin bejn is-sinjali tista 'tiġi interpretata bħala d-differenza fil-ħin tat-titjira fil-post tad-ditekter.L-ogħla kurrent tal-jone mkejjel f'CT kien 43 mA.Fil-pożizzjoni RT, ir-raġġ irreġistrat jista 'jkun fih mhux biss jonji aċċellerati għall-enerġija kkalkulata, iżda wkoll joni oħra għajr 7Li3+, li mhumiex aċċellerati biżżejjed.Madankollu, ix-xebh tal-forom tal-kurrent tal-joni misjuba permezz ta 'QD u PC jindika li l-kurrent tal-joni jikkonsisti prinċipalment f'7Li3+ aċċellerat, u t-tnaqqis fil-valur massimu tal-kurrent fuq PC huwa kkawżat minn telf tar-raġġ waqt it-trasferiment tal-joni bejn QD u PC.Telf Dan huwa kkonfermat ukoll mis-simulazzjoni tal-pakkett.Biex tkejjel b'mod preċiż il-kurrent tar-raġġ 7Li3 +, ir-raġġ jiġi analizzat b'kalamita dipole kif deskritt fit-taqsima li jmiss.
Oxxillogrammi tar-raġġ aċċellerat irreġistrati fil-pożizzjonijiet tad-ditekter CT (kurva sewda) u FC (kurva ħamra).Dan il-kejl jiġi attivat mill-iskoperta tar-radjazzjoni tal-lejżer minn fotodetector waqt il-ġenerazzjoni tal-plażma tal-lejżer.Il-kurva sewda turi l-forma tal-mewġ imkejla fuq CT konness mal-output tal-Linac RFQ.Minħabba l-prossimità tiegħu mal-Linac RFQ, id-ditekter jiġbor ħoss RF ta '100 MHz, għalhekk ġie applikat filtru FFT pass baxx ta' 98 MHz biex jitneħħa s-sinjal RF reżonanti ta '100 MHz sovraimpost fuq is-sinjal ta' skoperta.Il-kurva ħamra turi l-forma tal-mewġ f'FC wara li l-kalamita analitika tidderieġi r-raġġ tal-jone 7Li3+.F'dan il-kamp manjetiku, apparti 7Li3+, N6+ u O7+ jistgħu jiġu ttrasportati.
Ir-raġġ tal-jone wara l-Linac RFQ huwa ffokat minn serje ta 'tliet kalamiti li jiffokaw quadrupole u mbagħad analizzati minn kalamiti dipol biex jiżolaw impuritajiet fir-raġġ tal-jone.Kamp manjetiku ta '0.268 T jidderieġi r-raġġi 7Li3+ lejn l-FC.Il-forma tal-mewġa ta 'skoperta ta' dan il-kamp manjetiku hija murija bħala l-kurva ħamra fil-Figura 4. Il-kurrent tar-raġġ massimu jilħaq 35 mA, li huwa aktar minn 100 darba ogħla minn raġġ Li3 + tipiku prodott f'aċċeleraturi elettrostatiċi konvenzjonali eżistenti.Il-wisa' tal-polz tar-raġġ huwa 2.0 µs f'wisa' sħiħ f'nofs massimu.L-iskoperta ta 'raġġ 7Li3+ b'kamp manjetiku dipol jindika ġbir b'suċċess u aċċelerazzjoni tar-raġġ.Il-kurrent tar-raġġ tal-jone misjub minn FC meta jiskennja l-kamp manjetiku tad-dipol huwa muri f'Fig. 5. Ġie osservat quċċata waħda nadifa, separata sew minn qċaċet oħra.Peress li l-joni kollha aċċellerati għall-enerġija tad-disinn mill-RFQ linac għandhom l-istess veloċità, ir-raġġi tal-joni bl-istess Q/A huma diffiċli biex jiġu separati b'kampijiet manjetiċi dipol.Għalhekk, ma nistgħux niddistingwu 7Li3+ minn N6+ ​​jew O7+.Madankollu, l-ammont ta 'impuritajiet jista' jiġi stmat minn stati ta 'ċarġ ġirien.Pereżempju, N7+ u N5+ jistgħu jiġu separati faċilment, filwaqt li N6+ jista 'jkun parti mill-impurità u huwa mistenni li jkun preżenti f'madwar l-istess ammont bħal N7+ u N5+.Il-livell ta' tniġġis stmat huwa ta' madwar 2%.
