304L 6.35*1ሚሜ ከማይዝግ ብረት የተሰራ የተጠቀለለ ቱቦ አቅራቢዎች ፣የተዘበራረቀ ቀጥተኛ ኒውትሮን ለመፍጠር ኃይለኛ የሊቲየም ጨረር ማሳያ

Nature.comን ስለጎበኙ እናመሰግናለን።የተወሰነ የሲኤስኤስ ድጋፍ ያለው የአሳሽ ስሪት እየተጠቀሙ ነው።ለበለጠ ልምድ፣ የዘመነ አሳሽ እንድትጠቀም እንመክርሃለን (ወይም የተኳኋኝነት ሁነታን በኢንተርኔት ኤክስፕሎረር አሰናክል)።በተጨማሪም, ቀጣይነት ያለው ድጋፍ ለማረጋገጥ, ጣቢያውን ያለ ቅጦች እና ጃቫስክሪፕት እናሳያለን.
በእያንዳንዱ ስላይድ ሶስት መጣጥፎችን የሚያሳዩ ተንሸራታቾች።በተንሸራታቾች ውስጥ ለመንቀሳቀስ የኋላ እና ቀጣይ ቁልፎችን ይጠቀሙ ፣ ወይም በእያንዳንዱ ስላይድ ውስጥ ለመንቀሳቀስ በመጨረሻው ላይ ያሉትን የስላይድ መቆጣጠሪያ ቁልፎችን ይጠቀሙ።

ከኒውክሌር ኃይል ማመንጫዎች ጥናት እንደ አማራጭ፣ በሊቲየም-አዮን ጨረር ሾፌር በመጠቀም የታመቀ ፍጥነት ያለው የኒውትሮን ጀነሬተር ብዙም ያልተፈለገ ጨረራ ስለሚያመርት ተስፋ ሰጪ እጩ ሊሆን ይችላል።ይሁን እንጂ ኃይለኛ የሊቲየም ion ጨረር ለማቅረብ አስቸጋሪ ነበር, እና የእነዚህ መሳሪያዎች ተግባራዊ አተገባበር የማይቻል ነው ተብሎ ይታሰባል.በጣም አጣዳፊው በቂ ያልሆነ የ ion ፍሰት ችግር በቀጥታ የፕላዝማ መትከል ዘዴን በመተግበር ተፈትቷል ።በዚህ እቅድ ውስጥ የሊቲየም ብረታ ፎይል በሌዘር ጠለፋ የሚፈጠረው ከፍተኛ-ጥቅጥቅ ያለ ፕላዝማ በከፍተኛ ድግግሞሽ ባለአራት እጥፍ አክስሌሬተር (RFQ accelerator) በብቃት በመርፌ እና በማፋጠን ይከናወናል።ከ 35 mA የተፋጠነ ወደ 1.43 ሜጋ ባይት ሞገድ ደርሰናል፣ ይህ ደግሞ ከመደበኛ ኢንጀክተር እና አፋጣኝ ሲስተሞች ሊሰጡ ከሚችሉት በላይ ሁለት ትዕዛዞች ነው።
ከኤክስ ሬይ ወይም ከተሞሉ ቅንጣቶች በተለየ ኒውትሮኖች ትልቅ የመግባት ጥልቀት እና ልዩ የሆነ መስተጋብር ከኮንደንድ ቁስ ጋር ያላቸው ሲሆን ይህም የቁሳቁስን ባህሪያት ለማጥናት እጅግ በጣም ሁለገብ መመርመሪያ ያደርጋቸዋል።በተለይም የኒውትሮን መበታተን ቴክኒኮችን በብዛት ጥቅም ላይ የሚውሉት በተጨናነቁ ነገሮች ውስጥ ያለውን ቅንብር፣ መዋቅር እና ውስጣዊ ጫና ለማጥናት ሲሆን የኤክስሬይ ስፔክትሮስኮፒ8ን በመጠቀም ለመለየት በሚያስቸግሩ የብረት ውህዶች ላይ ዝርዝር መረጃ ሊሰጡ ይችላሉ።ይህ ዘዴ በመሠረታዊ ሳይንስ ውስጥ እንደ ኃይለኛ መሳሪያ ተደርጎ ይቆጠራል እና በብረታ ብረት እና ሌሎች ቁሳቁሶች አምራቾች ጥቅም ላይ ይውላል.በቅርብ ጊዜ፣ የኒውትሮን ልዩነት እንደ ባቡር እና አውሮፕላን ክፍሎች 9፣10፣11፣12 ባሉ መካኒካል ክፍሎች ውስጥ የሚቀሩ ጭንቀቶችን ለመለየት ጥቅም ላይ ውሏል።ኒውትሮን በዘይት እና በጋዝ ጉድጓዶች ውስጥም ጥቅም ላይ ይውላል ምክንያቱም በቀላሉ በፕሮቶን የበለጸጉ ቁሶች ስለሚያዙ13.በሲቪል ምህንድስና ውስጥም ተመሳሳይ ዘዴዎች ጥቅም ላይ ይውላሉ.አጥፊ ያልሆነ የኒውትሮን ሙከራ በህንፃዎች ፣ ዋሻዎች እና ድልድዮች ውስጥ የተደበቁ ጉድለቶችን ለመለየት ውጤታማ መሳሪያ ነው።የኒውትሮን ጨረሮች አጠቃቀም በሳይንሳዊ ምርምር እና ኢንዱስትሪ ውስጥ በንቃት ጥቅም ላይ ይውላል ፣ አብዛኛዎቹ በታሪክ የተፈጠሩት የኑክሌር ኃይል ማመንጫዎችን በመጠቀም ነው።
ነገር ግን፣ በኒውክሌር አለመስፋፋት ላይ ባለው ዓለም አቀፋዊ ስምምነት፣ ለምርምር አገልግሎት የሚውሉ ትናንሽ ሪአክተሮችን መገንባት በጣም አስቸጋሪ እየሆነ መጥቷል።ከዚህም በላይ የሰሞኑ የፉኩሺማ አደጋ የኒውክሌር ማመንጫዎችን መገንባት በህብረተሰቡ ዘንድ ተቀባይነት እንዲኖረው አድርጎታል።ከዚህ አዝማሚያ ጋር ተያይዞ የኒውትሮን ምንጮች በአፋጣኝ ላይ ያለው ፍላጎት እያደገ ነው2.ከኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች እንደ አማራጭ፣ በርካታ ትላልቅ አፋጣኝ የሚከፋፈሉ የኒውትሮን ምንጮች ቀድሞውንም ሥራ ላይ ናቸው14,15.ይሁን እንጂ የኒውትሮን ጨረሮች ባህሪያትን የበለጠ ውጤታማ በሆነ መንገድ ለመጠቀም, በ accelerators ላይ የታመቁ ምንጮችን መጠቀምን ማስፋፋት አስፈላጊ ነው, 16 የኢንዱስትሪ እና የዩኒቨርሲቲ የምርምር ተቋማት ሊሆኑ ይችላሉ.አፋጣኝ የኒውትሮን ምንጮች ለኑክሌር ኃይል ማመንጫዎች14 ምትክ ሆኖ ከማገልገል በተጨማሪ አዳዲስ ችሎታዎችን እና ተግባራትን ጨምረዋል።ለምሳሌ፣ በሊንክ የሚመራ ጀነሬተር የማሽከርከር ጨረሩን በማንቀሳቀስ በቀላሉ የኒውትሮን ጅረት ይፈጥራል።አንዴ ከተለቀቀ በኋላ ኒውትሮን ለመቆጣጠር አስቸጋሪ ሲሆን የጨረራ መለኪያዎች ከበስተጀርባ በኒውትሮን በሚፈጥሩት ድምጽ ለመተንተን አስቸጋሪ ነው።በአፋጣኝ የሚቆጣጠራቸው ፑልዲድ ኒውትሮኖች ይህን ችግር ያስወግዳሉ።በፕሮቶን አፋጣኝ ቴክኖሎጂ ላይ የተመሰረቱ በርካታ ፕሮጀክቶች በአለም ዙሪያ ቀርበዋል17,18,19.7Li(p፣n)7Be እና 9Be(p፣n)9B የሚባሉት ምላሾች በፕሮቶን የሚነዱ የታመቁ የኒውትሮን ጀነሬተሮች ውስጥ በብዛት ጥቅም ላይ ይውላሉ ምክንያቱም endothermic reactions20 ናቸው።የፕሮቶን ጨረሩን ለማነሳሳት የተመረጠው ሃይል ከመነሻው እሴቱ ትንሽ ከፍ ያለ ከሆነ ከመጠን በላይ የጨረር እና የራዲዮአክቲቭ ብክነትን መቀነስ ይቻላል።ይሁን እንጂ የዒላማው ኒውክሊየስ ብዛት ከፕሮቶኖች የበለጠ ትልቅ ነው, እና የተገኙት ኒውትሮኖች በሁሉም አቅጣጫዎች ይበተናሉ.የኒውትሮን ፍሰት ከአይዞሮፒክ ልቀት ጋር ቅርበት ያለው የኒውትሮን ንጥረ ነገር ወደ ጥናቱ ነገር ማጓጓዝን ይከላከላል።በተጨማሪም, ዕቃው በሚገኝበት ቦታ ላይ አስፈላጊውን የኒውትሮን መጠን ለማግኘት, ሁለቱንም የሚንቀሳቀሱ ፕሮቶኖች እና ጉልበታቸውን በከፍተኛ ሁኔታ መጨመር አስፈላጊ ነው.በዚህ ምክንያት ከፍተኛ መጠን ያለው ጋማ ጨረሮች እና ኒውትሮኖች በትላልቅ ማዕዘኖች ይሰራጫሉ ፣ ይህም የኢንዶተርሚክ ግብረመልሶችን ጥቅም ያጠፋሉ ።አንድ የተለመደ አፋጣኝ የሚመራ የታመቀ ፕሮቶን ላይ የተመሰረተ የኒውትሮን ጀነሬተር ጠንካራ የጨረር መከላከያ ያለው ሲሆን የስርዓቱ ትልቁ አካል ነው።የማሽከርከር ፕሮቶኖችን ኃይል የመጨመር አስፈላጊነት ብዙውን ጊዜ የፍጥነት መቆጣጠሪያውን መጠን መጨመር ይጠይቃል።
