Разработка и исследование эффективности ионных источников портативных генераторов нейтронов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.13, кандидат наук Степанов Дмитрий Сергеевич

• Степанов Дмитрий Сергеевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Степанов Дмитрий Сергеевич

Введение

Глава 1. СВЧ источник ионов на эффекте электронно-циклотронного резонанса портативного нейтронного генератора

1.1. Кинетическая модель развития СВЧ разряда с электронно-циклотронным резонансом в приближении максвелловской функции распределения

1.2. Анализ режимов работы ионного источника на базе СВЧ разряда с электронно-циклотронным резонансом

1.3. Кинетическая модель развития СВЧ разряда с электронно-циклотронным резонансом учитывающая временную эволюцию функции распределения энергии электронов

1.4. Анализ влияния условий электронно-циклотронного резонанса на функционирование СВЧ ионного источника

1.5. Заключение к главе

2.1. Создание математической модели Пеннинговского источника ионов с электронным эмиттером

2.2. Влияние формы, размеров, расположения и величины тока электронного эмиттера на параметры импульса извлекаемого ионного тока

2.3. Влияние амплитуды и фронта импульса анодного напряжения на параметры импульса извлекаемого ионного тока

2.3.1. Влияние амплитуды импульса анодного напряжения на параметры импульса извлекаемого ионного тока

2.3.2. Влияние длительности фронта импульса анодного напряжения на параметры импульса извлекаемого ионного тока

2.4. Влияние формы внутренней поверхности анода на параметры импульса извлекаемого ионного тока

2.5. Влияние распределения и величины магнитного поля на параметры импульса извлекаемого ионного тока

2.5.1. Влияние распределения магнитного поля на параметры импульса извлекаемого ионного тока

2.5.2. Влияние величины магнитного поля на параметры импульса извлекаемого ионного тока

2.6. Влияние давления молекулярного дейтерия на параметры импульса извлекаемого ионного тока

2.7. Заключение к Главе

Глава 3. Разработка и создание лазерно-плазменного ионного диода с

магнитной изоляцией электронов для генерации импульсных нейтронных потоков высокой интенсивности

3.1. Анализ литературы по лазерно-плазменным ионным диодам с магнитной изоляцией электронов для генерации импульсных нейтронных потоков

3.2. Разработка и изготовление лазерно-плазменного ионного диода с магнитной изоляцией вторичных электронов на постоянных магнитах.

3.3. Экспериментальная апробация лазерно-плазменного ионного

диода

3.3.1 Экспериментальная установка для исследования лазерно-плазменного ионного диода

3.3.2. Метод оценки степени магнитной изоляции

3.3.3. Результаты экспериментальной апробации лазерно-плазменном ионного диода с системой магнитной изоляции

3.3. Заключение к Главе

Список литературы

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование эффективности ионных источников портативных генераторов нейтронов»

Актуальность

Портативные нейтронные генераторы (НГ) широко распространены в мировой науке и технике. Они представляют собой источники быстрых, надтепловых и тепловых нейтронов, обладающие малой площадью излучения, низкой стоимостью нейтрона и ограниченными массой и габаритами. Областями применения этих приборов являются нейтронно-активационный анализ, радиография, досмотр багажа и грузов, исследование радиационной стойкости устройств, контроль состояния топливных сборок, геологоразведка, производство медицинских изотопов и др.

Непрерывное стремление к расширению области применения и повышению эффективности нейтронных технологий требует улучшения рабочих характеристик существующих и разработки новых портативных НГ. При этом, несмотря на относительно продолжительное время исследований, в большинстве случаев практически отсутствует в достаточной степени детальное описание физических процессов, лежащих в основе конкретных режимов работы различных видов портативных НГ. Настоящая работа посвящена исследованию физических процессов в некоторых видах портативных НГ, направленному на модификацию режимов их работы.