Spettri tal-komponenti tar-raġġ miksuba bl-iskannjar ta' kamp manjetiku dipol.Il-quċċata f'0.268 T tikkorrispondi għal 7Li3 + u N6 +.Il-wisa 'tal-quċċata tiddependi fuq id-daqs tar-raġġ fuq il-qasma.Minkejja l-qċaċet wesgħin, 7Li3+ jifred sew minn 6Li3+, O6+, u N5+, iżda jifred ħażin minn O7+ u N6+.
Fil-post tal-FC, il-profil tar-raġġ ġie kkonfermat bi scintillator plug-in u rreġistrat b'kamera diġitali veloċi kif muri fil-Figura 6. Ir-raġġ pulsat 7Li3+ b'kurrent ta '35 mA jidher li huwa aċċellerat għal RFQ ikkalkulat enerġija ta' 204 keV/n, li tikkorrispondi għal 1.4 MeV , u trasmessa lid-ditekter FC.
Profil tar-raġġ osservat fuq skrin ta' scintillator pre-FC (ikkulurit minn Fiġi, 2.3.0, https://imagej.net/software/fiji/).Il-kamp manjetiku tal-kalamita dipole analitika ġie rregolat biex jidderieġi l-aċċelerazzjoni tar-raġġ tal-jone Li3+ lejn l-RFQ tal-enerġija tad-disinn.It-tikek blu fiż-żona ħadra huma kkawżati minn materjal ta 'jpetpet difettuż.
Ksibna l-ġenerazzjoni ta 'jonji 7Li3+ permezz ta' ablazzjoni bil-lejżer tal-wiċċ ta 'fojl tal-litju solidu, u raġġ ta' joni ta 'kurrent għoli ġie maqbud u aċċellerat b'Linac RFQ iddisinjat apposta bl-użu ta' DPIS.F'enerġija tar-raġġ ta '1.4 MeV, l-ogħla kurrent ta' 7Li3+ milħuq fuq il-FC wara analiżi tal-kalamita kien 35 mA.Dan jikkonferma li l-aktar parti importanti tal-implimentazzjoni ta 'sors tan-newtroni b'kinematika inversa ġiet implimentata b'mod sperimentali.F'din il-parti tad-dokument, id-disinn kollu ta 'sors tan-newtroni kompatti se jiġi diskuss, inklużi aċċeleraturi ta' enerġija għolja u stazzjonijiet fil-mira tan-newtroni.Id-disinn huwa bbażat fuq riżultati miksuba b'sistemi eżistenti fil-laboratorju tagħna.Għandu jiġi nnutat li l-ogħla kurrent tar-raġġ tal-jone jista 'jiżdied aktar billi titqassar id-distanza bejn il-fojl tal-litju u l-Linac RFQ.Ross.7 turi l-kunċett kollu tas-sors tan-newtroni kompatti propost fl-aċċeleratur.
Disinn kunċettwali tas-sors tan-newtroni kompatti propost fl-aċċeleratur (miġbud minn Freecad, 0.19, https://www.freecadweb.org/).Mil-lemin għax-xellug: sors tal-jone tal-lejżer, kalamita tas-solenojd, RFQ linac, trasferiment tar-raġġ ta 'enerġija medja (MEBT), IH linac, u kamra ta' interazzjoni għall-ġenerazzjoni tan-newtroni.Il-protezzjoni mir-radjazzjoni hija pprovduta primarjament fid-direzzjoni 'l quddiem minħabba n-natura diretta dejqa tar-raġġi tan-newtroni prodotti.
