Физические процессы в малогабаритных диодах с осциллирующими дейтронами для генерации нейтронов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.13, кандидат наук Кузнецов, Александр Юрьевич

• Кузнецов, Александр Юрьевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Кузнецов, Александр Юрьевич

Оглавление

Список используемых сокращений

Введение

Глава 1. Перспективы и историческая ретроспектива технологических решений 10 компактных дейтериевых плазменных систем с осцилляцией ионов, ускоренных до энергии синтеза (инерционно-электростатических ускорителей - ИЭУ)

1.1. ИЭУ в виде простой электростатической ловушки с виртуальным катодом

1.2. ИЭУ в виде открытой магнитной ловушки с электростатическим запиранием 28 магнитных щелей

1.3. ИЭУ в виде фьюзора

1.4. ИЭУ в виде периодически осциллирующей плазменной сферы

1.5. ИЭУ в виде простой электростатической ловушки с тлеющим разрядом в 49 качестве источника ионов

1.6. ИЭУ в виде простой электростатической ловушки, оперирующей в 55 импульсном режиме

Глава 2. Основания перспективности генерации нейтронных полей с 57 использованием ИЭУ, работающих в импульсно-периодическом режиме

2.1. Экспериментальные данные по нейтронно-эмиссионной способности разных 57 конфигураций и операционных режимов ИЭУ

2.2. Оценка характеристических времен протекающих в ИЭУ процессов

2.2.1. Оценка характеристического времени протекания реакции синтеза в канале 61 «пучок-пучок» без фокусировки

2.2.2. Оценка характеристического времени протекания реакции синтеза в канале 62 «пучок-пучок» с радиальной фокусировкой

2.2.3. Оценка характеристического времени протекания реакции синтеза в канале 63 «пучок-плазма»

2.2.4. Оценка характеристического времени размывания пакета дейтронов в 63 результате кулоновских взаимодействий

2.2.5. Оценка характеристического времени потери энергии пакетом дейтронов в 64 результате перезарядки и поляризационного взаимодействия

2.2.6. Оценка характеристического времени удержания ускоренного иона в 65 оптической ионной системе ИЭУ

2.2.7. Основания перспективности генерации нейтронов в диоде с инерционно - 65 электростатическим удержанием в импульсном режиме

2.3. Оценка нейтронной эмиссионной способности компактных плазменных 66 систем с осцилляцией ионов, ускоренных до энергии синтеза66

2.3.1. Оценка потока нейтронов в канале «пучок-плазма»

2.3.2. Оценка потока нейтронов в канале «пучок-пучок»

2.4. Рассмотрение процессов формирования и ускорения дейтронов в ИЭУ - 73 диоде с тлеющим разрядом и симметричным полым катодом

Глава 3. Компьютерное моделирование электродинамических характеристик ИЭУ

3.1. Модель ИЭУ - диода с дисковым катодом и цилиндрическим анодом

3.2. Компьютерное моделирование распределения электрических полей в ИЭУ - 79 диоде с полым дисковым катодом, состоящим из двух параллельных дисков, скрепленных соединительными стержнями

3.3. Компьютерное моделирование распределения электрических полей в ИЭУ - 82 диоде с полым дисковым катодом и регулируемым зазором между дисками

3.4. Расчет прозрачности катодной полости 87 Глава 4. Экспериментальное исследование действующего макета генератора 89 нейтронных импульсов на базе ИЭУ с коаксиальной геометрией ускорения дейтронов

4.1. Описание физического объекта исследования и экспериментального макета

импульсного нейтронного генератора (ИНГ) на основе ИЭУ

4.1.1. Состав экспериментальной установки

4.1.2. Рабочая камера и вакуумная система экспериментальной установки

4.1.3. Блок контроля физических и электрических характеристик разряда

4.1.4. Система возбуждения разряда на базе генератора импульсного тока (ГИТ) 94 4.2. Экспериментальное исследование рабочих параметров блоков макета ИНГ 101 4.2.1. Результаты экспериментальных измерений параметров ГИТ

4.2.2. Экспериментальное исследование вольтамперной характеристики (ВАХ)

высоковольтного импульсного разряда макета ИНГ

4.2.3. Экспериментальное измерение параметров плазмы макета ИНГ107

4.2.3.1 Экспериментальные результаты оптического метода измерения 106 параметров плазмы макета ИНГ

4.2.3.2. Экспериментальные результаты рентгеновского метода измерения 116 параметров плазмы макета ИНГ

4.2.3.2.1. Рентгеновская диагностика с пространственным разрешением с 125 помощью камеры-обскуры

4.2.3.2.2. Измерение интегрального спектра рентгеновского излучения (РИ) 127 методом поглощающих фильтров

4.2.3.2.3. Регистрация РИ с временным разрешением

4.2.3.2.4. Прямые методы исследования спектров РИ133 130 4.3. Методы экспериментального исследования нейтронно-эмиссионной 132 способности макета ИНГ

4.3.1. Экспериментальное исследование характеристик нейтронного излучения

4.3.2. Экспериментальное исследование модификации геометрии полого катода и 141 режима разряда макета ИНГ

4.3.2.1 Катод с регулировкой расстояния между дисками

4.3.2.2. Спиралевидный катод

4.3.2.3. Система с катодом в виде спирали и камерой в роли анода

4.3.2.4. Система с магнитной изоляцией диодного зазора

4.3.2.5. Экспериментальное изучение влияния предварительной ионизации на 145 протекание импульсного разряда и эмиссию нейтронов

4.3.2.5.1. Результаты визуальной и фотографической регистрации

4.3.2.5.2. Экспериментальные измерения напряжения и разрядного тока

4.3.2.5.3. Фотоэлектрическая регистрация разряда в водороде 149 Заключение 150 Литература

Список используемых сокращений

ВВ- взрывчатое вещество НВ- наркотическое вещество ДМ- делящийся материал

ИЭУ- инерционно-электростатические ускорители

ВНТ- вакуумная нейтронная трубка

ГИН- генератор импульсного напряжения

ПИТ- повышающий импульсный трансформатор

ПКЯР- подкритический ядерный реактор

ТЯРД- термоядерный реактивный двигатель

ПЭТ- позитронно-эмиссионная томография

ВОУ- высокообогащенный уран

ГИТ- генератор импульсных токов

ИЭС- диод- инерционно-электростатический диод

ПОПС- периодически осциллирующая плазменная сфера

LCD дисплей- жидкокристаллический дисплей

ЖКИ- жидкокристаллический индикатор

ВАХ- вольтамперная характеристика

ЭКВ- электронно-колебательно-вращательный

ТТЛ- транзисторно-транзисторная логика

ИК- инфракрасный

УФ - ультрафиолетовый

РИ- рентгеновское излучение

ПЗС- прибор с зарядовой связью

ЭОП- электронно-оптический преобразователь

УС- усиливающий сульфидный экран

НВИ- низкоиндуктивная вакуумная искра

ТЛД- термолюминесцентный детектор

СД - сцинтилляционный детектор

ВНТ- вакуумная нейтронная трубка

ИНГ- импульсный нейтронный генератор

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физические процессы в малогабаритных диодах с осциллирующими дейтронами для генерации нейтронов»

Введение

В прикладной ядерной физике в настоящее время имеется ряд важных направлений, для успешного развития которых требуются импульсно-периодические излучатели нейтронов с большим ресурсом работы. Одно из таких направлений возникло в связи с усилением борьбы с терроризмом и распространением наркотиков в восьмидесятых годах прошлого столетия для обнаружения взрывчатых веществ, наркотиков и делящихся материалов ядерными методами с использованием реакций неупругого рассеяния и радиационного захвата нейтронов.

Традиционные импульсные нейтронные генераторы (ИНГ) на базе запаянных ускорительных трубок (УТ) с твердыми мишенями, содержащими нуклиды тяжелого водорода, имеют ограниченный ресурс, определяемый, в основном, сроком службы мишени. Одним из путей преодоления этой проблемы является использование для генерации нейтронов диода с осциллирующими дейтронами и плазменной мишенью. В литературных источниках для обозначения таких диодов часто используются термины инерционно-электростатические ускорители (ИЭУ) или Inertial Electrostatic Confinement Facilities (IEC-F).