በፍጥነት መጨመሪያ ውስጥ ያሉትን የተለመዱ የታመቀ የኒውትሮን ምንጮች አጠቃላይ ድክመቶችን ለማሸነፍ፣ የተገላቢጦሽ-kinematic ምላሽ እቅድ ቀርቧል21።በዚህ እቅድ ውስጥ፣ በሃይድሮካርቦን የበለፀጉ እንደ ሃይድሮካርቦን ፕላስቲኮች፣ ሃይድሬድስ፣ ሃይድሮጂን ጋዝ ወይም ሃይድሮጂን ፕላዝማ ያሉ በሃይድሮጂን የበለጸጉ ቁሶች ላይ በማነጣጠር ከፕሮቶን ጨረር ይልቅ ይበልጥ ክብደት ያለው የሊቲየም-አዮን ጨረር እንደ መመሪያ ጨረር ያገለግላል።እንደ ቤሪሊየም ion የሚነዱ ጨረሮች ያሉ አማራጮች ግምት ውስጥ ገብተዋል፣ ሆኖም ቤሪሊየም በአያያዝ ውስጥ ልዩ ጥንቃቄ የሚያስፈልገው መርዛማ ንጥረ ነገር ነው።ስለዚህ የሊቲየም ጨረር ለተገላቢጦሽ-kinematic ምላሽ እቅዶች በጣም ተስማሚ ነው።የሊቲየም ኒዩክሊየስ ፍጥነት ከፕሮቶኖች የበለጠ ስለሆነ የኑክሌር ግጭቶች መሃል ያለማቋረጥ ወደ ፊት እየገሰገሰ ነው ፣ እና ኒውትሮን እንዲሁ ወደ ፊት ይወጣል።ይህ ባህሪ የማይፈለጉ ጋማ ጨረሮችን እና ከፍተኛ አንግል የኒውትሮን ልቀቶችን22ን በእጅጉ ያስወግዳል።የተለመደው የፕሮቶን ሞተር ጉዳይ እና የተገላቢጦሽ ኪኒማቲክስ ሁኔታ ንፅፅር በስእል 1 ይታያል።
ለፕሮቶን እና ሊቲየም ጨረሮች የኒውትሮን አመራረት አንግሎች ምሳሌ (በAdobe Illustrator CS5፣ 15.1.0፣ https://www.adobe.com/products/illustrator.html የተሳሉ)።(ሀ) የሚንቀሳቀሱ ፕሮቶኖች የሊቲየም ዒላማው በጣም ከባድ የሆኑ አተሞች በመምታታቸው ምክንያት ኒውትሮን በማንኛውም አቅጣጫ ሊወጣ ይችላል።(ለ) በተቃራኒው የሊቲየም-አዮን ሹፌር በሃይድሮጂን የበለፀገ ኢላማ ላይ ቦምብ ቢያደርግ ፣ በስርዓቱ የጅምላ ማእከል ከፍተኛ ፍጥነት ምክንያት ኒውትሮኖች በጠባብ ሾጣጣ ውስጥ ወደ ፊት አቅጣጫ ይፈጠራሉ።
ነገር ግን፣ ከፕሮቶኖች ጋር ሲነፃፀር የሚፈለገውን የከባድ ion ፍሰት ለመፍጠር አስቸጋሪ በመሆኑ ጥቂት የተገላቢጦሽ ኪኒማቲክ ኒውትሮን ጀነሬተሮች ብቻ አሉ።እነዚህ ሁሉ ተክሎች ከታንደም ኤሌክትሮስታቲክ አፋጣኞች ጋር በማጣመር አሉታዊ የስፕተር ion ምንጮችን ይጠቀማሉ.የጨረር ማጣደፍን ውጤታማነት ለመጨመር ሌሎች የ ion ምንጮች ቀርበዋል26.ያም ሆነ ይህ፣ ያለው ሊቲየም-አዮን ጨረሮች በ100 μA የተገደበ ነው።1 mA Li3+27 ለመጠቀም ታቅዷል ነገርግን ይህ የ ion beam current በዚህ ዘዴ አልተረጋገጠም.ከጥንካሬው አንፃር፣ የሊቲየም ጨረር አፋጣኝ ከፍተኛው የፕሮቶን ጅረት ከ10 mA28 በላይ ከሆነው ከፕሮቶን ጨረር ጋር መወዳደር አይችሉም።
በሊቲየም-አዮን ጨረር ላይ የተመሠረተ ተግባራዊ የታመቀ የኒውትሮን ጀነሬተርን ለመተግበር ፣ ionዎች የሌሉበት ከፍተኛ መጠን ያለው ማመንጨት ጠቃሚ ነው።ionዎቹ በኤሌክትሮማግኔቲክ ኃይሎች የተፋጠነ እና የሚመሩ ናቸው, እና ከፍተኛ የኃይል መሙያ ደረጃ የበለጠ ቀልጣፋ ፍጥነትን ያመጣል.የ Li-ion beam አሽከርካሪዎች ከ10 mA በላይ የሆነ የ Li3+ ጫፍ ሞገድ ያስፈልጋቸዋል።
በዚህ ሥራ ውስጥ የሊ3+ ጨረሮችን በማፋጠን እስከ 35 mA የሚደርስ ከፍተኛ ፍጥነት ያለው ሲሆን ይህም ከተራቀቁ ፕሮቶን ጨረሮች ጋር ሊወዳደር ይችላል።የመጀመሪያው የሊቲየም ion ጨረር የተፈጠረው በሌዘር ጠለፋ እና C6+ን ለማፋጠን በመጀመሪያ የተሰራው ቀጥታ የፕላዝማ ተከላ እቅድ (DPIS) ነው።ብጁ-የተነደፈ የሬዲዮ ፍሪኩዌንሲ ባለአራት-ሮድ ሊንክ (RFQ linac) የተሰራው ባለአራት-ዘንግ አስተጋባ መዋቅር በመጠቀም ነው።የፍጥነት መቆጣጠሪያው የተሰላ ከፍተኛ የንጽሕና ጨረር ኃይል እንዳለው አረጋግጠናል።አንዴ የ Li3+ beam በሬዲዮ ፍሪኩዌንሲ (RF) መጨመሪያው በትክክል ከተያዘ እና ከተፋጠነ በኋላ የሚቀጥለው የሊናክ (አፋጣኝ) ክፍል ከዒላማው ኃይለኛ የኒውትሮን ፍሰት ለመፍጠር የሚያስፈልገውን ኃይል ለማቅረብ ይጠቅማል።
የከፍተኛ አፈፃፀም ionዎችን ማፋጠን በደንብ የተመሰረተ ቴክኖሎጂ ነው.አዲስ ከፍተኛ ብቃት ያለው የታመቀ የኒውትሮን ጀነሬተርን እውን ለማድረግ የሚቀረው ተግባር ብዙ ቁጥር ያላቸውን ሙሉ በሙሉ የተራቆተ ሊቲየም ionዎችን ማፍለቅ እና በፍጥነቱ ውስጥ ካለው የ RF ዑደት ጋር የተመሳሰሉ ተከታታይ ion ጥራዞችን ያቀፈ ክላስተር መዋቅር መፍጠር ነው።ይህንን ግብ ለማሳካት የተነደፉት የሙከራ ውጤቶች በሚከተሉት ሶስት ንዑስ ክፍሎች ተገልጸዋል፡ (1) ሙሉ በሙሉ ከሊቲየም-አዮን ጨረር ነፃ የሆነ ትውልድ፣ (2) በልዩ ሁኔታ የተነደፈ የ RFQ linac በመጠቀም የጨረር ማጣደፍ እና (3) ትንተና ማፋጠን። ይዘቱን ለመፈተሽ የጨረር.በብሩክሃቨን ናሽናል ላብራቶሪ (ቢኤንኤል) በስእል 2 ላይ የሚታየውን የሙከራ ዝግጅት ገንብተናል።
