КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-29-00508

НазваниеПортативный источник импульсного интенсивного нейтронного излучения на основе лазерно-плазменного ионного диода

Руководитель Школьников Эдуард Яковлевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" , г Москва

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-301 - Электрофизика, электрофизические системы

Ключевые слова портативный импульсный нейтронный генератор, лазерно-плазменный ионный диод, система магнитной изоляции, генератор импульсных напряжений, лазерная плазма, генерация нейтронов, изотопы водорода, ионно-электронная эмиссия

Код ГРНТИ58.31.29

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Развитие науки и технологий во второй половине прошлого и начале нынешнего веков убедительно свидетельствуют о высокой степени востребованности портативных нейтронных генераторов, которые прочно заняли свое место в различного рода технологиях. На современном этапе портативными нейтронными генераторами, получившими наибольшее распространение, являются генераторы на вакуумных (ВНТ) и газонаполненных (ГНТ) нейтронных трубках. Они обладают относительно малыми габаритами, что позволяет, в частности, использовать их в каротажных технологиях и космических исследованиях, обеспечивают нейтронные потоки 10^6-10^7 н/имп на DD реакции. В то же время они обладают весьма малым ресурсом работы и высокой степенью нестабильности. Появившиеся более 50 лет назад нейтронные генераторы на основе установок на плазменном фокусе являются рекордсменами по интенсивности нейтронных потоков: 10^10 н/имп на DD реакции. Однако он обладает отнюдь не малыми габаритами, так что его достаточно условно можно отнести к классу портативных. К тому же, этот тип генератора обладает весьма малым ресурсом и малым значением рабочей частоты. В то же время, появившиеся новые нейтронные технологии поставили задачу разработки новых типов портативных нейтронных генераторов с повышенными рабочими характеристиками. В результате проведенных НИР и ОКР появились нейтронные генераторы на ВЧ и СВЧ ионных источниках и на источниках Баярда-Альперта. В конце прошлого века внимание исследователей привлекла разработка портативного нейтронного генератора на лазерно-плазменном диоде с нейтронным выходом 5·10^7 н/имп на DD реакции при длительности импульса десятки-сотни нс, частоте следования импульсов 10 Гц ресурсе работы более 10^7-10^8 импульсов и энергии лазерного луча до 0,1 Дж. Исследования показали, что при увеличении энергии лазерного луча до 1-10 Дж, ускоряющего напряжения до 350 кВ, может быть значительно увеличен и выход нейтронов (на 2-3 порядка). Данный проект посвящен исследованиям по разработке портативного нейтронного генератора на лазерно-плазменном диоде. Впервые для таких систем будут разработаны такие модели, которые в отличие от ранее разработанных моделей, носящих оценочный характер, дадут возможность проводить детальный анализ динамики плазменных потоков в реальной геометрии диода и распределений электрического и магнитных полей. Это даст возможность найти оптимальную конфигурацию катод-анодного промежутка, а именно увеличить его электрическую прочность и обеспечить оседание на нейтроно-образующей мишени максимального количества наработанных в диоде ионов водорода. Детальный анализ плазменных потоков позволит получить полную информацию о распространении в области катод-анодного промежутка диода вторично-эмиссионных электронов от ионно-электронной эмиссии на нейтроно-образующей мишени. Такой анализ будет впервые проведен для лазерно-плазменных ионных диодов. Важность его, в том числе, объясняется возможностью перемыкания вторично-эмиссионным потоком электронов катод-анодного промежутка и прекращения ускорения ионов, что приобретает особую значимость при повышении значений энергии лазерного луча, когда ток вторичных электронов, многократно превышая ток ионов, достигает весьма больших значений. Подобный детальный анализ плазменных потоков позволит получать информацию для таких режимов работы лазерного источника, которые лежат за пределами возможностей экспериментального стенда, что дает возможность оценить дальнейшее развитие поставленной проблемы. Впервые будут исследованы и созданы системы изоляции вторично-эмиссионных электронов на основе постоянных магнитов, обеспечивающих полное подавление этих электронов в экспериментальных генераторах нейтронов на лазерно-плазменном ионном диоде. Разработка этих систем будет впервые основана не только на инженерных расчетах магнитных полей, но и на результатах PIC моделирования разлета лазерной плазмы в реальной геометрии ионного диода. Впервые будет высказано заключение о целесообразности построения систем изоляции вторично-эмиссионных потоков на основе систем проводников с мощными импульсными токами. Проектом предусмотрено создание экспериментального стенда, содержащего сильноточный генератор импульсного напряжения (ГИН), лазер, вакуумную систему, вакуумную камеру с высоковольтными и оптическими вводами, системы метрологии и сканирования луча лазера. Экспериментальные исследования лазерно-плазменного ионного диода с различными системами магнитной изоляции будут проводиться при различных значениях напряжения ГИН (100-350 кВ) и энергии лазера (0,05-1 Дж) и включает в себя определение ионного тока и вторично-эмиссионного электронного тока, а также нейтронных потоков. По результатам теоретического и экспериментального исследования будет решаться задача о будущей разработке портативного импульсного нейтронного генератора на основе лазерно-плазменного ионного диода.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---