В настоящее время сформировалось понимание, что ИЭУ можно использовать для ряда важных практических целей экономически более эффективно, чем любые другие системы, обеспечивающие синтез нуклидов водорода. Это понимание возникло во многом благодаря работам Дж.Майли и Дж.Кульчински, которые создали эффективный механизм научных исследований процессов удержания ионов легких элементов для целей ядерного синтеза, а именно Американо-японский семинар по проблемам инерционно-электростатического удержания, проводимый раз в 2-3 года, в рамках которого организовано исследование процессов в ИЭУ на собственных действующих установках в США: в лабораториях университетов штатов Иллинойс, Висконсин, Миссури-Колумбия, Массачусетского технологического университета, Мильбернской высшей школы штата Нью Джерси, Лос-Аламосской национальной лаборатории, корпорации Грейтбэтч Лимитед, в исследовательском центре космических полетов Маршалла, в Японии: в лабораториях университетов Киото, Канзай, Куиши, Токийского технологического

института, корпорации Хитачи Лимитед, в Австралии: в Сиднейском университете. Аналогичные работы проводились группой сотрудниками НИЯУ МИФИ, в состав которой входил в качестве теоретика автор диссертации [1-42], посвященной исследованию диодных систем ИЭУ и действующих макетов ИНГ на их основе, работающих в импульсно-периодическом режиме. Такие устройства должны эффективно использоваться при решении методами импульсно-нейтронной эмиссии задач, связанных с поиском и идентификацией скрытых опасных веществ, с каротажем нефтегазовых скважин, с нейтронной радиографией, с нейтронно-активационным анализом горных пород, изделий металлургической промышленности, отработанных ядерных отходов и т.д., а также задач радиационного контроля различных объектов за счет увеличения ресурса работы и смягчения требований к электрической прочности. Указанные факторы и определяют в основном актуальность диссертационного исследования

Цель исследований - изучение физических процессов в компактных плазменных системах с пучками осциллирующих дейтронов, ускоренных до энергии синтеза, и разработка технических решений для их реализации.

Научная новизна заключается:

- в создании расчетной математической модели формирования потоков дейтронов в ИЭУ в приближении однородного электрического поля и непрерывного торможения ионов в плазме с учетом влияния на динамику дейтронов расплывания энергетического спектра и электронной эмиссии с катода;

- в проведении компьютерного эксперимента, моделирующего динамику дейтронов в ИЭУ, с использованием модифицированных стандартных алгоритмов и программ, а также способа расчета эффективной прозрачности оптической системы ИЭУ;

- в разработке технического решения ИЭУ с цилиндрической геометрией на базе полого катода из двух дисков в режиме с предварительной ионизацией, на которое получен патент РФ;

- в получении потоков осциллирующих дейтронов, ускоренных до энергии синтеза, в компактных ИЭУ на основе диодных систем с осевой или коаксиальной геометрией с генераторами импульсных напряжений (ГИН), собранным по схемам

высоковольтного импульсного трансформатора (ВИТ) или генератора Аркадьева-Маркса;

- в генерации нейтронных импульсов в подобных ИЭУ на уровне до 2 105 н/имп.

11 ^ (мгновенный поток 10 н/с) на реакции D(d,n)

- в разработке экспериментальных методик исследования макета ИНГ на базе ИЭУ.

Научная и практическая значимость работы состоит в получении информации о физических процессах в малогабаритных ИЭУ с потоками осциллирующих дейтронов, ускоренных до энергии синтеза, технологическое освоение которых повысит эффективность аппаратно-методических комплексов для идентификации скрытых опасных веществ, имитации нейтронных полей термоядерных реакторов, нейтронно-активационного анализа состава вещества, получения короткоживущих изотопов элементов, нейтронной томографии, тестирования аппаратуры, анализирующей нейтронные вспышки и т.д. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Теоретические модели процессов формирования потоков осциллирующих дейтронов в плазменных диодных системах.

2. Теоретические модели генерации нейтронов в малогабаритных ИЭУ.

3. Результаты компьютерного эксперимента, моделирующего процессы образования пучков осциллирующих дейтронов и генерации нейтронов в ИЭУ.

4. Результаты экспериментального исследования действующих макетов ИНГ на базе компактных дейтериевых плазменных систем с осцилляцией потоков дейтронов.

Достоверность результатов подтверждается удовлетворительным совпадением теории и эксперимента, а также повторяемостью результатов экспериментальных исследований.

Личный вклад автора состоит в непосредственном и определяющем участии:

- в разработке схемы генерации нейтронов в диодной системе с осциллирующими дейтронами»;

- в разработке математической модели формирования потоков дейтронов и генерации нейтронов в диодной системе с осциллирующими дейтронами;

- в физическом и математическом моделировании формирования ускоренных потоков дейтронов и генерации нейтронов в диодной системе с осциллирующими дейтронами;

- в разработке схемы эксперимента по генерации нейтронов;

- в разработке технического решения ИНГ на базе диода с осциллирующими дейтронами;

- в разработке алгоритмов обработки данных измерения нейтронных потоков.

Апробация результатов диссертации

Основные положения диссертации докладывались на III и V-VII Всероссийских научных конференциях «Фундаментальные исследования в технических университетах», С-Петербург, 1999 и 2001-2003; XVI Совещании по использованию рассеяния нейтронов в исследованиях конденсированного состояния, Обнинск, 1999; V Международном симпозиуме по радиационной плазмодинамике, Москва, 2000; VIII Международном симпозиуме по радиационной физике, Прага, 2000; Международной конференции «Моделирование динамических систем и исследование условий стабильности», Киев, 2001; Международной конференции по рассеянию нейтронов, Мюнхен, 2001; Научных сессиях НИЯУ МИФИ, Москва, 2001-2005, 2007, 2010, 2012; XII Международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов, Томск, 2003; Международных научно-технических конференциях «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе», ВНИИА, Москва, 2004, 2012; XXXV Международной конференции по физике плазмы и УТС, Звенигород, 2008; XVIII Научно- технической конференции «Вакуумная наука и техника», Москва, 2011; Международной отраслевой научной конференции АТОМТЕХ- Электрофизика, 2015, НИЯУ МИФИ, Москва.

По результатам диссертации опубликовано 35 печатных работ [1-13, 15-24, 2627, 29-36, 38, 40], в том числе 5 статей в научных изданиях, включенных ВАК в перечень ведущих рецензируемых журналов [12, 13, 26, 27, 35], получен патент РФ [40], часть материалов представлена в научно-технических отчетах [14, 25, 28, 37, 39].

Глава 1. Перспективы и историческая ретроспектива технологических решений компактных дейтериевых плазменных систем с осцилляцией ионов, ускоренных до энергии синтеза (инерционно-электростатических ускорителей -ИЭУ)

Ближайшие, среднесрочные и далекие перспективы ИЭУ рассмотрены в работах [43, 44].

Согласно выводам этих работ к ближайшим перспективам использования ИЭУ в первую очередь относятся нейтронно-активационный анализ элементного состава веществ и поиск укрытых ВВ, НВ и ДМ, для целей чего нужны нейтронные импульсы длительностью менее 1 мкс и интенсивностью до 1011 н/с в пересчете на постоянный режим, а также получение короткоживущих радиоизотопов элементов, для целей чего в постоянном режиме требуется скорость генерации до 1010 н/с ф/с).

Рис. 1. Внешний вид устройства «Fusion Star»

Впервые в мире в коммерческих целях ИЭУ был применен компанией «Даймлер-Бенц» для анализа примесей в добываемых рудах [45]. Внешний вид устройства, названного «Fusion Star», изображен на рис.1 В указанном ИЭУ генерируется 5 106 н/с с энергией 2,45 МэВ. При наполнении рабочей камеры

о

устройства дейтерий-тритиевой смесью оно было способно генерировать 1,610 н/с с энергией 14,7 МэВ. Данных о промышленном применении указанного устройства

не сообщается.

О разработке коммерчески перспективного направления использования ИЭУ в медицине (SHINE Medical Technologies, Incorporated) сообщается в работе [46].

В работах [43, 46, 47] сообщается о возможности получения изотопа Tc99m -ядерного изомера Tc99, с периодом полураспада 6,04 часа, используемого как радиоактивный маркер в 80% радиоизотопных медицинских процедур в США. Так как ядро Tc99m имеет более высокую энергию, то, теряя ее в виде кванта у-излучения,

99

оно переходит в ядро Tc , что дает возможность, предварительно внедрив с различными физиологическими препаратами указанный изотоп в исследуемый орган, по характерному спектру у-излучения судить о его состоянии.