ለተፋጠነ የሊቲየም ጨረሮች ትንተና የሙከራ ውቅር አጠቃላይ እይታ (በInkscape፣ 1.0.2፣ https://inkscape.org/ የተገለፀ)።ከቀኝ ወደ ግራ፣ ሌዘር-አብላቲቭ ፕላዝማ በሌዘር-ዒላማ መስተጋብር ክፍል ውስጥ ይፈጠራል እና ወደ RFQ linac ይደርሳል።የ RFQ አፋጣኝ ውስጥ ሲገቡ ionዎቹ ከፕላዝማው ተለይተው ወደ RFQ አፋጣኝ በመርፌ በ 52 ኪሎ ቮልት የቮልቴጅ ልዩነት በተንሳፋፊ ክልል ውስጥ ባለው የኤክስትራክሽን ኤሌትሮድ እና በ RFQ electrode መካከል በተፈጠረ ድንገተኛ የኤሌክትሪክ መስክ ውስጥ ይጣላሉ.2 ሜትር ርዝመት ያለው የ RFQ ኤሌክትሮዶችን በመጠቀም ከ 22 keV/n ወደ 204 keV/n የሚወጡት ionዎች የተጣደፉ ናቸው።በ RFQ ሊናክ ውፅዓት ላይ የተጫነ የአሁኑ ትራንስፎርመር (ሲቲ) የ ion beam current አጥፊ ያልሆነ መለኪያ ይሰጣል።ጨረሩ በሦስት ባለአራት ማግኔቶች ያተኮረ እና ወደ ዳይፖል ማግኔት ይመራል፣ ይህም የ Li3+ ጨረርን በመለየት ወደ ጠቋሚው ይመራል።ከተሰነጠቀው ጀርባ፣ የሚወጣ የፕላስቲክ ስክሊት እና የፋራዳይ ኩባያ (ኤፍ.ሲ.ሲ) እስከ -400 ቮ አድልኦ ያለው የተፋጠነ ጨረሩን ለመለየት ይጠቅማሉ።
ሙሉ በሙሉ ionized ሊቲየም ions (Li3+) ለመፍጠር ከሦስተኛው ionization ኃይል (122.4 eV) በላይ የሆነ ሙቀት ያለው ፕላዝማ መፍጠር አስፈላጊ ነው.ከፍተኛ የሙቀት መጠን ያለው ፕላዝማ ለማምረት የሌዘር ማስወገጃን ለመጠቀም ሞክረናል።የዚህ ዓይነቱ ሌዘር ion ምንጭ የሊቲየም ion ጨረሮችን ለማምረት በብዛት ጥቅም ላይ አይውልም ምክንያቱም ሊቲየም ብረት ምላሽ ሰጪ እና ልዩ አያያዝን ይፈልጋል።በቫኩም ሌዘር መስተጋብር ክፍል ውስጥ ሊቲየም ፎይል ሲጭን የእርጥበት እና የአየር ብክለትን ለመቀነስ የታለመ የመጫኛ ስርዓት አዘጋጅተናል።ሁሉም የቁሳቁሶች ዝግጅቶች በደረቁ የአርጎን ቁጥጥር ውስጥ ተካሂደዋል.የሊቲየም ፎይል በሌዘር ኢላማ ክፍል ውስጥ ከተጫነ በኋላ ፎይል በ pulsed Nd:YAG laser radiation በ 800 mJ በእያንዳንዱ ምት ኃይል ተበክሏል.በዒላማው ላይ በሚያተኩርበት ጊዜ የሌዘር ሃይል ጥግግት ወደ 1012 W/cm2 ያህል ይገመታል።ፕላዝማ የሚፈጠረው በቫኩም ውስጥ ያለውን ዒላማ ሲያጠፋ የሚታጠፍ ሌዘር ነው።በጠቅላላው የ 6 ns laser pulse, ፕላዝማው መሞቅ ይቀጥላል, በዋናነት በተገላቢጦሽ የ bremsstrahlung ሂደት ምክንያት.በማሞቂያው ጊዜ ውስጥ ምንም ዓይነት የተገደበ የውጭ መስክ ስለማይተገበር ፕላዝማው በሶስት ገጽታዎች መስፋፋት ይጀምራል.ፕላዝማ በታለመው ወለል ላይ መስፋፋት ሲጀምር, የፕላዝማው መሃከል በ 600 eV / n ኃይል ወደ ዒላማው ወለል ቀጥተኛ ፍጥነት ያገኛል.ከማሞቅ በኋላ, ፕላዝማው ከዒላማው ወደ አክሱል አቅጣጫ መሄዱን ይቀጥላል, በአይዞትሮፕሲያዊነት ይስፋፋል.
በስእል 2 ላይ እንደሚታየው የማስወገጃው ፕላዝማ ከዒላማው ጋር ተመሳሳይ አቅም ባለው የብረት መያዣ የተከበበ የቫኩም መጠን ይሰፋል።ስለዚህ ፕላዝማው በመስክ-ነጻ ክልል በኩል ወደ RFQ አፋጣኝ ይንቀሳቀሳል።የ axial መግነጢሳዊ መስክ በጨረር irradiation ክፍል እና በ RFQ ሊናክ መካከል በሶላኖይድ ጠምዛዛ በቫኩም ክፍል ዙሪያ ይቆማል።የሶሌኖይድ መግነጢሳዊ መስክ ወደ RFQ ቀዳዳ በሚደርስበት ጊዜ ከፍተኛ የፕላዝማ እፍጋት እንዲኖር ለማድረግ የሚንሳፈፈውን ፕላዝማ ራዲያል መስፋፋትን ያቆማል።በሌላ በኩል, ፕላዝማው በተንሳፋፊው ጊዜ በአክሲየም አቅጣጫ መስፋፋቱን ይቀጥላል, የተራዘመ ፕላዝማ ይፈጥራል.ከፍተኛ የቮልቴጅ አድልዎ በ RFQ መግቢያ ላይ ከመውጫው ወደብ ፊት ለፊት ያለው ፕላዝማ በያዘው የብረት ዕቃ ላይ ይሠራበታል.የአድሏዊ ቮልቴጁ የተመረጠው በ RFQ ሊናክ ለትክክለኛው ፍጥነት አስፈላጊውን 7Li3+ መርፌ መጠን ለማቅረብ ነው።
የተገኘው የማስወገጃ ፕላዝማ 7Li3+ን ብቻ ሳይሆን ሊቲየምን በሌሎች ቻርጅ ግዛቶች እና በካይ ኤለመንቶችንም ይይዛል፣ እነዚህም በአንድ ጊዜ ወደ RFQ መስመራዊ አፋጣኝ ይጓጓዛሉ።የ RFQ ሊንክን በመጠቀም የተፋጠነ ሙከራዎች ከመደረጉ በፊት በፕላዝማ ውስጥ የ ions ስብጥር እና የኃይል ስርጭትን ለማጥናት ከመስመር ውጭ የበረራ ጊዜ (TOF) ትንተና ተካሂዷል።ዝርዝር የትንታኔ አቀማመጥ እና የተስተዋሉ የግዛት-ክፍያ ስርጭቶች በስልቶች ክፍል ውስጥ ተብራርተዋል።ትንታኔው እንደሚያሳየው 7Li3+ ions ዋና ዋና ክፍሎች ሲሆኑ በስእል 3 ላይ እንደሚታየው 54% የሚሆነው የሁሉም ቅንጣቶች መጠን ነው.በተጣደፉ ሙከራዎች ውስጥ, 79 mT የሶሌኖይድ መስክ በሚሰፋው ፕላዝማ ላይ ይተገበራል.በውጤቱም ከፕላዝማ የወጣው እና በፈላጊው ላይ የሚታየው የ7Li3+ ጅረት በ30 እጥፍ ጨምሯል።
በበረራ ጊዜ ትንተና የተገኙ በሌዘር-የተፈጠረ ፕላዝማ ውስጥ ያሉ የ ions ክፍልፋዮች።የ 7Li1+ እና 7Li2+ ionዎች በቅደም ተከተል 5% እና 25% ion beam ይይዛሉ።የተገኘው የ6ሊ ቅንጣቶች ክፍልፋይ በሙከራ ስህተት ውስጥ ባለው የሊቲየም ፎይል ኢላማ ውስጥ ካለው 6Li (7.6%) ተፈጥሯዊ ይዘት ጋር ይስማማል።በዋነኛነት O1+ (2.1%) እና O2+ (1.5%) ትንሽ የኦክስጂን ብክለት (6.2%) ታይቷል፣ ይህም በሊቲየም ፎይል ዒላማው ወለል ላይ በኦክሳይድ ምክንያት ሊሆን ይችላል።