Генераторы нейтронов в соответствии с ГОСТ 21171-80 классифицируются следующим образом: генераторы постоянного потока нейтронов, генераторы модулированного потока нейтронов и генераторы импульсного потока нейтронов. Уже внутри этой классификации НГ можно разделить по типам ионных источников, лежащих в их основе. При этом, различные по характеру нейтронного потока генераторы могут реализовываться на одинаковых источниках, хотя каждый конкретный прибор и остается принадлежать только одному классу по ГОСТ 21171-80. Таким образом, несмотря на то, что далее будут рассматриваться конкретные типы

НГ (с конкретными источниками ионов), их рабочие характеристики и режимы, результаты могут быть использованы и в остальных классах НГ.

Портативные НГ постоянного потока главным образом применяются в областях, нуждающихся в получении больших экспозиционных доз нейтронного излучения. Например, при наработке изотопов, в досмотровых системах, при нейтронной радиографии и т.д. Следовательно, их ключевыми характеристиками являются нейтронный поток и ресурс. Данные НГ, как правило, основываются на СВЧ (ВЧ) источниках ионов с электронно-циклотронным резонансом (ЭЦР), либо на газонаполненных нейтронных трубках (ГНТ) с источниками ионов Пеннинга. Среди ГНТ одними из лучших характеристик обладает НГ-24 производства ВНИИА им. Н.Л. Духова, чьи поток и ресурс составляют 1011 н/с на d(t,n) 4He ядерной реакции и 500 часов соответственно. Нейтронные генераторы на СВЧ источниках ионов с ЭЦР достигают здесь значительно больших значений. Например, генератор Thunderbird производства Pheonix LLC (США) обладает нейтронным потоком величиной в 1011 н/с на d(^,n) 3He реакции (что может быть относительно легко увеличено до 1013 н/с на d(t,n)4He при ресурсе работы в 10 000 часов. Таким образом, наиболее перспективными портативными НГ постоянного потока являются генераторы на СВЧ (ВЧ) источниках ионов с ЭЦР. Однако, несмотря на преимущества, только несколько компаний занимаются их серийным производством: Adelphi Technology (США), ThermoFisher Scientific (США) и Pheonix LLC (США). В Российской Федерации подобные работы практически не ведутся, что только усиливает актуальность исследований физики развития СВЧ (ВЧ) разряда с ЭЦР в ионных источниках НГ, нацеленных на их последующую разработку.

Нейтронные генераторы модулированного потока применяются при активном контроле сред, в медицине и пр. Они актуальны в тех областях, где требуется изменение нейтронного потока в соответствии с заданным сигналом. Так, например, на таких генераторах базируется метод нейтронно-

радиационной терапии модулированной интенсивности (IMNRT), который позволяет поражать опухолевые клетки, минимизировав ущерб здоровым тканям пациента. Основой подобных портативных НГ также являются СВЧ (ВЧ) источники и ГНТ.

Нейтронные генераторы импульсного потока используются как в научных, так и в промышленных приложениях, в частности, при активационном анализе вещества в геологоразведке. В области нефтегазового каротажа основным генератором является ГНТ на источнике ионов Пеннинга. Несмотря на обширную историю эксплуатации и общую ясность происходящих в источнике физических процессов, исследования различных режимов его работы по-прежнему активно ведутся. Одним из актуальных направлений является реализация так называемого «быстрого старта», при котором временной промежуток между подачей напряжения на электроды и выходом нейтронного потока на амплитудный уровень в 1.5 108 н/с (0.4 мА в импульсе) не должен превышать 1 мкс при рабочем давлении ~ 1 мТорр. В настоящий момент, данная величина при указанном давлении складывается из времен задержки в 15 - 20 мкс и нарастания в 3 - 5 мкс, что в совокупности дает около 18 - 25 мкс. Реализация «быстрого старта» позволит значительно увеличить качество получаемой при каротаже информации и эффективность работы каротажного комплекса.