В работе [46] рассмотрен ИЭУ на дейтерий-тритиевой смеси (реакция D + T =

He4 + n + 17,6 МэВ), в котором поток предварительно замедляемых тепловых

12

нейтронов интенсивностью 1012 н/с инициирует деление низко обогащенного урана

235

U (закладка массой 5 кг со степенью обогащения 19,5 %), в результате чего в реакции U235 + n = Mo99 + Sn136 + n получается Mo99, расщепляющийся в реакции

Mo99 = Tc99m

+ в с периодом полураспада 66 часов. За неделю нарабатывается количество Tc99m, эквивалентное ДМ активностью 500 Ки (1,85 ■ 1013 Бк).

В работе [47] описан ИЭУ, в котором для получения изотопа Tc94m используется реакция Mo94 + p = n + Tc94m Для этого в состав материала катода ИЭУ внедряется Mo94. Протоны получаются в реакции D + He3 = He4 + p + 14,7 МэВ. При этом 2/3 реакций протекают в металле катода на внедренных ударной имплантацией атомах D и He3, а 1/3 - в плазме разряда. Сообщается о получении количества Tc94m, эквивалентного ДМ активностью 1 нКи (37 Бк).

В работах [43, 46] сообщается об использовании ИЭУ (реакция D + He3 = He4 +

13

p + 14,7 МэВ) для получения изотопа N (с периодом полураспада 10 мин) путем облучения получаемыми высокоэнергичными протонами содержащей кислород мишени в эндотермической реакции O16 + p = He3 + N13.

13

Изотоп N , испытывающий ядерный распад с излучением позитронов, используется в работе позитронного томографа для сканирования сердца [48-51].

Рис. 2. Схема сферического инерционно-электростатического ускорителя. В работах [48, 49] сообщается об ИЭУ со сферической геометрией реакторной зоны (рис. 2), в котором в цилиндрической алюминиевой камере диаметром 91 см и

"5

высотой 65 см, наполненной смесью Э и Не в отношении 1/1 и откачанной до давления 1,4-10- торр, помещены две концентрически совмещенные сферические металлические сетки. Внешняя сетка диаметром 50 см сплетена из нержавеющей стальной проволоки диаметром 2 мм и выполняет функции анода, внутренняя сетка диаметром 10 см сплетена из Яе^ проволоки диаметром 0,8 мм (прозрачность 92%) и выполняет функции катода. ИЭУ работает в постоянном режиме с разрядным током 46 мА при напряжении 140 кВ. Поток протонов в постоянном режиме

о

составляет 3,5 10 н/с. Для производства изотопа внутри камеры размещается специально приготовленная прокачиваемая водой сборка, в результате чего в

13

постоянном режиме получено количество N , эквивалентное ДМ активностью 7 Бк.

Недостатком существующих ИЭУ для практических целей позитронно-

эмиссионной терапии (ПЭТ) является сравнительно небольшая интенсивность

эмиссии протонов. В работе [50] предложен ИЭУ цилиндрической геометрии с

радиальной осцилляцией дейтронов, позволяющее в перспективе преодолеть этот

12

недостаток. Конструкция ускорителя изображена на рис. 3.

я 0-100 кВ

Рис. 3. Схема цилиндрического инерционно-электростатического ускорителя. В указанном ИЭУ в цилиндрическую камеру, имеющую диаметр 39,3 см и

"5

высоту 34 см, откачанную до давления (1-100)-10- торр с дейтериевым наполнением концентрически помещен цилиндрический катод диаметром 4 см, образующими которого являются 16 стержней из нержавеющей стали диаметром 1,6 см и длиной 38 см, а также концентрически совмещенный с катодом (внешний по отношению к нему) цилиндрический анод диаметром 20 см , образующими которого являются 32 стержня из нержавеющей стали диаметром 1,2 мм длиной 32 см. Устройство работает с дополнительным магнитоэлектрическим ионным источником в зоне за стержневым анодом, при этом мощность магнитов, расположенных равномерно по окружности на поверхности камеры, так что полярность соседних магнитов противоположна и равна 0,36 Т, а отрицательный электрический потенциал между стенкой камеры и анодом не превышает 1 кВ. ИЭУ работает в двух режимах: - в постоянном режиме с разрядным током 10 мА при напряжении 60 кВ,

- в импульсном режиме с разрядным током 10 А при напряжении 70 кВ, частотой повторения импульса 4 Гц и длительностью импульса 20 мкс.

Скорость генерации протонов в стационарном режиме составляет 106 р/с, а в импульсном - 6,8 -109 р/с в пересчете на постоянный режим.

Для получения изотопа водяная мишень подается в окрестность реакторной зоны через полые катодные стержни, в результате чего в постоянном режиме

13

возможно получение количества N , эквивалентное ДМ активностью 4-8 Бк.

Еще одно интенсивно разрабатываемое в настоящее время и имеющее ближайшую перспективу использования направление использования ИЭУ связано с усилением борьбы с терроризмом и распространением наркотиков и заключается в обнаружении ВВ, НВ и ДМ на основе методик, требующих применения ИНГ с использованием времяпролетной спектрометрии рассеянных нейтронов. Подробно вопросы применения ИЭУ для поиска укрытых ВВ, НВ рассмотрены в работе [51], а вопросы применения ИЭУ для поиска укрытых ДМ рассмотрены в работах [52-55].

В работе [52] сообщается об использовании описанного в работах [48, 49] ИЭУ с дейтериевым наполнением, в котором при разрядном токе 68 мА в постоянном режиме и напряжении 166 кВ удалось достигнуть режима генерации нейтронов с

о

интенсивностью 1,8 10 н/с, для обнаружения укрытого пластида (С-4) с достоверностью 94%. Физические принципы детектирования укрытых ВВ основаны на определении процентного содержания в исследуемом объеме углерода (С), водорода (Н), кислорода (О) и азота (^ на основе реакций поглощения предварительно замедляемых тепловых (0,0253 эВ) нейтронов и сопутствующего этому процессу характеристического жесткого у-излучения. Так как сечение захвата тепловых нейтронов углеродом и кислородом мало, на практике определяется наличие процентного содержания водорода и азота на основе реакций: Н1 + п = В + у + 2,223 МэВ, + п = + у + 10,829 МэВ.

В работах [52, 53] сообщается об использовании описанного в работах [48, 49]

-5

ИЭУ с дейтериевым наполнением при давлении 3 10- торр для обнаружения высокообогащенного урана (ВОУ). В указанном устройстве в импульсном режиме с длительностью импульса 110 мкс и частотой повторения импульса 5 Гц при

напряжении 94 кВ при токе 4,8 А получена скорость генерации нейтронов в пересчете на постоянный режим 4,7-109 н/с.

В работах [54, 55] сообщается об использовании ИЭУ с дейтериевым наполнением сферической геометрии, оснащенных 3-мя и 5-тью сеточными катодами, соответственно, для обнаружения ВОУ В устройстве в импульсном режиме с длительностью импульса 50-100 мкс и частотой повторения импульса 100 Гц при напряжении 51 кВ при токе 7,3 А удалось достигнуть скорости генерации

о

нейтронов в пересчете на постоянный режим 2 10 н/с.

Физический принцип детектирования укрытого ВОУ заключается в возбуждении за счет облучения ДМ потоком генерируемых ИЭУ нейтронов, что вызывает более интенсивное деление радиоактивного материала. Наличие ДМ может быть установлено, во-первых, по характеристическому жесткому у-излучению, возникающему за счет возникновения при делении возбужденных ядер, во-вторых, на основе анализа так называемого «нейтронного шума», так как в случае генерации дополнительных вторичных нейтронов характеристически изменяется дисперсия сигнала, в-третьих, прямым детектированием высокоэнергичных вторичных нейтронов путем выделения этого сигнала из генерируемого ИЭУ потока.

Следующим направлением использования ИЭУ, имеющим ближайшую перспективу использования, является создание материалов с различными физико-химическими характеристиками за счет поверхностной бомбардировки нейтронами и высокоэнергичными протонами различных веществ. Внешний вид такой ИЭУ, предложенной в работах [56, 57], показан на рис.4. Генерация высокоэнергичных нейтронов и протонов происходит в пространстве между вложенными цилиндрическими анодами, разделенными сеточным катодом. Помещая мишень для облучения во внутренний цилиндр можно добиться однородного облучения образца.

Рис. 4. Внешний вид ускорителя с двумя вложенными цилиндрическими анодами. К среднесрочной перспективе использования ИЭУ относится их применение в космических реактивных двигателях без осуществления реакций синтеза.

Рис.5. Схема реактивного двигателя на базе ИЭУ

Схема экспериментального макета реактивного двигателя на базе ИЭУ изображена на рис. 5.