ቀደም ሲል እንደተገለፀው የሊቲየም ፕላዝማ ወደ RFQ linac ከመግባቱ በፊት ሜዳ በሌለው ክልል ውስጥ ይንጠባጠባል።የ RFQ linac ግቤት በብረት መያዣ ውስጥ 6 ሚሊ ሜትር የሆነ ዲያሜትር ያለው ቀዳዳ ያለው ሲሆን የአድሎው ቮልቴጅ 52 ኪ.ቮ ነው.ምንም እንኳን የ RFQ ኤሌክትሮድ ቮልቴጅ በ ± 29 ኪሎ ቮልት በ 100 ሜኸር በፍጥነት ቢቀየርም, የቮልቴጁ የአክሲዮን ፍጥነት መጨመርን ያስከትላል, ምክንያቱም የ RFQ accelerator electrodes አማካይ የዜሮ እምቅ አቅም አላቸው.በ 10 ሚሜ ርቀት መካከል ባለው ክፍተት እና በ RFQ electrode ጠርዝ መካከል ባለው የ 10 ሚሜ ልዩነት ውስጥ በሚፈጠረው ኃይለኛ የኤሌክትሪክ መስክ ምክንያት, በመክፈቻው ላይ ከፕላዝማ ውስጥ አዎንታዊ የፕላዝማ ions ብቻ ይወጣሉ.በባህላዊ ion አሰጣጥ ስርዓቶች፣ ionዎች ከፕላዝማው በኤሌክትሪክ መስክ ከ RFQ Accelerator ፊት ለፊት ባለው ርቀት በከፍተኛ ርቀት ይለያሉ እና ከዚያም ወደ RFQ aperture በጨረር ማተኮር ኤለመንት ላይ ያተኩራሉ።ነገር ግን፣ ለኃይለኛ የኒውትሮን ምንጭ ለሚፈለገው ኃይለኛ የከባድ ion ጨረሮች፣ በቦታ ክፍያ ተጽዕኖ ምክንያት መስመራዊ ያልሆኑ አስጸያፊ ኃይሎች በአዮን ትራንስፖርት ሥርዓት ውስጥ ከፍተኛ የጨረር መጥፋት ሊያስከትል ስለሚችል ሊፋጠን የሚችለውን ከፍተኛውን የአሁኑን መጠን ይገድባል።በእኛ ዲፒአይኤስ ውስጥ ከፍተኛ መጠን ያላቸው ionዎች እንደ ተንሳፋፊ ፕላዝማ በቀጥታ ወደ የ RFQ aperture መውጫ ነጥብ ይጓጓዛሉ, ስለዚህ በቦታ ክፍያ ምክንያት የ ion ጨረር አይጠፋም.በዚህ ማሳያ ወቅት ዲፒአይኤስ ለመጀመሪያ ጊዜ በሊቲየም-አዮን ጨረር ላይ ተተግብሯል።
የ RFQ አወቃቀሩ ዝቅተኛ ሃይል ከፍተኛ የ ion beams ን ለማተኮር እና ለማፋጠን የተሰራ ሲሆን ለመጀመሪያ ደረጃ ማጣደፍ መለኪያ ሆኗል።ከ 22 keV/n ወደ 204 keV/n ከተተከለው ኃይል 7Li3+ ionዎችን ለማፋጠን RFQ ተጠቀምን።ምንም እንኳን ሊቲየም እና ሌሎች በፕላዝማ ውስጥ አነስተኛ ቻርጅ ያላቸው ቅንጣቶች ከፕላዝማው ተወስደው ወደ RFQ aperture ውስጥ ቢገቡም፣ የ RFQ ሊናክ 7Li3+ በሚጠጋ ቻርጅ-ወደ-ጅምላ ሬሾ (Q/A) ብቻ ionዎችን ያፋጥናል።
በለስ ላይ.ምስል 4 ማግኔትን ከመረመረ በኋላ በ RFQ linac እና በፋራዴይ ኩባያ (FC) ውፅዓት ላይ በአሁኑ ትራንስፎርመር (ሲቲ) የተገኙትን ሞገዶች ያሳያል።2. በሲግናሎች መካከል ያለው የጊዜ ፈረቃ በአመልካች ቦታ ላይ በበረራ ጊዜ ልዩነት ሊተረጎም ይችላል.በሲቲ የሚለካው ከፍተኛው ion current 43 mA ነው።በ RT አቋም ውስጥ, የተመዘገበው ጨረር ወደ ስሌት ሃይል የተጣደፉ ionዎችን ብቻ ሳይሆን ከ 7Li3+ በተጨማሪ ionዎች በበቂ ሁኔታ ያልተጣደፉ ሊሆኑ ይችላሉ.ነገር ግን በ QD እና PC አማካኝነት የሚገኙት የ ion current ቅጾች ተመሳሳይነት የሚያመለክተው ion current በዋናነት የተፋጠነ 7Li3+ን ያካተተ ሲሆን በፒሲ ላይ ያለው ከፍተኛ ዋጋ መቀነስ በ QD እና በ ion መካከል በሚተላለፉበት ጊዜ የጨረር ኪሳራ ይከሰታል. ፒሲ.ኪሳራዎች ይህ ደግሞ በፖስታ አስመስሎ የተረጋገጠ ነው.የ 7Li3+ beam current በትክክል ለመለካት ጨረሩ በሚቀጥለው ክፍል እንደተገለፀው በዲፕሎል ማግኔት ይተነተናል።
በማወቂያው አቀማመጥ ሲቲ (ጥቁር ከርቭ) እና FC (ቀይ ጥምዝ) ውስጥ የተመዘገቡት የተፋጠነ ጨረር ኦሲሎግራም።እነዚህ መለኪያዎች የሚቀሰቀሱት በሌዘር ፕላዝማ በሚፈጠርበት ጊዜ የጨረር ጨረሮችን በፎቶ ዳሰተር በመለየት ነው።ጥቁሩ ኩርባ ከRFQ linac ውፅዓት ጋር በተገናኘ በሲቲ ላይ የሚለካውን ሞገድ ያሳያል።ለ RFQ ሊናክ ባለው ቅርበት ምክንያት አነፍናፊው 100 ሜኸር RF ጫጫታ ያነሳል፣ ስለዚህ 98 ሜኸ ዝቅተኛ ማለፊያ ኤፍኤፍቲ ማጣሪያ 100 MHz resonant RF ሲግናል በማወቂያ ሲግናል ላይ ተተክሏል።የትንታኔ ማግኔት የ 7Li3+ ion ጨረርን ካመራ በኋላ ቀይ ጥምዝ ሞገድ ፎርሙን በFC ያሳያል።በዚህ መግነጢሳዊ መስክ ከ7Li3+፣ N6+ እና O7+ በተጨማሪ ማጓጓዝ ይቻላል።
ከ RFQ ሊናክ በኋላ ያለው ion ጨረር በተከታታይ ሶስት ባለአራትዮሽ ትኩረት ማግኔቶች ያተኮረ ሲሆን ከዚያም በዲፕሎል ማግኔቶች በ ion beam ውስጥ ያሉትን ቆሻሻዎች ለመለየት ይተነተናል።የ0.268 ቲ መግነጢሳዊ መስክ 7Li3+ ጨረሮችን ወደ FC ይመራዋል።የዚህ መግነጢሳዊ መስክ የማወቂያ ሞገድ ቅርፅ በስእል 4 እንደ ቀይ ከርቭ ይታያል። የጨረር ጅረት ወደ 35 mA ይደርሳል፣ ይህም አሁን ባለው የተለመዱ ኤሌክትሮስታቲክ አፋጣኞች ውስጥ ከሚፈጠረው የተለመደ የ Li3+ ጨረር ከ100 እጥፍ ይበልጣል።የጨረር ምት ስፋቱ 2.0 µs በሙሉ ስፋት በግማሽ ቢበዛ ነው።የ 7Li3+ beam ከዲፖል መግነጢሳዊ መስክ ጋር ማግኘቱ የተሳካ የጨረር መጨናነቅ እና የጨረር ማጣደፍን ያሳያል።የዲፕሎሉን መግነጢሳዊ መስክ ሲቃኝ በ FC የተገኘው የ ion beam current በስእል 5. ንጹህ ነጠላ ጫፍ ታይቷል, ከሌሎች ጫፎች በደንብ ይለያል.በ RFQ ሊናክ ወደ ዲዛይን ሃይል የተፋጠነ ሁሉም ionዎች ተመሳሳይ ፍጥነት ስላላቸው፣ ተመሳሳይ Q/A ያላቸው ion beams በዲፕል መግነጢሳዊ መስኮች ለመለየት አስቸጋሪ ናቸው።ስለዚህ፣ 7Li3+ን ከ N6+ ወይም O7+ መለየት አንችልም።ነገር ግን የቆሻሻውን መጠን ከአጎራባች ክፍያ ግዛቶች መገመት ይቻላል.ለምሳሌ N7+ እና N5+ በቀላሉ ሊለያዩ የሚችሉ ሲሆን N6+ የርኩሰት አካል ሊሆን ይችላል እና ከ N7+ እና N5+ ጋር ተመሳሳይ መጠን ይኖረዋል ተብሎ ይጠበቃል።የተገመተው የብክለት ደረጃ 2% ገደማ ነው።
የዲፕሎል መግነጢሳዊ መስክን በመቃኘት የተገኘ የጨረር ክፍል ስፔክትራ።በ0.268 ቲ ያለው ጫፍ ከ7Li3+ እና N6+ ጋር ይዛመዳል።የከፍተኛው ወርድ በስንጣው ላይ ባለው የጨረር መጠን ይወሰናል.ምንም እንኳን ሰፊ ከፍታዎች ቢኖሩም፣ 7Li3+ ከ6Li3+፣ O6+ እና N5+ በደንብ ይለያል፣ ግን በደንብ ከ O7+ እና N6+ ይለያል።
በ FC ቦታ ላይ የጨረር ፕሮፋይሉ በተሰኪ ስክሪፕት ተረጋግጧል እና በስእል 6 ላይ እንደሚታየው ፈጣን ዲጂታል ካሜራ ተመዝግቧል. 7Li3+ pulsed beam with current 35 mA ወደ ተሰላ RFQ መጨመሩን ያሳያል። ኃይል 204 keV/n, ከ 1.4 ሜቮ ጋር የሚዛመድ እና ወደ FC ጠቋሚው ይተላለፋል.