Wara l-RFQ linac, aktar aċċelerazzjoni tal-Inter-diġitali H-struttura (IH linac) 30 linac hija ppjanata.IH linacs jużaw struttura ta 'tubu drift tal-modalità π biex jipprovdu gradjenti ta' kamp elettriku għoli fuq ċertu firxa ta 'veloċitajiet.L-istudju kunċettwali twettaq ibbażat fuq simulazzjoni ta 'dinamika lonġitudinali 1D u simulazzjoni ta' qoxra 3D.Il-kalkoli juru li linac IH ta '100 MHz b'vultaġġ raġonevoli ta' tubu drift (inqas minn 450 kV) u kalamita qawwija li tiffoka jistgħu jaċċelleraw raġġ ta '40 mA minn 1.4 sa 14 MeV f'distanza ta' 1.8 m.Id-distribuzzjoni tal-enerġija fl-aħħar tal-katina tal-aċċeleratur hija stmata għal ± 0.4 MeV, li ma taffettwax b'mod sinifikanti l-ispettru tal-enerġija tan-newtroni prodotti mill-mira tal-konverżjoni tan-newtroni.Barra minn hekk, l-emissività tar-raġġ hija baxxa biżżejjed biex tiffoka r-raġġ f'post tar-raġġ iżgħar milli normalment ikun meħtieġ għal kalamita quadrupole ta 'qawwa u daqs medju.Fit-trażmissjoni tar-raġġ ta 'enerġija medja (MEBT) bejn il-linac RFQ u l-linac IH, ir-resonatur tal-beamforming jintuża biex tinżamm l-istruttura tal-beamforming.Tliet kalamiti quadrupole huma użati biex jikkontrollaw id-daqs tar-raġġ tal-ġenb.Din l-istrateġija tad-disinn intużat f'ħafna aċċeleraturi31,32,33.It-tul totali tas-sistema kollha mis-sors tal-jone sal-kamra fil-mira huwa stmat li jkun inqas minn 8 m, li jista 'jiffittja fi trakk semi-karru standard.
Il-mira tal-konverżjoni tan-newtroni se tkun installata direttament wara l-aċċeleratur lineari.Niddiskutu disinji ta’ stazzjon fil-mira bbażati fuq studji preċedenti bl-użu ta’ xenarji kinematiċi inversi23.Il-miri ta' konverżjoni rrappurtati jinkludu materjali solidi (polipropilene (C3H6) u idrur tat-titanju (TiH2)) u sistemi ta' mira gassużi.Kull għan għandu vantaġġi u żvantaġġi.Miri solidi jippermettu kontroll preċiż tal-ħxuna.Iktar ma tkun irqaq il-mira, iktar ikun preċiż l-arranġament spazjali tal-produzzjoni tan-newtroni.Madankollu, miri bħal dawn xorta jista' jkollhom xi grad ta' reazzjonijiet nukleari u radjazzjoni mhux mixtieqa.Min-naħa l-oħra, mira ta 'l-idroġenu tista' tipprovdi ambjent aktar nadif billi telimina l-produzzjoni ta '7Be, il-prodott ewlieni tar-reazzjoni nukleari.Madankollu, l-idroġenu għandu kapaċità ta 'barriera dgħajfa u jeħtieġ distanza fiżika kbira għal rilaxx suffiċjenti ta' enerġija.Dan huwa kemmxejn ta 'żvantaġġ għall-kejl TOF.Barra minn hekk, jekk tintuża film irqiq biex tissiġilla mira ta 'l-idroġenu, huwa meħtieġ li jittieħed kont tat-telf ta' enerġija tar-raġġi gamma ġġenerati mill-film irqiq u r-raġġ tal-litju inċidentali.
LICORNE juża miri tal-polipropilene u s-sistema tal-mira ġiet imtejba għal ċelloli tal-idroġenu ssiġillati b'fojl tat-tantalu.Jekk wieħed jassumi kurrent tar-raġġ ta '100 nA għal 7Li34, iż-żewġ sistemi fil-mira jistgħu jipproduċu sa 107 n/s/sr.Jekk napplikaw din il-konverżjoni dikjarata tar-rendiment tan-newtroni għas-sors ta 'newtroni propost tagħna, allura jista' jinkiseb raġġ immexxi mill-litju ta '7 × 10–8 C għal kull polz tal-laser.Dan ifisser li l-isparar tal-lejżer biss darbtejn fis-sekonda jipproduċi 40% aktar newtroni milli LICORNE jista 'jipproduċi f'sekonda waħda b'raġġ kontinwu.Il-fluss totali jista 'jiżdied faċilment billi tiżdied il-frekwenza ta' eċitazzjoni tal-laser.Jekk nassumu li hemm sistema tal-lejżer ta '1 kHz fis-suq, il-fluss medju tan-newtroni jista' faċilment jiġi skalat sa madwar 7 × 109 n/s/sr.