Изучение ИЭУ обычно всегда фокусировалось на достижении эффективного протекания реакций синтеза для получения энергии. Тем не менее, после открытия реактивной моды ИЭУ, появилось еще одно возможное применение таких систем в сфере космических летательных аппаратов. Основной причиной, позволяющей рассматривать применение ИЭУ в разработке космических аппаратов, является: их конструкционная простота, характерное для этих устройств высокое соотношение реактивной тяги к весу, высокий приобретаемый удельный импульс, слабая эрозия конструкционных элементов рабочей зоны, доступность масштабирования, потенциально большая эффективность по сравнению с аналогами, например, с реактивными ионными двигателями на основе эффекта Холла [58].

Реактивный двигатель на базе ИЭУ является двух ступенчатым. На первой стадии происходит прямая ионизация натекающего газа. В разряде, инициируемом низкочастотной спиральной электромагнитной волной, распространяющейся вдоль магнитного поля, создается аксиально-симметричная нагреваемая излучением плазма. Применяется магнитное поле порядка нескольких Гс для диаметра камеры порядка нескольких см с рабочей частотой электромагнитного поля 13,56 МГц. Разряд, инициируемый низкочастотной спиральной электромагнитной волной, является источником ионов высокой плотности, которые инжектируются в ИЭУ, где реализуется вторая стадия процесса, которая обеспечивает непосредственное ускорение ионов и фокусирование плазмы в узкий пучок, вылетающий через реактивное сопло. Напряжение в ИЭУ варьируется в интервале порядка кВ. Исследования показали, что если одно из отверстий сетки ИЭУ увеличить по сравнению с другими, сферическая симметрия потенциала нарушается, что приводит к возникновению интенсивного, зарядово-нейтрализованного пучка ионов, утекающего из центральной области. Организация управляемого электростатическим способом канала утечки в дальнейшем обеспечивает выведение указанного ионного пучка из устройства, что создает реактивную тягу.

Операционный режим в предложенной двухступенчатой конфигурации имеет много преимуществ. Разряд, инициируемый низкочастотной спиральной электромагнитной волной, позволяет обеспечить необходимые для высокой

реактивной тяги сильные токи с центрированным пикообразным профилем плотности ионов, идеально подходящие для инжекции в сферическую потенциальную яму ИЭУ. Разряд, инициируемый низкочастотной спиральной электромагнитной волной, также обеспечивает низкую энергетическую цену ионов и степень ионизации порядка единицы, что позволяет реализовать высокую эффективность реактивной тяги. Вторая ступень реактивного двигателя на базе ИЭУ предоставляет свои конструкционные преимущества. Посредством контроля центральной сетки, управлением сеточными потенциалами и подбором подходящего рабочего газа можно добиться соответствия удельного приобретаемого импульса параметрам, предусмотренным полетным заданием.

Высокое значение отношения реактивной тяги к весу устройства связано с возможностью избавиться от массивной вакуумной камеры при работе в космосе. Для формирования ускоряющих ионы потенциальных поверхностей нужно всего лишь несколько легковесных металлических сеток. Так как устройство электростатическое, инжекция плазмы таким реактивным двигателем является простой задачей в сравнении с устройствами, основанными на магнитных соплах. В нем также не нужна дополнительная нейтрализация, обычно снижающая общую эффективность устройства, так как инжектируемый ИЭУ плазменный пучок сам по себе электрически нейтрален. Диаметр сопла реактивного двигателя может быть сделан малым, что минимизирует утечку рабочего вещества из-за потери нейтральных атомов. Асимметрия сеток позволяет осуществить посредством их поворота изменение реактивной тяги в нужных направлениях.

Еще одно возможное, но имеющее очень далекую перспективу направление использования ИЭУ - разработка термоядерных реактивных двигателей (ТЯРД). Преимущества ИЭУ для космических аппаратов заключаются в том, что конструкция ИЭУ не нуждается в сильных магнитных полях, а значит, и в тяжелых системах магнитных катушек.

-5

В ИЭУ возможно использование не только реакций: В + В = Не + п + 3,3 МэВ, В + В = Т + р + 4 МэВ, В + Т = Не4 + п + 17,6 МэВ, В + Не3 = Не4 + р + 18,3 МэВ, но и экологически чистых (безнейтронных) реакций: р + В11 =3Не4 + 8,7 МэВ, Не3 + Не3

= Не4 + 2р + 12,8 МэВ.

Топливные пары D-T и D-He3 энергоемки, но и Т, и Не3 дефицитны на Земле. Т

-5

получается при облучении лития нейтронами, а Не образуется при Р-распаде Т.

-5

Доступные количества Т и Не намного меньше, чем требуется промышленным реакторам, но в случае, например, Луны имеются значительные запасы Не в лунной пыли [59, 60].

Реакцию В + Не3 = Не4 + р + 18,3 МэВ, часто называют чистой, так как все ее продукты - заряженные частицы, которые можно удержать магнитным, или электрическим полем, но, тем не менее, она не является вполне чистой, ведь в смеси

3 3

D и Не всегда будет определенное число побочных реакций: В + В = Не + п + 3,3 МэВ и В + В = Т + р + 4 МэВ, дающих нейтроны. Действительно чистой является

-5 -5 Л

более «тугоплавкая» реакция: Не + Не = Не + 2р + 12,8 МэВ.

Первые ТЯРД, по всей видимости, будут использовать топливную пару D-Т, температура зажигания которой 10 кэВ и минимальное соотношение для критерия

20 3

Лоусона Ш=10 м- с, которая к тому же дает вполне достойный энергетический выход. Если поглощать половину сферически-симметрично разлетающихся нейтронов, они дадут тягу 20-30% от генерируемой мощности, остальная энергия может быть использована для генерации электричества. Поглощаемые нейтроны также можно использовать, например, в подкритическом ядерном реакторе деления (ПКЯР), что поможет замкнуть цикл по энергии, при этом можно ожидать дополнительного энергетического выхода порядка 100 МэВ на один термоядерный нейтрон. Указанное применение ИЭУ, также как выход на режимы с коэффициентом умножения мощности Q>1, или, хотя бы на режимы с Q~1, позволяющим использовать ИЭУ в качестве драйверов для ПКЯР, относятся к долгосрочной перспективе их использования.

В своей докторской диссертации Т. Райдер [61] провел теоретическое исследование неравновесных плазменных систем с реакциями синтеза. Оценив времена переноса энергии между немаксвелловскими пакетами ионов, электронов и плазмой, а также характерные времена энергетических потерь на тормозное излучение, он пришел к выводу, что излучаемая по различным каналам ИЭУ энергия

практически всегда больше, чем энергия, генерируемая в результате протекания реакций синтеза. Так как соотношение генерируемой и излучаемой энергии зависит от соотношения масс ионов, вступающих в реакции синтеза, то был сделан вывод, что топливные пары D-T и D-D могут в принципе обеспечить промышленное получение энергии синтеза, а все остальные реакции, пускай более перспективные с точки зрения радиационной безопасности, не могут.

Вопрос приоритета применения ИЭУ для целей осуществления ядерных реакций и прямого преобразования энергии указанных ядерных реакций в электрическую энергию до настоящего момента является предметом дискуссий.

В СССР указанные предложения были впервые сформулированы О.А.Лаврентьевым, в записке, отправленной в ЦК ВКП(б) 29.07.1950 [62]. В ней в качестве перспективных с точки зрения ядерного синтеза реакций для термоядерной бомбы О.А.Лаврентьев предложил реакции: p + Li7 = 2He4 + 17,2 МэВ и D + Li6 = 2He4 + 22,4 МэВ на основе, так называемого, метода «свободного соударения ядер». Именно это предложение вызвало у политического руководства проекта (имевшего в распоряжении сходные разведывательные данные по американскому ядерному проекту) интерес к персоне начинающего ученого, что позволило О.А.Лаврентьеву поступить в МГУ и начать научную карьеру.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кузнецов, Александр Юрьевич, 2017 год

Литература

1. Быковский Ю.А., Цыбин А.С., Шиканов А.Е., Кузнецов А.Ю. Эмиссия нейтронов в низкоэнергетических системах // Вестник МАН ВШ. № 1(7). 1999. С. 149-176

2. Цыбин А.С., Кузнецов А.Ю., Шиканов А.Е. Получение больших токов и высоких темпов ускорения ионов дейтерия в компактных разрядных системах с лазерно-плазменными сгустками // Материалы III Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные исследования в технических университетах». Санкт-Петербург. 1999. С. 91-92