በቅድመ-FC scintillator ስክሪን ላይ የታየ ​​የጨረር መገለጫ (በፊጂ ቀለም፣ 2.3.0፣ https://imagej.net/software/fiji/)።የትንታኔው ዲፕሎል ማግኔት መግነጢሳዊ መስክ የ Li3+ ion ጨረር ፍጥነትን ወደ የንድፍ ኢነርጂ RFQ ለመምራት ተስተካክሏል።በአረንጓዴው ቦታ ላይ ያሉት ሰማያዊ ነጠብጣቦች የተበላሹ የሳይንቲሌተር እቃዎች ይከሰታሉ.
የጠንካራ የሊቲየም ፎይልን ወለል በሌዘር መጥፋት 7Li3+ ionዎችን ማፍራት ችለናል፣ እና ከፍተኛ የአሁኑ ion ጨረር DPISን በመጠቀም በልዩ ሁኔታ በተዘጋጀ የRFQ linac ተይዞ ተፋጠነ።በ 1.4 ሜቮ የጨረር ሃይል፣ የማግኔት ትንተና ከተደረገ በኋላ የ 7Li3+ ከፍተኛው የአሁኑ FC 35 mA ደርሷል።ይህ የኒውትሮን ምንጭ ከተገላቢጦሽ ኪኒማቲክስ ጋር ትግበራ በጣም አስፈላጊው ክፍል በሙከራ መተግበሩን ያረጋግጣል።በዚህ የጽሁፉ ክፍል ከፍተኛ የሃይል ማፍያዎችን እና የኒውትሮን ኢላማ ጣቢያዎችን ጨምሮ የታመቀ የኒውትሮን ምንጭ አጠቃላይ ንድፍ ይብራራል።ዲዛይኑ በእኛ ላቦራቶሪ ውስጥ ባሉ ነባር ስርዓቶች በተገኘው ውጤት ላይ የተመሰረተ ነው.በሊቲየም ፎይል እና በ RFQ linac መካከል ያለውን ርቀት በማሳጠር የ ion beam ከፍተኛው ፍሰት የበለጠ ሊጨምር እንደሚችል ልብ ሊባል ይገባል።ሩዝ.7 በፍጥነቱ ላይ የታቀደውን የታመቀ የኒውትሮን ምንጭ አጠቃላይ ጽንሰ-ሀሳብ ያሳያል።
በአፋጣኝ ላይ የታቀደው የታመቀ የኒውትሮን ምንጭ ፅንሰ-ሀሳብ ንድፍ (በፍሪካድ ፣ 0.19 ፣ https://www.freecadweb.org/ የተሳል)።ከቀኝ ወደ ግራ፡ የሌዘር አዮን ምንጭ፣ ሶሌኖይድ ማግኔት፣ RFQ ሊናክ፣ መካከለኛ የኢነርጂ ጨረር ማስተላለፊያ (MEBT)፣ IH linac እና መስተጋብር ክፍል ለኒውትሮን ትውልድ።በተፈጠሩት የኒውትሮን ጨረሮች ጠባብ አቅጣጫ ምክንያት የጨረር መከላከያ በዋነኝነት ወደ ፊት አቅጣጫ ይሰጣል።
ከ RFQ ሊናክ በኋላ፣ የኢንተር-ዲጂታል ኤች-መዋቅር (IH linac) 30 linac ተጨማሪ ማጣደፍ ታቅዷል።IH linacs በተወሰነ የፍጥነት ክልል ውስጥ ከፍተኛ የኤሌትሪክ መስክ ቀስቶችን ለማቅረብ የ π-mode ተንሸራታች ቱቦ መዋቅርን ይጠቀማሉ።የፅንሰ-ሃሳቡ ጥናቱ የተካሄደው በ 1D ቁመታዊ ተለዋዋጭ አስመስሎ መስራት እና በ 3D ሼል ማስመሰል ላይ በመመርኮዝ ነው.ስሌቶች እንደሚያሳዩት 100 MHz IH linac በተመጣጣኝ ተንሳፋፊ ቱቦ ቮልቴጅ (ከ 450 ኪሎ ቮልት ያነሰ) እና ጠንካራ ትኩረት ያለው ማግኔት ከ 1.4 እስከ 14 ሜ ቮልት በ 1.8 ሜትር ርቀት ላይ ያለውን የ 40 mA ጨረር ያፋጥናል.በአፋጣኝ ሰንሰለቱ መጨረሻ ላይ ያለው የሃይል ስርጭት በ± 0.4 ሜቮ ይገመታል፣ ይህም በኒውትሮን ልወጣ ዒላማ የሚፈጠረውን የኒውትሮን የኢነርጂ ስፔክትረም ላይ ከፍተኛ ተጽዕኖ አያሳድርም።በተጨማሪም የጨረራ ልቀት መጠኑ አነስተኛ ነው ጨረሩን ወደ ትንሽ የጨረር ቦታ ላይ ለማተኮር በመደበኛነት ለመካከለኛ ጥንካሬ እና መጠን ባለአራት እጥፍ ማግኔት ከሚያስፈልገው በላይ።በመካከለኛው የኢነርጂ ጨረር (MEBT) በ RFQ linac እና በ IH linac መካከል በሚተላለፉበት ጊዜ የጨረራ ሬዞናተሩ የጨረራውን መዋቅር ለመጠበቅ ጥቅም ላይ ይውላል.የጎን ምሰሶውን መጠን ለመቆጣጠር ሶስት ባለአራት ማግኔቶች ጥቅም ላይ ይውላሉ.ይህ የንድፍ ስልት በብዙ አፋጣኝ31,32,33 ውስጥ ጥቅም ላይ ውሏል.ከ ion ምንጭ ጀምሮ እስከ ዒላማው ክፍል ድረስ ያለው የአጠቃላይ ስርዓቱ አጠቃላይ ርዝመት ከ 8 ሜትር ያነሰ ሲሆን ይህም በመደበኛ ከፊል ተጎታች መኪና ውስጥ ሊገባ ይችላል.
የኒውትሮን ልወጣ ኢላማ ከመስመር አፋጣኝ በኋላ በቀጥታ ይጫናል።የተገላቢጦሽ kinematic scenarios23ን በመጠቀም ቀደም ባሉት ጥናቶች ላይ በመመስረት የዒላማ ጣቢያ ንድፎችን እንወያያለን።ሪፖርት የተደረጉ የልወጣ ኢላማዎች ጠንካራ ቁሶች (ፖሊፕሮፒሊን (C3H6) እና ቲታኒየም ሃይድሮድ (TiH2)) እና የጋዝ ኢላማ ስርዓቶችን ያካትታሉ።እያንዳንዱ ግብ ጥቅምና ጉዳት አለው.ድፍን ኢላማዎች ትክክለኛ ውፍረት ቁጥጥርን ይፈቅዳሉ።የዒላማው ቀጭን, የኒውትሮን ምርት የቦታ አቀማመጥ ይበልጥ ትክክለኛ ይሆናል.ሆኖም፣ እንደዚህ አይነት ኢላማዎች አሁንም በተወሰነ ደረጃ ያልተፈለጉ የኒውክሌር ምላሾች እና ጨረሮች ሊኖራቸው ይችላል።በሌላ በኩል የሃይድሮጂን ኢላማ የኑክሌር ምላሽ ዋና ምርት የሆነውን 7Be ምርትን በማስወገድ ንጹህ አካባቢን መስጠት ይችላል።ይሁን እንጂ ሃይድሮጂን ደካማ መከላከያ ችሎታ ስላለው በቂ የኃይል መለቀቅ ትልቅ አካላዊ ርቀት ያስፈልገዋል.ይህ ለ TOF ልኬቶች ትንሽ ጎጂ ነው።በተጨማሪም ቀጭን ፊልም የሃይድሮጅን ኢላማን ለመዝጋት ጥቅም ላይ ከዋለ በቀጭኑ ፊልም እና በተፈጠረው የሊቲየም ጨረር ላይ የሚፈጠረውን የጋማ ጨረሮች የኃይል ኪሳራ ግምት ውስጥ ማስገባት ያስፈልጋል.