Meta nużaw sistemi ta 'rata ta' ripetizzjoni għolja b'miri tal-plastik, huwa meħtieġ li nikkontrollaw il-ġenerazzjoni tas-sħana fuq il-miri minħabba li, pereżempju, il-polipropilene għandu punt ta 'tidwib baxx ta' 145-175 °C u konduttività termali baxxa ta '0.1-0.22 W/ m/K.Għal raġġ tal-jone tal-litju ta' 14 MeV, mira tal-polipropilene ħoxna ta' 7 µm hija biżżejjed biex tnaqqas l-enerġija tar-raġġ sal-limitu ta' reazzjoni (13.098 MeV).B'kont meħud tal-effett totali tal-joni ġġenerati minn sparatura waħda tal-laser fuq il-mira, ir-rilaxx tal-enerġija tal-joni tal-litju permezz tal-polypropylene huwa stmat għal 64 mJ/polz.Jekk wieħed jassumi li l-enerġija kollha tiġi trasferita f'ċirku b'dijametru ta '10 mm, kull polz jikkorrispondi għal żieda fit-temperatura ta' madwar 18 K/polz.Ir-rilaxx tal-enerġija fuq miri tal-polypropylene huwa bbażat fuq is-suppożizzjoni sempliċi li t-telf kollu tal-enerġija jinħażen bħala sħana, mingħajr radjazzjoni jew telf ieħor tas-sħana.Peress li ż-żieda tan-numru ta 'impulsi kull sekonda teħtieġ l-eliminazzjoni tal-akkumulazzjoni tas-sħana, nistgħu nużaw miri ta' strixxa biex nevitaw ir-rilaxx tal-enerġija fl-istess punt23.Jekk wieħed jassumi post ta 'raġġ ta' 10 mm fuq mira b'rata ta 'ripetizzjoni tal-lejżer ta' 100 Hz, il-veloċità tal-iskannjar tat-tejp tal-polypropylene tkun 1 m/s.Rati ta' ripetizzjoni ogħla huma possibbli jekk tkun permessa koinċidenza fuq il-post tar-raġġ.
Investigajna wkoll miri b'batteriji tal-idroġenu, minħabba li jistgħu jintużaw travi ta 'sewqan aktar b'saħħithom mingħajr ma ssir ħsara lill-mira.Ir-raġġ tan-newtroni jista 'jiġi sintonizzat faċilment billi jinbidel it-tul tal-kamra tal-gass u l-pressjoni tal-idroġenu ġewwa.Fojls tal-metall irqaq ħafna drabi jintużaw f'aċċeleraturi biex jisseparaw ir-reġjun gassuż tal-mira mill-vakwu.Għalhekk, huwa meħtieġ li tiżdied l-enerġija tar-raġġ tal-jone tal-litju inċidentali sabiex tikkumpensa għat-telf ta 'enerġija fuq il-fojl.L-assemblaġġ fil-mira deskritt fir-rapport 35 kien jikkonsisti f'kontenitur tal-aluminju twil 3.5 ċm bi pressjoni tal-gass H2 ta' 1.5 atm.Ir-raġġ tal-jone tal-litju ta '16.75 MeV jidħol fil-batterija permezz tal-fojl Ta 2.7 µm imkessaħ bl-arja, u l-enerġija tar-raġġ tal-jone tal-litju fit-tarf tal-batterija tiġi deċelerata sal-limitu ta' reazzjoni.Biex tiżdied l-enerġija tar-raġġ tal-batteriji tal-jone tal-litju minn 14.0 MeV għal 16.75 MeV, il-linac IH kellu jittawwal b'madwar 30 ċm.