3.Цыбин А.С., Кузнецов А.Ю., Шиканов А.Е. Среднепоточные плазменные источники ионов // XVI Совещание по использованию рассеяния нейтронов в исследованиях конденсированного состояния. Обнинск. 1999. С. 131

4. Ильинский А.В., Кузнецов А.Ю., Плешакова Р.П., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Исследование процесса извлечения водородных ионов из импульсных плазменных образований для генерации нейтронов // V Международный Симпозиум по радиационной плазмодинамике. Москва. НИЦ «Инженер». 2000. С. 187-188

5. Цыбин А.С., Кузнецов А.Ю., Шиканов А.Е., Ищейнов О.В. Плазменные и лазерно-плазменные источники ионных потоков: новые подходы // Сб. научных трудов Научная сессия МИФИ. Москва. 2001. Т. 4. С. 75-76

6. Цыбин А.С., Козловский К.И., Кузнецов А.Ю. Моделирование процесса увеличения тока дейтронов в динамических плазменных системах с инерционным удержанием // V Всероссийская конференция Фундаментальные исследования в технических университетах. С-Петербург. СПбГТУ 2001. С. 31-32

7. Ильинский А.В., Козловский К.И., Кузнецов А.Ю., Михайлов Л., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Алгоритмические аспекты диагностики нестационарных плазменных образований методом радиационной томографии // Международная конференция Моделирование динамических систем и исследование условий стабильности. Киев. 2001. С. 172

8. Tsybin A.S., Kuznetsov A.Yu., Kozlovsky K.I., Shikanov A.E. New Approaches in Plasma Neutron Sources // International Conference on Neutron Scattering. München. 2001. С. 164

9. Tsybin A.S., Shikanov A.E., Kuznetsov A.Yu., Ilinsky A.V. Diagnostics of Small-size

Plasma Systems, International Conference on Neutron Scattering // International Conference on Neutron Scattering. Munchen. 2001. С. 98

10. Цыбин А.С., Кузнецов А.Ю., Шиканов А.Е. Модель высоковольтного разряда в системе с цилиндрическим полым катодом и инерционным удержанием ионов // VI Всероссийской конференции Фундаментальные исследования в технических университетах. 2002. С-Петербург. СПбГТУ С. 140-141

11. Кузнецов А.Ю., Ищейнов О.В., Козловский К.И., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Простые газоразрядные системы с генерацией нейтронов на плазменной мишени // Сб. научных трудов Научная сессия МИФИ. Москва. Т. 4. 2002. С. 91-92

12. Kuznetsov A.Yu., Shikanov A.E., Tsybin A.S. A method for accurate measuring of yield parameters for neutron generators having complex targets // Radiation Physics and Chemistry. 2002. Т. 64. С. 257-260

13. Tsybin A.S., Kuznetsov A.Yu., Kozlovsky K.I., Shikanov A.E. New Approaches in Plasma Neutron Sources // Applied Physics A. 2002. Т. 174. С. 36-39

14. Кузнецов А.Ю., Козловский К.И., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Исследование процессов оптимизации ускорения и взаимодействия частиц в неоднородной низкотемпературной плазме // Отчет о результатах НИР по научной программе Университеты России Министерства образования Российской Федерации. Москва. МИФИ. 2002.

15. Кузнецов А.Ю., Козловский К.И., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Моделирование процесса генерации нейтронов в устройствах с осцилляцией ускоренных дейтронов // Сб. научных трудов Научная сессия МИФИ. Москва. 2003. Т. 4. С. 62-63

16. Цыбин А.С., Кузнецов А.Ю., Шиканов А.Е. Моделирование процесса генерацией нейтронов в устройствах с осцилляцией дейтронов // VII Всероссийская конференция Фундаментальные исследования в технических университетах. С-Петербург. СПбГТУ 2003. С. 62-63

17. Цыбин А.С., Козловский К.И., Кузнецов А.Ю., Шиканов А.Е. Ускоритель лазерной плазмы для радиационно-физических исследований и технологий // XII International Conference on Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials. Томск. 2003. С. 511-514

18. Кузнецов А.Ю., Цыбин А.С. Возможности IEC-систем с дополнительным

разогревом плазмы // Сб. научных трудов Научная сессия МИФИ. Москва. 2004. Т. 4. С.101-102

19. Кузнецов А.Ю., Цыбин А.С., Козловский К.И. Генерация нейтронов в компактных системах с инерционно-электростатическим удержанием дейтронов // Международная научно-техническая конференция Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе. Москва. ВНИИА. 2004. С. 87-88

20. Ищеинов О.В., Козловский К.И., Кузнецов А.Ю., Цыбин А.С., Громов Е.В., Ильинский А.В., Шиканов А.Е., Михайлов Л.В. Генерация нейтронов в малогабаритных нестационарных плазменных системах: новые подходы и возможности // Сб. Современная ядерная геофизика при поисках, разведке и разработке нефтегазовых месторождений. Москва. ВНИИгеосистем. 2004. С. 365376

21. Кузнецов А.Ю., Цыбин А.С., Козловский К.И. Материалы Международной научно-технической конференции Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе. Москва. ВНИИА. 2005. С. 184-190

22. Цыбин А.С., Кузнецов А.Ю., Шиканов А.Е. О спектре ускоренных дейтронов и выходе нейтронов в плазменных IEC-системах цилиндрической геометрии // Сб. научных трудов Научная сессия МИФИ. Москва. 2005. Т. 4. С. 82-83

23. Цыбин А.С., Кузнецов А.Ю. Особенности разряда с полым катодом в высоковольтных IEC-устройствах // Сб. научных трудов Научная сессия МИФИ. Москва. 2007. Т. 4. С. 103-105

24. Kuznetsov A.Y, Tsybin A.S., Shikanov A.E. Model of Forming Deuteron Fluxes and Neutron Generation in an Axial Plasma Diode with Inertial Ion Confinement // Russian Physics Journal. 2010. Т. 53. № 4. С. 381-388.

25. Цыбин А.С., Шиканов А.Е., Кузнецов А.Ю. Исследование физических процессов в плазменных системах с инерционным удержанием ионов // Отчет о выполнении этапа 1 НИР по проекту № 2.1.1/4944 Аналитической ведомственной целевой программы Минобрнауки Российской Федерации. Москва. НИЯУ МИФИ. 2009.

26. Кузнецов А.Ю., Козловский К.И., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Исследование азимутально-симметричного плазменного ионного диода с осциллирующими дейтронами для генерации нейтронов // Доклады АН ВШ РФ. 2010. № 2(11). С. 105154

27. Кузнецов А.Ю., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Модель формирования дейтронных потоков и генерации нейтронов в плазменном аксиальном диоде с инерциальным удержанием ионов // Известия ВУЗов. Физика. 2010. Т. 53. № 4 С. 50-56

28. Цыбин А.С., Шиканов А.Е., Кузнецов А.Ю. Исследование физических процессов в плазменных системах с инерционным удержанием ионов // Отчет о выполнении этапа 2 НИР по проекту № 2.1.1/4944 Аналитической ведомственной целевой программы Минобрнауки Российской Федерации. Москва. НИЯУ МИФИ. 2010.

29. Вовченко Е.Д., Козловский К.И., Кузнецов А.Ю., Николаева А.С., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Расчет полей и динамики в плазменном диоде с инерциальным электростатическим удержанием ионов и внешним цилиндрическим анодом // Сб. научных трудов Научная сессия НИЯУ МИФИ. Москва. 2010. Т. 1. С. 67-68

30. Кузнецов А.Ю., Николаева А.С., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Расчет полей и динамики в квадрупольном плазменном диоде с инерциальным удержанием ионов и внешним цилиндрическим анодом // Сб. научных трудов Научная сессия НИЯУ МИФИ. Москва. Т. 1. 2010. С. 64

31. Кузнецов А.Ю., Самарин А.В., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Установка для генерации нейтронов в плазме высоковольтного микросекундного разряда с полым катодом // Сб. научных трудов Научная сессия НИЯУ МИФИ. Москва. 2010. Т. 1, С. 73

32. Вовченко Е.Д., Козловский К.И., Кузнецов А.Ю., Самарин А.В., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Плазменная разрядная система с полым катодом и инерционно-электростатическим удержанием ионов // Сб. научных трудов Научная сессия НИЯУ МИФИ. Москва. 2010. Т. 1, С. 71-72

33. Кузнецов А.Ю., Козловский К.И., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Исследование азимутально-симметричного плазменного ионного диода с осциллирующими дейтронами для генерации нейтронов // Доклады АН ВШ РФ. 2011. № 1(16). С. 105116