LICORNE የ polypropylene ኢላማዎችን ይጠቀማል እና የታለመው ስርዓት በታንታለም ፎይል የታሸገ ወደ ሃይድሮጂን ሴሎች ተሻሽሏል.ለ 7Li34 የ 100 nA የጨረር ፍሰትን ግምት ውስጥ በማስገባት ሁለቱም የዒላማ ስርዓቶች እስከ 107 n/s/sr ድረስ ማምረት ይችላሉ።ይህንን የተጠየቀውን የኒውትሮን ምርት ልወጣ ወደታሰበው የኒውትሮን ምንጫችን ከተጠቀምንበት በሊቲየም የሚመራ ጨረር 7 × 10–8 C ለእያንዳንዱ ሌዘር ምት ማግኘት ይቻላል።ይህ ማለት ሌዘርን በሰከንድ ሁለት ጊዜ ብቻ መተኮሱ LICORNE በአንድ ሰከንድ ውስጥ ቀጣይነት ባለው ጨረር ሊያመርት ከሚችለው 40% የበለጠ ኒውትሮን ይፈጥራል።የሌዘርን የማነቃቃት ድግግሞሽ በመጨመር አጠቃላይ ፍሰቱ በቀላሉ ሊጨምር ይችላል።በገበያ ላይ የ 1 kHz ሌዘር ሲስተም አለ ብለን ካሰብን አማካኝ የኒውትሮን ፍሰት በቀላሉ ወደ 7 × 109 n/s/sr ሊመዘን ይችላል።
ከፕላስቲክ ዒላማዎች ጋር ከፍተኛ የድግግሞሽ መጠን ሲስተሞችን ስንጠቀም በዒላማዎች ላይ ያለውን ሙቀት ማመንጨት መቆጣጠር አስፈላጊ ነው ምክንያቱም ለምሳሌ ፖሊፕፐሊንሊን ከ145-175 ዲግሪ ሴንቲግሬድ የማቅለጫ ነጥብ እና ዝቅተኛ የሙቀት መጠን 0.1-0.22 ዋ / ነው. ሜ/ኬ.ለ14 ሜቪ ሊቲየም-አዮን ጨረር፣ የጨረራ ሃይልን ወደ ምላሽ ገደብ (13.098 ሜቪ) ለመቀነስ የ 7 ሚሜ ውፍረት ያለው የ polypropylene ዒላማ በቂ ነው።በዒላማው ላይ በአንድ ሌዘር ሾት የሚፈጠረውን አጠቃላይ ion ውጤት ከግምት ውስጥ በማስገባት የሊቲየም ions በ polypropylene በኩል የሚለቀቀው የኃይል መጠን 64mJ/pulse ይገመታል።ሁሉም ሃይል በ 10 ሚሊ ሜትር ዲያሜትር በክብ ውስጥ እንደሚዘዋወር ግምት ውስጥ በማስገባት እያንዳንዱ የልብ ምት በግምት 18 K / pulse የሙቀት መጨመር ጋር ይዛመዳል.በ polypropylene ዒላማዎች ላይ የኃይል መለቀቅ ሁሉም የኃይል ኪሳራዎች እንደ ሙቀት ተቀምጠዋል በሚለው ቀላል ግምት ላይ የተመሰረተ ነው, ምንም ጨረር ወይም ሌላ የሙቀት ኪሳራ አይኖርም.የጥራጥሬዎች ብዛት በሰከንድ መጨመር የሙቀት መጨመርን ማስወገድ ስለሚፈልግ፣ በተመሳሳይ ነጥብ 23 ላይ የሃይል ልቀትን ለማስወገድ ስትሪፕ ኢላማዎችን መጠቀም እንችላለን።በ 100 Hz የጨረር ድግግሞሽ መጠን በዒላማው ላይ 10 ሚሜ የጨረር ቦታን ግምት ውስጥ በማስገባት የ polypropylene ቴፕ የፍተሻ ፍጥነት 1 ሜ / ሰ ይሆናል.የጨረር ቦታ መደራረብ ከተፈቀደ ከፍ ያለ የመደጋገም መጠን ይቻላል።
እንዲሁም ዒላማዎችን በሃይድሮጂን ባትሪዎች መርምረናል፣ ምክንያቱም ጠንከር ያሉ የማሽከርከር ጨረሮች ኢላማውን ሳይጎዱ ጥቅም ላይ ሊውሉ ይችላሉ።የኒውትሮን ጨረር የጋዝ ክፍሉን ርዝመት እና በውስጡ ያለውን የሃይድሮጅን ግፊት በመቀየር በቀላሉ ማስተካከል ይቻላል.የዒላማውን የጋዝ አካባቢ ከቫኩም ለመለየት ብዙውን ጊዜ ቀጭን ብረት ፎይል በተፋጣሪዎች ውስጥ ይጠቀማሉ.ስለዚህ በፎይል ላይ ያለውን የኃይል ኪሳራ ለማካካስ የአደጋውን የሊቲየም-ion ጨረር ኃይል መጨመር አስፈላጊ ነው.በሪፖርቱ 35 ላይ የተገለጸው የዒላማ ስብሰባ 3.5 ሴ.ሜ ርዝመት ያለው የአልሙኒየም ኮንቴይነር እና የH2 ጋዝ ግፊት 1.5 ኤቲም ይዟል።የ 16.75 ሜቪ ሊቲየም ion ጨረር በአየር በሚቀዘቅዝ 2.7 μm Ta foil በኩል ወደ ባትሪው ይገባል እና በባትሪው መጨረሻ ላይ ያለው የሊቲየም ion ጨረር ኃይል ወደ ምላሽ ጣራ ይቀንሳል።የሊቲየም-አዮን ባትሪዎችን የጨረር ሃይል ከ14.0 ሜቪ ወደ 16.75 ሜቮ ለመጨመር የአይኤች ሊናክ በ30 ሴ.ሜ አካባቢ ማራዘም ነበረበት።
ከጋዝ ሴል ኢላማዎች የሚወጣው የኒውትሮን ልቀትም ጥናት ተደርጎበታል።ከላይ ለተጠቀሱት የ LICORNE ጋዝ ዒላማዎች፣ የGEANT436 ማስመሰያዎች እንደሚያሳዩት ከፍተኛ ተኮር ኒውትሮኖች በኮንሱ ውስጥ እንደሚፈጠሩ፣ በስእል 1 [37] ላይ እንደሚታየው።ማጣቀሻ 35 ከዋናው ጨረር ስርጭት አቅጣጫ አንጻር ሲታይ ከ 0.7 እስከ 3.0 ሜቮ ያለው ከፍተኛ የኮን መክፈቻ 19.5 ° ያለውን የኃይል መጠን ያሳያል.ከፍተኛ ተኮር ኒውትሮን በአብዛኛዎቹ ማዕዘኖች ላይ ያለውን የመከላከያ ቁሳቁስ መጠን በእጅጉ ይቀንሳል, የአወቃቀሩን ክብደት በመቀነስ እና የመለኪያ መሳሪያዎችን ለመትከል የበለጠ ተለዋዋጭነትን ይሰጣል.ከጨረር ጥበቃ አንፃር፣ ከኒውትሮን በተጨማሪ፣ ይህ ጋዝ ኢላማ 478 keV ጋማ ጨረሮችን በሴንትሮይድ መጋጠሚያ ሲስተም38 ውስጥ በአይዞትሮፒክ ይለቃል።እነዚህ γ-rays የሚመነጩት በ7Be መበስበስ እና በ7Li deexcitation ምክንያት ሲሆን ይህም ዋናው Li beam የግቤት መስኮቱን Ta ሲመታ ነው።ነገር ግን፣ ጥቅጥቅ ባለ 35 ፒቢ/ኩ ሲሊንደሪካል ኮላተር በመጨመር ዳራውን በእጅጉ መቀነስ ይቻላል።
እንደ አማራጭ ኢላማ አንድ ሰው የፕላዝማ መስኮት [39, 40] መጠቀም ይችላል, ይህም በአንጻራዊነት ከፍተኛ የሃይድሮጂን ግፊት እና የኒውትሮን ትውልድ ትንሽ የቦታ ክልል ለመድረስ ያስችላል, ምንም እንኳን ከጠንካራ ዒላማዎች ያነሰ ቢሆንም.
GEANT4 ን በመጠቀም ለሚጠበቀው የኃይል ስርጭት እና የሊቲየም ion ጨረር መጠን የኒውትሮን ልወጣ ኢላማ ማነጣጠሪያ አማራጮችን እየመረመርን ነው።የእኛ ተመስሎዎች የሚያሳዩት ወጥነት ያለው የኒውትሮን ኢነርጂ ስርጭት እና የማዕዘን ስርጭቶች ለሃይድሮጂን ዒላማዎች ከላይ በተጠቀሱት ጽሑፎች ውስጥ ነው።በማንኛውም የዒላማ ሥርዓት ውስጥ፣ ከፍተኛ ተኮር ኒውትሮኖች በሃይድሮጂን የበለጸገ ዒላማ ላይ በጠንካራ 7Li3+ ጨረር በሚነዳ በተገላቢጦሽ ኪኒማቲክ ምላሽ ሊመረቱ ይችላሉ።ስለዚህ አዳዲስ የኒውትሮን ምንጮች ቀደም ሲል የነበሩትን ቴክኖሎጂዎች በማጣመር ሊተገበሩ ይችላሉ.