Ġiet studjata wkoll l-emissjoni tan-newtroni minn miri taċ-ċelloli tal-gass.Għall-miri tal-gass LICORNE imsemmija hawn fuq, simulazzjonijiet GEANT436 juru li newtroni orjentati ħafna huma ġġenerati ġewwa l-kon, kif muri fil-Figura 1 f'[37].Ir-referenza 35 turi l-firxa tal-enerġija minn 0.7 sa 3.0 MeV b'ftuħ massimu tal-koni ta '19.5° relattiv għad-direzzjoni tal-propagazzjoni tar-raġġ prinċipali.Newtroni orjentati ħafna jistgħu jnaqqsu b'mod sinifikanti l-ammont ta 'materjal tal-ilqugħ fil-biċċa l-kbira tal-angoli, inaqqsu l-piż tal-istruttura u jipprovdu flessibilità akbar fl-installazzjoni tat-tagħmir tal-kejl.Mil-lat tal-protezzjoni mir-radjazzjoni, minbarra n-newtroni, din il-mira gassuża temetti raġġi gamma 478 keV iżotropikament fis-sistema ta’ koordinati taċ-ċentru38.Dawn ir-raġġi γ huma prodotti bħala riżultat tat-tħassir 7Be u d-diżeċitazzjoni 7Li, li sseħħ meta r-raġġ primarju Li jolqot it-tieqa tad-dħul Ta.Madankollu, billi żżid kollimatur ċilindriku oħxon ta '35 Pb/Cu, l-isfond jista' jitnaqqas b'mod sinifikanti.
Bħala mira alternattiva, wieħed jista 'juża tieqa tal-plażma [39, 40], li tagħmilha possibbli li tinkiseb pressjoni tal-idroġenu relattivament għolja u reġjun spazjali żgħir ta' ġenerazzjoni ta 'newtroni, għalkemm huwa inferjuri għal miri solidi.
Qed ninvestigaw għażliet ta' mira ta' konverżjoni tan-newtroni għad-distribuzzjoni tal-enerġija mistennija u d-daqs tar-raġġ ta' raġġ tal-jone tal-litju bl-użu ta' GEANT4.Is-simulazzjonijiet tagħna juru distribuzzjoni konsistenti tal-enerġija tan-newtroni u d-distribuzzjonijiet angolari għall-miri tal-idroġenu fil-letteratura ta 'hawn fuq.Fi kwalunkwe sistema fil-mira, newtroni orjentati ħafna jistgħu jiġu prodotti minn reazzjoni kinematika inversa mmexxija minn raġġ qawwi 7Li3+ fuq mira b'ħafna idroġenu.Għalhekk, sorsi ta 'newtroni ġodda jistgħu jiġu implimentati billi jiġu kkombinati teknoloġiji diġà eżistenti.
Il-kundizzjonijiet tal-irradjazzjoni tal-lejżer irriproduċu esperimenti ta 'ġenerazzjoni ta' raġġ tal-joni qabel id-dimostrazzjoni aċċellerata.Il-laser huwa sistema desktop nanosecond Nd:YAG b'densità ta 'qawwa tal-lejżer ta' 1012 W/cm2, wavelength fundamentali ta '1064 nm, enerġija spot ta' 800 mJ, u tul ta 'polz ta' 6 ns.Id-dijametru tal-post fuq il-mira huwa stmat għal 100 µm.Minħabba li l-metall tal-litju (Alfa Aesar, 99.9% pur) huwa pjuttost artab, il-materjal maqtugħ b'mod preċiż huwa ppressat fil-moffa.Dimensjonijiet tal-fojl 25 mm × 25 mm, ħxuna 0.6 mm.Ħsara bħal Crater isseħħ fuq il-wiċċ tal-mira meta lejżer jolqotha, għalhekk il-mira titmexxa minn pjattaforma motorizzata biex tipprovdi porzjon frisk tal-wiċċ tal-mira ma 'kull sparatura tal-lejżer.Biex tiġi evitata rikombinazzjoni minħabba gass residwu, il-pressjoni fil-kamra nżammet taħt il-medda ta '10-4 Pa.
Il-volum inizjali tal-plażma tal-lejżer huwa żgħir, peress li d-daqs tal-post tal-lejżer huwa 100 μm u fi żmien 6 ns wara l-ġenerazzjoni tiegħu.Il-volum jista 'jittieħed bħala punt eżatt u estiża.Jekk id-ditekter jitqiegħed f'distanza xm mill-wiċċ fil-mira, allura s-sinjal riċevut jobdi r-relazzjoni: kurrent tal-joni I, ħin tal-wasla tal-jone t, u wisa 'tal-polz τ.