34. Козловский К.И., Кузнецов А.Ю., Пономарев Д.Д., Цыбин А.С. Экспериментальное исследование коаксиального плазменного диода с прозрачным катодом для генерации нейтронов // XVIII научно-техническая конференция

«Вакуумная наука и техника». 2011. С. 433

35. Козловский К.И., Кузнецов А.Ю., Пономарев Д.Д., Цыбин А.С., Хасая Д.Р. Экспериментальное исследование коаксиального диода с осциллирующими дейтронами для генерации нейтронов // Атомная энергия. 2012. Т. 112, № 4. С. 243245

36. Вовченко Е.Д., Кузнецов А.Ю., Хасая Д.Р., Пономарев Д.Д., Цыбин А.С., Шатохин В.Л., Шиканов А.Е. Экспериментальное исследование генерации импульсных нейтронных потоков в коаксиальном диоде с осциллирующими дейтронами // Сб. научных трудов Научная сессия НИЯУ МИФИ. Москва. 2012. Т. 1. С. 79

37. Цыбин А.С., Шиканов А.Е., Кузнецов А.Ю. Исследование плазменных диодов как эффективных систем генерации потоков заряженных частиц и проникающего излучения // Отчет о выполнении этапа 1 НИР по проекту № 2.6308.2011 Аналитической ведомственной целевой программы Развитие научного потенциала высшей школы (2012-2014 годы) Минобрнауки Российской Федерации. Москва. НИЯУ МИФИ. 2012.

38. Вовченко Е.Д., Цыбин А.С., Шатохин В.Л., Шиканов А.Е., Кузнецов А.Ю. Генерация нейтронов в малогабаритном плазменном диоде с осциллирующими дейтронами // Международная научно-техническая конференция Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе. Москва. ВНИИА. 2012. С. 106-111

39. Цыбин А.С., Шиканов А.Е., Кузнецов А.Ю. Исследование плазменных диодов как эффективных систем генерации потоков заряженных частиц и проникающего излучения // Отчет о выполнении этапа 2 НИР по проекту № 2.6308.2011 Аналитической ведомственной целевой программы Развитие научного потенциала высшей школы (2012-2014 годы) Минобрнауки Российской Федерации. Москва. НИЯУ МИФИ. 2013.

40. Вовченко Е.Д., Козловский К.И., Кузнецов А.Ю., Пономарев Д.Д., Шведова Т.А., Шиканов А.Е. Импульсный генератор нейтронов // Патент на полезную модель № 132240 РФ: МПК G21G4/02; НИЯУ МИФИ - № 2013117284/07; заяв. 16.04.13; публ. 10.09.13, Бюл. № 25 - 3 с. : ил

41. Бердоносова Н.А., Вовченко Е.Д., Гулин М.А., Козловский К.И., Пономарев Д.Д.,

Шиканов А.Е. Ионный диод для генерации нейтронов // Патент на полезную модель № 135216 РФ: МПК H05H3/06; НИЯУ МИФИ - № 2013127722/07; заяв. 18.06.13; публ. 27.11.13, Бюл. № 13 - 3 с. : ил

42. Замятнин В.Ю., Козловский К.И., Самарин А.В., Цыбин А.С., Хасая Д.Р., Шиканов А.Е. Ионный диод для генерации нейтронов // Патент на изобретение № 2461151 РФ: МПК H05H3/06; НИЯУ МИФИ - № 2013127722/07; заяв. 01.25.11; публ. 10.09.12, Бюл. № 25 - 3 с. : ил

43. Kulcinski G. Near Term Commercial Opportunities from Long Range Fusion Researches // Twelfth Topical Meeting on the Technology of Fusion Power. (Reno. NV. 16-20 June 1996). URL: http://iec.neep.wisc.edu/publications.php

44. Santarius J., Emmeret G., Kulcinski G., Bonomo R., Alderson E., Becerra G., Garrison L., Hall K., McEvoy A., Michalak M., Schuff C. Overview of University of Wisconsin Inertial-Electrostatic Confinement (IEC) Research // APS Division of Plasma Physics Meeting (Providence. Rhode Island. October 28 - November 2 2012). URL: fti.neep.wisc.edu>presentations/j fs_aps 1012.pdf

45 Miley G., Sved J. The IEC Star-Mode Fusion Neutron Source for NAA: Status and Next-Step Designs // Applied Radiation and Isotopes. 2000. Т. 53. № 4-5. С. 779

46. Santarius J. Overview of University of Wisconsin Fusion Technology Institute Inertial Electrostatic Confinement (IEC) and Other Researches // Fusion Technology Institute. Engineering Physics Department. Plasma Seminar. (February 18 2013). URL: http: //fti .neep.wisc.edu/presentations/j fs_uw0213. pdf

-5

47. Cipiti B., Kulcinski G. Embedded D- He Fusion Reaction & Medical Isotope Production in an Inertial Electrostatic Confinement Device // Fusion Science & Technology. 2003. Т. 44. С. 554

1 ^

48. Weidner J. The Production of 13N from Inertial Electrostatic Confinement Fusion // UW. 2003. MD Thesis. URL: http://fti.neep.wisc.edu/pdf/fdm1210.pdf

49. Kulcinski G., Weidner J., Cipiti B., Ashley R., Santarius J., Murali S., Piefer G., Radel R. Alternate Application of Fusion Production of Radioisotopes // Fusion Science & Technology. 2003. Т. 44. С.559

50. Yamauchi K., Ohura S., Tashiro A., Watanabe M., Okino A., Kohno T., Hotta E., Yuura M. Improvement of Proton Source Based on Cylindrical Inertial Electrostatic

Confinement Fusion with Ion Source // National Institute of Fusion Science. (NIFS-Proc) 2005. T. 61. C. 99-104. URL: http://www.nifs.ac.jp/report/nifsproc.html

51. Webmeyer A. The Detection of Explosives Using an inertial Electrostatic Confinement D-D Fusion Device // UW. 2005. MD Thesis. URL: http: //fti .neep.wisc.edu/pdf/fdm1278.pdf

52. Radell R., Kulcinski G., Ashley K., Santarius J,, Piefer G., Boris D., Egle B., Seyfert C., Zenobia S., Alderson E., Donovan D. Detection of HEU using a Pulsed D-D Fusion Source // 17th ANS Topical Meeting on Fusion Energy. (Albuquerque. NM. 13-15 November 2006). URL: http://fti.neep.wisc.edu/presentations/ross_pulsed_tofe06.pdf

53. Radell R. Detection of Highly Enriched Uranium and Tungsten Surface Damage Studies Using a Pulsed Inertial Electrostatic Confinement Fusion Device // UW. 2007. PHD Thesis. URL: http://fti.neep.wisc.edu/pdf/fdm1325.pdf

54. Yamagaki Y., Masuda K., Hashimoto G., Kamiya Y., Nagasaki K. Experimental Results from an IEC Device Employing a 5-Stage High Voltage Feedthrough // 13-th US-Japan Workshop of IECF. (Kyoto. Japan. December 8 2011). URL: http: //www. physics.usyd.edu.au/~khachan/IEC2011 /Presentations/Yamagaki. pdf

55. Masuda K., Misawa T., Takahashi Y, Yagi T., Hashimoto G., Kajiwara T. Active Interrogation of Special Nuclear Materials by Use of IEC Fusion Neutron Source // 14-th US-Japan Workshop, UM, October 15-16, 2012. URL: http: //iec. neep.wisc.edu/usj apan/16th_US -Japan/presentationlist.htm

56. Hotta E., Takakura K., Wantapon N., Tomiyasu K., Yamamuchi K., Watanabe M. Overview of Current & Past Research in TiTech // 13-th US-Japan Workshop on IEC Fusion. (Sydney. Australia. December 7-9 2011). URL: http: //www. physics.usyd.edu.au/~khachan/IEC2011 /Presentations/Hotta.pdf

57. Hotta E., Wantapon N., Najo K., Imaji H., Watanabe M. Overview of IEC Research at Tokyo Tech // 15-th US-Japan Workshop on IEC Fusion. (Kyoto. Japan. October 7-9 2013). URL: http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/beam/iec2013/presentation/1-2.pdf

58. Miley G.H., Momota H., Wu L., Reilly M.P., Teofilo V.L., Burton R., Dell R., Dell D., Hargus W.A. IEC Thrusters for Space Probe Applications and Propulsion // AIP Conference Proceedings, March 16, 2009, 1103, p. 164-174.