የጨረር ጨረር ሁኔታዎች ከተፋጠነ ማሳያው በፊት የ ion beam ትውልድ ሙከራዎችን ፈጥረዋል።ሌዘር ዴስክቶፕ ናኖሴኮንድ ኤንዲ፡ኤግ ሲስተም ሲሆን የሌዘር ሃይል ጥግግት 1012 ዋ/ሴሜ 2፣ መሰረታዊ የሞገድ ርዝመት 1064 nm፣ የቦታ ሃይል 800 mJ እና የልብ ምት ቆይታ 6 ns ነው።በዒላማው ላይ ያለው የቦታው ዲያሜትር በ 100 μm ይገመታል.የሊቲየም ብረት (አልፋ ኤሳር, 99.9% ንፁህ) በጣም ለስላሳ ስለሆነ, በትክክል የተቆረጠው ቁሳቁስ ወደ ሻጋታው ውስጥ ተጭኗል.የፎይል ልኬቶች 25 ሚሜ × 25 ሚሜ, ውፍረት 0.6 ሚሜ.ክሬተር መሰል ጉዳት የሚከሰተው ሌዘር ሲመታው በዒላማው ላይ ነው፣ስለዚህ ኢላማው በሞተር በተሰራ መድረክ ይንቀሳቀሳል በእያንዳንዱ የሌዘር ሾት የታለመውን አዲስ ክፍል ለማቅረብ።በተቀረው ጋዝ ምክንያት እንደገና መቀላቀልን ለማስቀረት, በክፍሉ ውስጥ ያለው ግፊት ከ10-4 ፓ.ኤ.
የሌዘር ፕላዝማ የመጀመሪያ መጠን ትንሽ ነው, ምክንያቱም የሌዘር ቦታው መጠን 100 μm እና ከትውልድ በኋላ በ 6 ns ውስጥ ነው.ድምጹ እንደ ትክክለኛ ነጥብ ሊወሰድ እና ሊሰፋ ይችላል.ጠቋሚው ከዒላማው ወለል በ xm ርቀት ላይ ከተቀመጠ፣ የተቀበለው ምልክት ግንኙነቱን ይታዘዛል፡ ion current I፣ ion coming time t እና pulse width τ።
የተፈጠረው ፕላዝማ በ TOF ዘዴ በ FC እና በኢነርጂ ion analyzer (EIA) በ 2.4 ሜትር ርቀት ላይ እና ከጨረር ዒላማው 3.85 ሜትር ርቀት ላይ ይገኛል.FC ኤሌክትሮኖችን ለመከላከል በ -5 ኪሎ ቮልት አድሎአዊ የጨቋኝ ፍርግርግ አለው።ኢአይኤ ባለ 90 ዲግሪ ኤሌክትሮስታቲክ ዲፍለተር አለው ሁለት ኮአክሲያል ብረት ሲሊንደሪካል ኤሌክትሮዶች ተመሳሳይ ቮልቴጅ ያላቸው ግን ተቃራኒ ፖላሪቲ፣ በውጭ በኩል አዎንታዊ እና ከውስጥ አሉታዊ።የሚሰፋው ፕላዝማ ከግጭቱ በስተጀርባ ባለው ተከላካይ ውስጥ ተመርቷል እና በሲሊንደሩ ውስጥ በሚያልፈው ኤሌክትሪክ ይገለበጣል።ግንኙነቱን የሚያረካ አየኖች E/z = eKU የሚገኙት የሁለተኛ ደረጃ ኤሌክትሮን ማባዣ (ሴም) (Hamamatsu R2362) በመጠቀም ነው፣ E፣ z፣ e፣ K እና U ion ኢነርጂ፣ የክፍያ ሁኔታ እና ክፍያ የኢአይኤ ጂኦሜትሪ ምክንያቶች ናቸው። .ኤሌክትሮኖች, በቅደም ተከተል, እና በኤሌክትሮዶች መካከል ያለውን እምቅ ልዩነት.በመተላለፊያው ላይ ያለውን ቮልቴጅ በመቀየር አንድ ሰው በፕላዝማ ውስጥ ያለውን የ ions ሃይል እና ክፍያ ማከፋፈሉን ማግኘት ይችላል.የቮልቴጅ U/2 EIA ከ 0.2 V እስከ 800 V ባለው ክልል ውስጥ ነው, ይህም በአንድ የኃይል መሙያ ሁኔታ ከ 4 eV እስከ 16 keV ባለው ክልል ውስጥ ካለው ion ኃይል ጋር ይዛመዳል.
"ሙሉ በሙሉ የተራቆቱ የሊቲየም ጨረሮች ማመንጨት" በሚለው ክፍል ውስጥ በተገለፀው በሌዘር ጨረር ሁኔታ ውስጥ የተተነተነ የ ions የክፍያ ሁኔታ ስርጭቶች በምስል ውስጥ ይታያሉ ።8.
የ ions ክፍያ ሁኔታ ስርጭት ትንተና.የ ion current density time profile በ EIA የተተነተነ እና ከሊቲየም ፎይል በ 1 ሜትር ሚዛኑን በሒሳብ በመጠቀም እነሆ።(1) እና (2)በ "ሙሉ በሙሉ የተራቀቀ የሊቲየም ጨረር ማመንጨት" በሚለው ክፍል ውስጥ የተገለጹትን የሌዘር ጨረር ሁኔታዎችን ይጠቀሙ.እያንዳንዱን የአሁኑን እፍጋት በማዋሃድ በፕላዝማ ውስጥ ያለው የ ionዎች መጠን ይሰላል ፣ በስእል 3 ።
የሌዘር ion ምንጮች ከፍተኛ ኃይል ያለው ባለብዙ-ኤምኤ ion ጨረር ሊያቀርቡ ይችላሉ።ይሁን እንጂ የጨረር አቅርቦት በቦታ ክፍያ መቀልበስ ምክንያት በጣም አስቸጋሪ ነው, ስለዚህም በሰፊው ጥቅም ላይ አልዋለም ነበር.በባህላዊው እቅድ ውስጥ፣ ion beams ከፕላዝማው ውስጥ ተነቅለው ወደ ዋናው አፋጣኝ በሞገድ መስመር በበርካታ የትኩረት ማግኔቶች በማጓጓዝ እንደ ማፍጠኛው የመሰብሰብ አቅም መጠን የ ion beamን ይቀርፃሉ።በጠፈር ኃይል ጨረሮች ውስጥ, ጨረሮቹ ቀጥታ ያልሆኑ ይለያያሉ, እና ከባድ የጨረር ኪሳራዎች በተለይም ዝቅተኛ ፍጥነቶች ክልል ውስጥ ይስተዋላሉ.ይህንን ችግር በሜዲካል ካርቦን አፋጣኝ ልማት ውስጥ ለማሸነፍ, አዲስ DPIS41 የጨረር አቅርቦት እቅድ ቀርቧል.ኃይለኛ የሊቲየም-አዮን ጨረርን ከአዲስ የኒውትሮን ምንጭ ለማፋጠን ይህንን ዘዴ ተግባራዊ አድርገናል።
በለስ ላይ እንደሚታየው.4, ፕላዝማ የሚፈጠርበት እና የሚሰፋበት ቦታ በብረት መያዣ የተከበበ ነው.የተዘጋው ቦታ በሶላኖይድ ጠመዝማዛ ውስጥ ያለውን መጠን ጨምሮ ወደ RFQ resonator መግቢያ ይዘልቃል።በእቃው ላይ የ 52 ኪ.ቮ ቮልቴጅ ተተግብሯል.በ RFQ resonator ውስጥ፣ ions በ 6 ሚሜ ዲያሜትር ጉድጓድ በኩል RFQን በመሬት ላይ በማቆም በችሎታ ይሳባሉ።ionዎቹ በፕላዝማ ሁኔታ ውስጥ ስለሚጓጓዙ በጨረር መስመር ላይ ያሉት ቀጥተኛ ያልሆኑ አስጸያፊ ኃይሎች ይወገዳሉ.በተጨማሪም ፣ ከላይ እንደተገለፀው ፣ በኤክስትራክሽን ቀዳዳ ውስጥ ያሉትን የ ions ጥግግት ለመቆጣጠር እና ለመጨመር ከዲፒአይኤስ ጋር በማጣመር የሶላኖይድ መስክን ተግባራዊ እናደርጋለን።
የበለስ ላይ እንደሚታየው የ RFQ አፋጣኝ ሲሊንደሪክ የቫኩም ክፍልን ያካትታል።9 ሀ.በውስጡም ከኦክስጅን ነፃ የሆኑ አራት ዘንጎች በአራት ማዕዘን ቅርጽ ባለው የጨረር ዘንግ ዙሪያ ይቀመጣሉ (ምሥል 9 ለ)።4 ዘንጎች እና ክፍሎች የሚያስተጋባ የ RF ወረዳ ይፈጥራሉ.የተፈጠረ የ RF መስክ በበትሩ ላይ ጊዜ የሚለዋወጥ ቮልቴጅ ይፈጥራል.በዘንግ ዙሪያ በቁመት የተተከሉ ionዎች በጎን በኩል በአራት እጥፍ ይያዛሉ።በተመሳሳይ ጊዜ, ዘንግ ያለው ጫፍ የአክሲል ኤሌክትሪክ መስክ ለመፍጠር ተስተካክሏል.የአክሲየል መስክ የተከተተውን ቀጣይነት ያለው ምሰሶ ወደ ተከታታይ የጨረር ምቶች ይከፍላል.እያንዳንዱ ጨረር በተወሰነ የ RF ዑደት ጊዜ (10 ns) ውስጥ ተይዟል.በሬድዮ ፍሪኩዌንሲ ጊዜ መሰረት ተጓዳኝ ጨረሮች ይከፋፈላሉ.በ RFQ ሊንክ ውስጥ፣ 2 µs ጨረሮች ከጨረር ion ምንጭ ወደ 200 ጨረሮች ቅደም ተከተል ይቀየራል።ከዚያም ጨረሩ ወደሚሰላው ሃይል ይፋጠነል።
መስመራዊ አፋጣኝ RFQ.(ሀ) (በግራ) የ RFQ linac ክፍል ውጫዊ እይታ።(ለ) (በስተቀኝ) በክፍሉ ውስጥ ባለ አራት ዘንግ ኤሌክትሮል.