Il-plażma ġġenerata ġiet studjata bil-metodu TOF b'FC u analizzatur tal-jone tal-enerġija (EIA) li jinsab f'distanza ta '2.4 m u 3.85 m mill-mira tal-lejżer.L-FC għandu grid ta 'soppressor preġudikat b'-5 kV biex jipprevjeni l-elettroni.L-EIA għandha deflector elettrostatiku ta '90 grad li jikkonsisti f'żewġ elettrodi ċilindriċi tal-metall koassjali bl-istess vultaġġ iżda polarità opposta, pożittiv fuq barra u negattiv fuq ġewwa.Il-plażma li qed tespandi hija diretta lejn id-deflector wara l-islott u devjata mill-kamp elettriku li jgħaddi miċ-ċilindru.Ioni li jissodisfaw ir-relazzjoni E/z = eKU jinstabu bl-użu ta’ Multiplikatur ta’ Elettron Sekondarju (SEM) (Hamamatsu R2362), fejn E, z, e, K, u U huma l-enerġija tal-joni, l-istat ta’ ċarġ, u l-iċċarġjar huma fatturi ġeometriċi EIA. .elettroni, rispettivament, u d-differenza potenzjali bejn l-elettrodi.Billi tbiddel il-vultaġġ madwar id-deflector, wieħed jista 'jikseb id-distribuzzjoni tal-enerġija u ċ-ċarġ tal-joni fil-plażma.Il-vultaġġ tal-knis U/2 EIA huwa fil-medda minn 0.2 V sa 800 V, li jikkorrispondi għal enerġija tal-joni fil-medda minn 4 eV sa 16 keV għal kull stat ta 'ċarġ.
Id-distribuzzjonijiet tal-istat ta 'ċarġ tal-joni analizzati taħt il-kundizzjonijiet tal-irradjazzjoni bil-lejżer deskritti fit-taqsima "Ġenerazzjoni ta' raġġi tal-litju kompletament imqaxxra" huma murija fil-Fig.8.
Analiżi tad-distribuzzjoni tal-istat ta 'ċarġ tal-joni.Hawn hu l-profil tal-ħin tad-densità tal-kurrent tal-jone analizzat bl-EIA u skalat f'1 m mill-fojl tal-litju bl-użu tal-ekwazzjoni.(1) u (2).Uża l-kundizzjonijiet tal-irradjazzjoni bil-lejżer deskritti fit-taqsima "Ġenerazzjoni ta 'Raġġ tal-Lithium Kompletament Exfoliated".Bl-integrazzjoni ta 'kull densità tal-kurrent, il-proporzjon ta' joni fil-plażma ġie kkalkulat, muri fil-Figura 3.
Sorsi tal-jone tal-lejżer jistgħu jwasslu raġġ ta 'jone multi-mA intens b'ċarġ għoli.Madankollu, il-kunsinna tar-raġġ hija diffiċli ħafna minħabba r-repulsjoni tal-ħlas tal-ispazju, għalhekk ma kinitx użata ħafna.Fl-iskema tradizzjonali, ir-raġġi tal-joni huma estratti mill-plażma u ttrasportati lejn l-aċċeleratur primarju tul linja tar-raġġ b'diversi kalamiti li jiffokaw biex jiffurmaw ir-raġġ tal-joni skont il-kapaċità tal-ġbir tal-aċċeleratur.Fir-raġġi tal-forza tal-iċċarġjar tal-ispazju, ir-raġġi jiddiverġu b'mod mhux lineari, u telf serju tar-raġġ huwa osservat, speċjalment fir-reġjun ta 'veloċitajiet baxxi.Biex tingħeleb din il-problema fl-iżvilupp ta 'aċċeleraturi mediċi tal-karbonju, hija proposta skema ġdida ta' konsenja tar-raġġ DPIS41.Applikajna din it-teknika biex naċċelleraw raġġ qawwi tal-jone tal-litju minn sors ġdid ta 'newtroni.