59. Kulcincki G.L. Nuclear Power Without Radioactive Waste // The 2-nd Annual Lunar

Development Conference «Return to the Moon II». (Las Vegas. NV. 20-21 July 2000) URL: http://icf4.neep.wisc.edu/presentations/glk_lasvegas.pdf

60. Schmitt H.H. Business Approach to Lunar Base Activation // Space Technology and Applications International Forum «STAIF-2003». (Albuquerque. NM. February 2-5 2003) URL: http: //fti.neep.wisc.edu/pdf/fdm 1191.pdf

61. Rider T. H. A General Critique of Inertial-electrostatic Confinement Fusion Systems // Physics of Plasmas. 1995. Т. 6. № 2. С. 1853-1872

62. Лаврентьев О. А. Об утилизации ядерных реакций между легкими элементами // Архив Президента РФ. 1950. Ф. 93. дело 30/51. 1 - л. С. 73-83, 2 - л. С. 88-94, открытая публикация: УФН. 2001. № 171. С. 905—907

63. Лаврентьев О.А. Электростатические и электромагнитные ловушки высокотемпературной плазмы // Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.08 «Физика и химия плазмы». 2003. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт. Харьков

64. Лаврентьев O.A. К вопросу об электростатическом удержании плазмы // УФЖ. 1963. Т. 8. № 4. С. 440-445

65. Лаврентьев О.А. К вопросу об отражении плазмы слоем магнитного поля // УФЖ. 1963. Т. 8. № 4. С. 446-451

66. Лаврентьев О.А., Вдовин С.А., Германова С.В., Шевчук Б.А. Источники термоядерных ионов // Problems of Atomic Science and Technology. 2011. №3. Серия: Nuclear Physics Investigations. С. 104-109.

67. Hirsch R.L. Inertial Electrostatic Confinement of Ionized Fusion Gases // Journal of Applied Physics. 1967. Т. 38. № 11. С. 4522-4534

68. Watson W.C., Elmore J.l., Tuck K.M. On the Inertial-Electrostatic Confinement of a Plasma // The Physics of Fluids. 1959. Т. 2. № 3. С. 239-246

69. Лаврентьев O.A. Сидоркин В.А. Гончаренко В.П., Азовский Ю.С., Вдовин С.А. Исследование многощелевой электромагнитной ловушки // УФЖ. 1974. Т. 19. № 8. С. 1277-1280

70. Bussard R.W. // Fusion Technology. 1991. Т. 19. С. 273

71. Park J., Nebel R.A., et al.. Experimental studies of electrostatic confinement on the

INS-e device // Physics of Plasmas. 2003. T. 10. C. 3841

72. Miley G.H., Nadler J., et al. An Inertial Electrostatic Confinement Neutron/Proton Source // 3-d International Conference on Dense Z Pinches. AIP Conference Proceedings. 1994. C. 675-689

73. AneKcaHgpoBHH 3.-E B., COKOBHOHH B.A. // nT3, 1961, T.5, C. 7-25

74. Nebel R.A., Barnes D.C. The periodically oscillating plasma sphere // Fusion Technology. 1998. T. 38. C. 28

75. Park J., Nebel R.A., Rellergert J.W.G., Sekora M.D. Experimental studies of electrostatic confinement on the INS-e device // Physics of Plasmas. 2003. T. 10. C. 3841

76. Miley G.H., Javedani J., Nebel R., Nadler J., Gu Y., Satsangi A., Heck P. An Inertial Electrostatic Confinement Neutron/Proton Source. // 3rd Int. Conf. on Dense Z-pinches AIP Conference Proceedings. AIP Press. New York. 1994. T. 299. C. 675-689

77. Miley G.H., Gu Y., DeMora J.M., Stubbers R. A., Hochberg T.A., Nadler J.H., Anderl R.A. Discharge Characteristics of the Spherical Inertial Electrostatic Confinement (IEC) Device // IEEE Transactions on Plasma Science. 1997. T. 25. № 4. C. 733

78. Nadler J.H., Miley G.H., Coventry M., Williams M., Jurcryk B., Stubbers R. High Current Pulsed Operation of an Inertial Electrostatic Confinement (IEC) Device // IEEE Transactions of Plasma Science. 2009. C. 209-212

79. Sorebo J.H., Kulcinski G.L., Radel R.F., Santarius J.F. Special Nuclear Materials Detection Using Inertial Electrostatic Fusion Pulsed Neutron Source // Fusion Science and Technology. 2009. T. 56. C. 540

80. Kulcinski G.L., Santarius J.F., Emmert G.A., Bonomo R.L., Alderson E.C., Becerra G.E., Boris D.R., Campbell L., Donovan D.C., Egle B.J., Garrison L.M., Michalak M.K., Schuff C.M., Zenobia S.J. Progress in Understanding the Performance of IEC Devices at the University of Wisconsin // 11-th U.S.-Japan Workshop on IEC Fusion. 2009. Madison. WI. URL: http://fti.neep.wisc.edu/iec2009/talks/120ct0910jerrykul.pdf

81. Santarius J.F., Kulcinski G.L., Ashley R.P., Boris D.R., Cipiti B.B., Murali S.K., Piefer G.R., Radel R.F., Uchytil T.E., Wehmeyer A.L. Overview of University of Wisconsin Inertial-Electrostatic Confinement Fusion Research // Fusion Science and Technology. 2005. T. 47. № 4. C. 1238-1244. URL: http://fti.neep.wisc.edu/pdf/fdm1254.pdf

82. Becerra G., Donovan D., Santarius J., Kulcinski G. Improved Inertial Electrostatic

Confinement Device for 3He-3He Fusion //19-th ANS Topical Meeting on Fusion Energy, 2010, Las Vegas NV. URL: http://fti.neep.wisc.edu/presentations/becerra_tofe2010.pdf

83. Yoshikawa K., Takiyamab K., Yamamotoa Y, Masudaa K., Tokua H., Koyamaa T., Taruyaa K., Hashimotoa H., Ohnishic M., Horiiked H., Inouea N. Current Status of IEC (Inertial Electrostatic Confinement) Fusion Neutron/Proton Source Study // Kyoto University, Jan., 2000

84. Yamamoto Y., Kusaba R., Shirouzu T., Inoue N., Effects of Electrode Shape on Fusion Reaction Rate in a Cylindrical Electrostatic Confinement Device // Fusion Technology. 2001. T. 39. C. 557-561

85. Osawa H., Miyagi A., Tanaka R., Kiritani J., Sadahiro T., Tabata T., Ohnishi M. Effects of Cathode Structure on Neutron Production in IEC Device Faculty of Engineering // 2003. Department of Electrical Engineering. Kansai University

86. Osawa H., Makino K., Kawahira Y., Aoki C., Ohnishi M. The Parallel Running of Multiple IECF Devices // 16th US-Japan Workshop on Fusion Neutron Sources for Nuclear Assay and Alternate Applications, Madison, Wisconsin, 1st. Oct., 2014 URL: http : //iec. neep.wisc.edu/usj apan/16th_US -Japan/Wed_PM/

87. Miley G., Gu Y., DeMora J., Ohnishi M. Accelerator plasma-target-based fusion neutron source // Fusion Engineering and Design. 1998. T. 41. C. 461-467

88. Miley G.H., Sved J. // The IEC A Plasma-Target-Based Neutron Source // Applied Radiation Isotopes. 1997. T. 48. № 10-12. C. 1557-1561

89. Ashley R., Kulcinski G., Santarius J., etc. Recent Progress in Steady State Fusion Using D-3He // Fusion Science and Technology. 2003. T. 44. C. 564

90. Nadler J., Miley G.H., Coventry M., Williams M., Jurcryk B., Stubbers R. High Current Pulsed Operation of an IEC Device // IEEE Transactions of Plasma Science. 2009. C. 209-212

91. Sorebo J., Kulcinski G., etc. Special Nuclear Materials Detection Using Inertial Electrostatic Fusion Pulsed Neutron Source // Fusion Science and Technology. 2009. T. 56. C. 540

92. Barnes D.C. Penning Traps as Neutron Sources// 16th US-Japan Workshop on Fusion Neutron Sources for Nuclear Assay and Alternate Applications, Madison, Wisconsin, 1st. Oct., 2014 URL: http://iec.neep.wisc.edu/usjapan/16th_US-Japan/Wed_PM/

93. Syring C., Herdrichy G. Experimental Discharge Characterization and Scaling of IEC Plasma Devices // The 33rd International Electric Propulsion Conference, The George Washington University, Washington, D.C., USA. October 6, 2013 URL: http://iepc2013.org/get?id=289