የ RFQ linac ዋና የንድፍ መመዘኛዎች የሮድ ቮልቴጅ, ሬዞናንስ ድግግሞሽ, የጨረር ቀዳዳ ራዲየስ እና ኤሌክትሮድ ሞጁል ናቸው.በዱላ ± 29 ኪ.ቮ ላይ ያለውን ቮልቴጅ ይምረጡ የኤሌክትሪክ መስክ ከኤሌክትሪክ ብልሽት ገደብ በታች ነው.የማስተጋባት ድግግሞሹ ዝቅተኛ፣ የጎን የማተኮር ሃይል ይበልጣል እና አማካይ የፍጥነት መስክ አነስተኛ ነው።ትልቅ የመክፈቻ ራዲየስ የጨረራውን መጠን እንዲጨምር እና በዚህም ምክንያት በትንሹ የቦታ ክፍያ መቀልበስ ምክንያት የጨረራውን ፍሰት እንዲጨምር ያደርጉታል።በሌላ በኩል፣ ትላልቅ የመክፈቻ ራዲየስ የ RFQ ሊንክን ለማብራት ተጨማሪ የ RF ሃይል ይፈልጋሉ።በተጨማሪም, በጣቢያው የጥራት መስፈርቶች የተገደበ ነው.በእነዚህ ሚዛኖች ላይ በመመስረት፣ ለከፍተኛ የጨረር ማጣደፍ የሬዞናንት ድግግሞሽ (100 ሜኸር) እና የመክፈቻ ራዲየስ (4.5 ሚሜ) ተመርጠዋል።ሞጁሉ የጨረር መጥፋትን ለመቀነስ እና የፍጥነት ቅልጥፍናን ለመጨመር ይመረጣል።ዲዛይኑ 7Li3+ ions በ 40 mA ከ22 keV/n እስከ 204 keV/n በ2 ሜትር ውስጥ ለማፋጠን የሚያስችል የ RFQ linac ንድፍ ለማምረት ብዙ ጊዜ ተመቻችቷል።በሙከራው ወቅት የሚለካው የ RF ኃይል 77 ኪ.ወ.
የ RFQ ሊናክስ በተወሰነ Q/A ክልል ionዎችን ማፋጠን ይችላል።ስለዚህ, ወደ መስመራዊ አፋጣኝ መጨረሻ የሚቀርበውን ምሰሶ ሲተነተን, isotopes እና ሌሎች ንጥረ ነገሮችን ግምት ውስጥ ማስገባት አስፈላጊ ነው.በተጨማሪም, የሚፈለጉት ionዎች, በከፊል የተጣደፉ, ነገር ግን በፍጥነት መቆጣጠሪያው መካከል ባለው የፍጥነት ሁኔታ ውስጥ ይወርዳሉ, አሁንም የጎን እገዳን ሊያገኙ እና እስከ መጨረሻው ሊጓጓዙ ይችላሉ.ከተፈጠሩት 7Li3+ ቅንጣቶች በስተቀር የማይፈለጉ ጨረሮች ቆሻሻዎች ይባላሉ።በሙከራዎቻችን 14N6+ እና 16O7+ ቆሻሻዎች በጣም አሳሳቢ ነበሩ፣የሊቲየም ብረት ፎይል በአየር ውስጥ ከኦክስጂን እና ከናይትሮጅን ጋር ምላሽ ስለሚሰጥ ነው።እነዚህ ionዎች በ7Li3+ ሊፋጠን የሚችል የQ/A ጥምርታ አላቸው።ከ RFQ ሊንክ በኋላ ለጨረራ ትንተና የተለያየ ጥራት እና ጥራት ያላቸውን ጨረሮች ለመለየት የዲፖል ማግኔቶችን እንጠቀማለን።
ከ RFQ linac በኋላ ያለው የጨረር መስመር ሙሉ በሙሉ የተጣደፈውን 7Li3+ beam ከዲፕሎል ማግኔት በኋላ ወደ FC ለማድረስ የተነደፈ ነው።-400 ቮ አድሎአዊ ኤሌክትሮዶች የ ion beam currentን በትክክል ለመለካት በጽዋው ውስጥ ያሉ ሁለተኛ ኤሌክትሮኖችን ለማፈን ያገለግላሉ።በዚህ ኦፕቲክስ፣ ion trajectories ወደ ዳይፖሎች ተለያይተው በተለያዩ ቦታዎች በ Q/A ላይ ያተኮሩ ናቸው።እንደ ሞመንተም ስርጭት እና የቦታ ክፍያ መቀልበስ ባሉ የተለያዩ ምክንያቶች የተነሳ በትኩረት ላይ ያለው ምሰሶ የተወሰነ ስፋት አለው።ዝርያው ሊለያይ የሚችለው በሁለቱ የ ion ዝርያዎች የትኩረት ቦታዎች መካከል ያለው ርቀት ከጨረር ስፋት የበለጠ ከሆነ ብቻ ነው.በተቻለ መጠን ከፍተኛውን ጥራት ለማግኘት, ጨረሩ በተጨባጭ የተከማቸበት በአግድም መሰንጠቅ በጨረር ወገብ አጠገብ ይጫናል.ከሴንት-ጎባይን 40 ሚሜ × 40 ሚሜ × 3 ሚሜ ያለው የስክሪን ስክሪን (CsI (Tl)) በተሰነጠቀው እና በፒሲው መካከል ተጭኗል።scintillator የተነደፉት ቅንጣቶች ጥሩ ጥራት ለማግኘት ማለፍ ነበረበት ያለውን ትንሹ ስንጥቅ ለመወሰን እና ከፍተኛ የአሁኑ ከባድ ion ጨረሮች ተቀባይነት ጨረር መጠኖች ለማሳየት ጥቅም ላይ ውሏል.በ scintillator ላይ ያለው የጨረር ምስል በሲሲዲ ካሜራ በቫኩም መስኮት በኩል ይመዘገባል.ሙሉውን የጨረር ምት ስፋት ለመሸፈን የተጋላጭነት ጊዜ መስኮቱን ያስተካክሉ።
አሁን ባለው ጥናት ውስጥ ጥቅም ላይ የዋሉ ወይም የተተነተኑ የውሂብ ስብስቦች ምክንያታዊ በሆነ ጥያቄ ከሚመለከታቸው ደራሲዎች ይገኛሉ።
ማንኬ, I. et al.የመግነጢሳዊ ጎራዎች ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ምስል.ብሄራዊ ማህበረሰብ።1, 125. https://doi.org/10.1038/ncomms1125 (2010).
አንደርሰን, አይኤስ እና ሌሎች.በተጣደፉ የኒውትሮን ምንጮችን የማጥናት እድሎች.ፊዚክስ.ሪፐብሊክ 654, 1-58.https://doi.org/10.1016/j.physrep.2016.07.007 (2016)።
Urchuoli, A. et al.በኒውትሮን ላይ የተመሰረተ የኮምፒውተር ማይክሮቶሞግራፊ፡- ፕሊዮባቴስ ካታሎኒያ እና ባርቤራፒተከስ ሁየርዘሌሪ እንደ የሙከራ ጉዳዮች።አዎ.ጄ ፊዚክስአንትሮፖሎጂ.166፣ 987–993።https://doi.org/10.1002/ajpa.23467 (2018)።