Kif muri fil-fig.4, l-ispazju li fih tiġi ġġenerata u estiża l-plażma huwa mdawwar b'kontenitur tal-metall.L-ispazju magħluq jestendi għad-daħla tar-resonatur RFQ, inkluż il-volum ġewwa l-coil tas-solenojd.Ġie applikat vultaġġ ta’ 52 kV mal-kontenitur.Fir-resonatur RFQ, il-joni jinġibdu b'potenzal minn toqba b'dijametru ta '6 mm billi l-RFQ tiġi ertjata.Il-forzi repulsivi mhux lineari fuq il-linja tar-raġġ huma eliminati hekk kif il-joni huma ttrasportati fl-istat tal-plażma.Barra minn hekk, kif imsemmi hawn fuq, applikajna kamp tas-solenojd flimkien ma 'DPIS biex tikkontrolla u żżid id-densità tal-joni fl-apertura tal-estrazzjoni.
L-aċċeleratur RFQ jikkonsisti f'kamra tal-vakwu ċilindrika kif muri fil-fig.9a.Ġewwa fih, erba 'vireg ta' ram mingħajr ossiġnu huma mqiegħda quadrupole-simmetrikament madwar l-assi tar-raġġ (Fig. 9b).4 vireg u kmamar jiffurmaw ċirkwit RF reżonanti.Il-kamp RF indott joħloq vultaġġ li jvarja fil-ħin madwar il-virga.Ioni impjantati lonġitudinali madwar l-assi huma miżmuma lateralment mill-kamp quadrupole.Fl-istess ħin, il-ponta tal-virga hija modulata biex toħloq kamp elettriku assjali.Il-kamp axjali jaqsam ir-raġġ kontinwu injettat f'serje ta 'impulsi tar-raġġ imsejħa raġġ.Kull raġġ jinsab f'ċertu ħin taċ-ċiklu RF (10 ns).Ir-raġġi li jmissu magħhom huma spazjati skont il-perjodu tal-frekwenza tar-radju.Fl-RFQ linac, raġġ ta' 2 µs minn sors tal-jone tal-lejżer jiġi kkonvertit f'sekwenza ta' 200 raġġ.Ir-raġġ imbagħad jiġi aċċellerat għall-enerġija kkalkulata.
Aċċeleratur lineari RFQ.(a) (xellug) Veduta esterna tal-kamra tal-Linac tal-RFQ.(b) (lemin) Elettrodu b'erba 'vireg fil-kamra.
Il-parametri ewlenin tad-disinn tal-Linac RFQ huma l-vultaġġ tal-virga, il-frekwenza reżonanti, ir-raġġ tat-toqba tar-raġġ u l-modulazzjoni tal-elettrodu.Agħżel il-vultaġġ fuq il-virga ± 29 kV sabiex il-kamp elettriku tagħha jkun taħt il-limitu ta' tqassim elettriku.Iktar ma tkun baxxa l-frekwenza reżonanti, iktar ikun kbir il-forza laterali ta 'fokus u iżgħar il-kamp medju ta' aċċelerazzjoni.Raġġi ta 'apertura kbar jagħmluha possibbli li jiżdied id-daqs tar-raġġ u, konsegwentement, iżidu l-kurrent tar-raġġ minħabba r-repulsjoni iżgħar ta' ħlas spazjali.Min-naħa l-oħra, raġġi ta 'apertura akbar jeħtieġu aktar qawwa RF biex iħaddmu l-Linac RFQ.Barra minn hekk, huwa limitat mir-rekwiżiti tal-kwalità tas-sit.Ibbażat fuq dawn il-bilanċi, il-frekwenza reżonanti (100 MHz) u r-raġġ tal-apertura (4.5 mm) intgħażlu għal aċċelerazzjoni tar-raġġ ta 'kurrent għoli.Il-modulazzjoni tintgħażel biex timminimizza t-telf tar-raġġ u timmassimizza l-effiċjenza tal-aċċelerazzjoni.Id-disinn ġie ottimizzat ħafna drabi biex jipproduċi disinn RFQ linac li jista 'jaċċellera joni 7Li3+ f'40 mA minn 22 keV/n sa 204 keV/n fi żmien 2 m.Il-qawwa RF imkejla matul l-esperiment kienet 77 kW.