94. Hideaki M., Yasuyuki N., Kazuhiko K. Potential Structure and Radial Profile of NPR in Spherical IEC Plasmas // J. Plasma Fusion Res. 2001. Т.4. С. 289-292

95. Райзер Ю.П. Физика газового заряда. Москва. Наука. 1987

96. Москалев Б.И. Разряд с полым катодом. Москва. Энергия. 1969

97. Метель А.С. Расширение рабочего диапазона давлений тлеющего разряда с полым катодом // ЖТФ. 1984. Т. 54. № 2. С. 241-247

98. Петренко А.В. Влияние длины полого катода на спектр излучения газового разряда в гелии // Курсовая работа по атомному практикуму. Новосибирск. Физфак НГУ. 2000

99. Kurilenkov Yu.K., Tarakanov V.P., Skowronek M. Инерционное электростатическое удержание и DD синтез на основе межэлектродной плазмы наносекундного вакуумного разряда // Proc. of XXXV International Conference on plasma physics and CTNS. Zvenigorod. Moscow region. (11 - 15 February. 2008.) URL: http: //www. fpl. gpi. ru/Zvenigorod/XXXV/It/ru/GT-Kurilenkov. doc

100. Колечицкий Е.С. Расчет электрических полей устройств высокого напряжения. Москва. Энергоатомиздат. 1983.168 с.

101. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. Москва. ГИТТЛ. 1957. 532 с.

102. Боголюбов Е.П., Васин В.С., Хасаев Т.О. и др. Нейтронные генераторы ВНИИА на газонаполненных нейтронных трубках и их применение // Сб. материалов Международной научно-технической конференции Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе. Москва. ВНИИА. 2005. С. 77-83

103. Справочник по специальным функциям под редакцией Абрамовича М., Стриган И. Москва. Наука. 1979. 960 с.

104. Кучинский Г.С. Техника высоких напряжений. Учебное пособие для вузов. Санкт-Петербург. Издательство ПЭИПК. 1998. 700 с.

105. Животов В.К., Русанов В.Д., Фридман А.А. Диагностика неравновесной

химически активной плазмы. Москва. Энергоатомиздат, 1985. 216 с.

106. Очкин В.М. Спектроскопия низкотемпературной плазмы. Москва. ФИЗМАТЛИТ. 2006. 472 с.

107. Колесников В.Н. Спектроскопическая диагностика плазмы. Москва. МИФИ. 2007. 220 с.

108. Энциклопедия низкотемпературной плазмы под ред. Фортова В.Е. Т. IV. Москва. Наука. 2000. 275 с.

109. Брагин В.Е., Быканов А.Н. Лабораторная работа по курсу: Физические методы исследования. Измерение вращательной. Колебательной температур в газовом разряде по спектру молекулы азота. Москва. МФТИ. 1997.

110. Loftus A., Krupenie P.H. The Spectrum of Molecular Nitrogen // Journal of Physics and Chemistry Reference Data. 1977. Т. 6. № 1

111. Пирс П., Гейдон А. Отождествление молекулярных спектров. Москва. Издательство иностранной литературы. 1949.

112. Зайдель А.Н., Прокофьев В.К., Райский С.М., Шрейдер Е.Я. Таблицы спектральных линий. Москва. Наука. 1962.

113. Atomic Spectra Database Lines Form, National Institute of Standards and Technology (NIST), URL: http://physics.nist.gov

114. Ивченко В.А., Захаров В.П., Тимченко П.Е. Исследование пространственных характеристик незавершённого поверхностного разряда в воздухе атмосферного давления // Успехи физики. 2009. Т. 11. С..18-24

115. Лебедев Ю.А., Соломахин П.В., Шахатов В.А. Электродный микроволновый разряд в азоте: структура и газовая температура // Физика плазмы. 2007. Т. 33. № 2. С.180-190

116. Кузьменко Н.Е., Кузнецова Л.А., Кузяков Ю.Я. Факторы Франка-Кондона двухатомных молекул. Москва. Издательство Московского университета. 1984. 344 с.

117. Zare R.N., Larson E.O., Berg R.A. Franc-Condon factors for electric band system of molecular nitrogen // Molecular Spectra. 1965. Т. 15. С. 117-139

118. Рентгеновские лучи под ред. Блохина М.А. Москва. Издательство иностранной литературы. 1960

119. Пресняков Л.П., Шевелько В.П., Янев Р.К. Элементарные процессы с участием многозарядных ионов. Москва. Энергоатомиздат. 1986

120. Боровский И.Б. Физические основы рентгеноспектральных исследований. Москва. Издательство МГУ. 1956

121. Вайнштейн Л.А., Сафронова У.И., Урнов А.М. Диэлектронные сателлиты резонансных линий многозарядных ионов // Труды ФИАН. 1980. Т. 119. С. 13-43

122. Виноградов А.В., Собельман И.И., Юков А. О спектроскопических методах диагностики сверхплотной горячей плазмы // Квантовая электроника. 1974. Т. 1 (2). С. 268-278

123. Пресняков Л.П. Рентгеновская спектроскопия высокотемпературной плазмы // УФН. 1976. Т. 119. С. 49-74

124. Бойко В.А., Виноградов А.В., Пикуз С.А. и др. Рентгеновская спектроскопия лазерной плазмы // Итоги науки и техники: Радиотехника. Москва. ВИНИТИ. 1980. Т. 27

125. Басов Н.Г., Захаренков Ю.А., Рупасов А.А., Склизков Г.В., Шиканов А.С. Диагностика плотной плазмы под ред. Басова Н.Г. Гл. 5. Москва. Наука. 1989.

126. Вайнштейн Л.А., Шевелько В.П. Структура и характеристики ионов в горячей плазме. Москва. Наука. 1986.

127. Ляпидевский В.К. Экспериментальные методы ядерной физики. Сборник статей под ред. Колобашкина В.М., № 4. Москва. Атомиздат. 1978. С. 70-90

128. Van Passen H.L.L., Vandre R.H., White R.S. // Phys. Fluids. 1970. Т. 13. С. 2606

129. Аверин М.С., Байков А.Ю., Башутин О.А. и др. Оценки электронной температуры плазмы микропинчевого разряда по ослаблению потока рентгеновского излуче-ния в фотоэмульсии // ПТЭ. 2006. №2. С. 128-132

130. Kornblum H.N., Slivinsky U.W. // Rev. Science Instruments. 1978. Т. 49. С. 1204

131. Ганеев А.С., Запысов А.Л., Израилев И.М. и др. // ПТЭ. 1982. Т. 3. С. 188-189

132.Adams F.P., Ng A., Gazit Y. // Rev. Science Instruments. 1987. Т. 58. № 6. С. 11301132

133.Пикуз С.А., Романова В.М., Шелковенко Т.А. и др. // Квантовая электроника. 1995. Т. 22. № 1. С. 21

134. Кириллов-Угрюмов М.В., Козловский К.И., Ляпидевский В.К., Прорвич В.А., Цыбин А. С. // ПТЭ. 1981. №2 С.. 71-73

135. Гулько В.М., Ключников А.А., Коломиец Н.Ф., Михайлов Л.В., Шиканов А.Е. Ионно-вакуумные приборы для генерации нейтронов в электронной технике. Киев. Техника. 1988. 136 с.

136. Беспалов Д.Ф., Козловский К.И., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. А.С. СССР №766048. Импульсная нейтронная трубка. 27.03.79

137. Быковский Ю.А., Козырев Ю.П., Козловский К.И., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Исследование ионного диода с лазерно-плазменным анодом // Физика плазмы. 1981. Т. 7,. № 5. С. 1024-1031

138. Добров Р.В., Пономарев Д.Д., Рыжков В.И., Сыромуков С.В., Шиканов А.Е. Расчет магнитных полей в ионных источниках Пеннинга // Вопросы атомной науки и техники. Ядерное приборостроение. 2011. Т. 1(28). С. 17-21

139. Быковский Ю.А., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Эффективное извлечение водородных ионов из высокоскоростных плазменных сгустков импульсным электрическим полем // Известия вузов. Физика. 1996. Т. 39. № 4. С. 65-74

140. Гулько В.М., Козловский К.И., Коломиец Н.Ф., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Подавление электронной проводимости коаксиального ионного диода импульсным магнитным полем спиральной линии // Известия вузов. Радиофизика. 1990. Т. 33. № 8. С. 965-969