Linacs RFQ jistgħu jaċċelleraw joni b'firxa speċifika Q/A.Għalhekk, meta tiġi analizzata raġġ mitmugħ sat-tarf ta 'aċċeleratur lineari, huwa meħtieġ li jitqiesu l-iżotopi u sustanzi oħra.Barra minn hekk, il-jonji mixtieqa, parzjalment aċċellerati, iżda niżlu taħt kundizzjonijiet ta 'aċċelerazzjoni fin-nofs tal-aċċeleratur, xorta jistgħu jilħqu l-konfinament laterali u jistgħu jiġu ttrasportati sa l-aħħar.Raġġi mhux mixtieqa minbarra partiċelli 7Li3+ inġinerija jissejħu impuritajiet.Fl-esperimenti tagħna, l-impuritajiet 14N6+ u 16O7+ kienu tal-akbar tħassib, peress li l-fojl tal-metall tal-litju jirreaġixxi mal-ossiġnu u n-nitroġenu fl-arja.Dawn il-jonji għandhom proporzjon Q/A li jista 'jiġi aċċellerat b'7Li3+.Aħna nużaw kalamiti dipol biex nisseparaw travi ta 'kwalità u kwalità differenti għall-analiżi tar-raġġ wara l-Linac RFQ.
Il-linja tar-raġġ wara l-Linac RFQ hija ddisinjata biex twassal ir-raġġ 7Li3+ kompletament aċċellerat lill-FC wara l-kalamita dipol.-400 V elettrodi bias huma użati biex jrażżnu elettroni sekondarji fit-tazza biex ikejjel b'mod preċiż il-kurrent tar-raġġ tal-jone.B'din l-ottika, it-trajettorji tal-joni huma separati f'dipoli u ffukati f'postijiet differenti skont il-Q/A.Minħabba diversi fatturi bħad-diffużjoni tal-momentum u r-repulsjoni tal-ħlas spazjali, ir-raġġ fil-fokus għandu ċertu wisa '.L-ispeċi jistgħu jiġu separati biss jekk id-distanza bejn il-pożizzjonijiet fokali taż-żewġ speċi tal-joni hija akbar mill-wisa 'raġġ.Biex tinkiseb l-ogħla riżoluzzjoni possibbli, qasma orizzontali hija installata ħdejn il-qadd tar-raġġ, fejn ir-raġġ huwa prattikament ikkonċentrat.Ġie installat skrin ta 'tpetpet (CsI(Tl) minn Saint-Gobain, 40 mm × 40 mm × 3 mm) bejn il-qasma u l-PC.Ix-xpetpett intuża biex jiddetermina l-iżgħar qasma li l-partiċelli ddisinjati kellhom jgħaddu minnha għal riżoluzzjoni ottimali u biex juri daqsijiet ta 'raġġ aċċettabbli għal raġġi ta' joni tqal ta 'kurrent għoli.L-immaġni tar-raġġ fuq ix-xpetpet hija rreġistrata minn kamera CCD minn tieqa tal-vakwu.Aġġusta t-tieqa tal-ħin ta 'espożizzjoni biex tkopri l-wisa' kollu tal-polz tar-raġġ.
Is-settijiet tad-dejta użati jew analizzati fl-istudju attwali huma disponibbli mill-awturi rispettivi fuq talba raġonevoli.
Manke, I. et al.Immaġini tridimensjonali ta' oqsma manjetiċi.Komun nazzjonali.1, 125. https://doi.org/10.1038/ncomms1125 (2010).
Anderson, IS et al.Possibbiltajiet ta 'studju ta' sorsi ta 'newtroni kompatti f'aċċeleraturi....fiżika.Rep 654, 1-58.https://doi.org/10.1016/j.physrep.2016.07.007 (2016).
Urchuoli, A. et al.Mikrotomografija komputata bbażata fuq in-newtroni: Pliobates cataloniae u Barberapithecus huerzeleri bħala każijiet tat-test.Iva.J. Fiżika.antropoloġija.166, 987–993.https://doi.org/10.1002/ajpa.23467 (2018).