Среди нейтронных генераторов импульсного потока можно выделить приборы создающие высокоинтенсивные (> 1010 н/имп) импульсы короткой длительности (< 1 мкс), чье главное применение заключается в исследовании быстропротекающих процессов и активационном анализе. В основном данный подкласс приборов занят генераторами на плазменном фокусе (ПФ), чьим наиболее мощным серийным представителем является ИНГ-105 ВНИИА им. Н.Л. Духова, генерирующий импульсы нейтронов величиной 11010 н/имп на реакции d(d,n)3He и длительностью ~ 50 нс. К этой же категории портативных НГ можно отнести относительно новый генератор, основанный на лазерно-

плазменном ионном диоде с магнитной изоляцией, который будучи известным с 80-ых годов прошлого века все еще недостаточно разработан для практического использования. Создание эффективной системы магнитной изоляции даст возможность применять современную лазерную технику и генерировать импульсы нейтронов с ожидаемыми выходом до 1010 н/имп на реакции d(d,n)3He и длительностью ~ 300 нс, что достигает уровня генераторов на ПФ. При этом, нейтронный генератор на лазерно-плазменном ионном диоде будет обладать существенным преимуществом в частоте следования импульсов и ресурсе работы: 10 Гц против 1 импульса в 10 минут и 106 импульсов против 103 соответственно, что делает его создание весьма актуальным и перспективным.

Цели и задачи диссертационной работы:

Целью данной работы является разработка и исследование эффективности ионных источников портативных нейтронных генераторов на основе изучения протекающих в них физических процессов и изучения способов реализации новых режимов работы данных устройств. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Разработка программы численного моделирования кинетики газового СВЧ разряда в молекулярном дейтерии в присутствие ЭЦР, основанной на решении кинетического уравнения Больцмана и позволяющей учитывать эволюцию ФРЭЭ.

2. Численное моделирование кинетики развития СВЧ разряда в присутствие ЭЦР в ионном источнике портативного нейтронного генератора при различных распределениях магнитного поля, амплитуде СВЧ поля и давлении.

3. Разработка оригинального технического решения магнитной системы

СВЧ источника ионов с ЭЦР портативного нейтронного генератора,

обеспечивающего максимальную эффективность ионизации в режиме

7

ЭЦР для получения больших ионных потоков на нейтронообразующую мишень.

4. Численное моделирование процесса развития разряда в импульсном Пеннинговском источнике ионов с электронным эмиттером ГНТ посредством электромагнитного кода KARAT при различных параметрах эмиттера, высоковольтного импульса, геометриях электродов, распределениях и индукции магнитного поля, а также давлениях.

5. Определение основных механизмов влияния параметров импульсного Пеннинговского источника ионов с электронным эмиттером ГНТ на форму и амплитуду импульса ионного тока.

6. Разработка оригинального технического решения импульсного Пеннинговского источника ионов с электронным эмиттером каротажной ГНТ, способного реализовать режим «быстрого старта» (резкое укорочение фронтов импульса тока и нейтронов), увеличивающий качество получаемой при каротаже информации и эффективность работы каротажных комплексов.

7. Разработка оригинального технического решения системы магнитной изоляции обратных электронов лазерно-плазменного ионного диода экспериментального импульсного НГ, позволяющее увеличить амплитуду и длительность импульсов ионного тока.

8. Экспериментальная апробация лазерно-плазменного ионного диода с системой магнитной изоляции обратных электронов экспериментального импульсного НГ.

Научная новизна:

1. Показан механизм влияния распределений внешнего магнитного поля и электрической компоненты СВЧ поля в СВЧ источнике ионов с ЭЦР на эффективность образования ионов и выделен оптимальный для наработки ионов дейтерия диапазон напряженностей магнитного и СВЧ полей, значительно увеличивающий величину ионного тока источника. Предложен метод оценки эффективности работы СВЧ ионного источника с ЭЦР.

2. Предложено оригинальное техническое решение магнитной системы призматического СВЧ источника ионов с ЭЦР портативного НГ, обеспечивающее увеличение генерируемого ионного тока. Получен патент на полезную модель «СВЧ источник ионов с ЭЦР» № 206590 от 20.05.2021 г.

3. Сформулированы механизмы влияния геометрии и эмиссионной способности электронного эмиттера, формы и амплитуды высоковольтного импульса, геометрии электродов, распределения и индукции внешнего магнитного поля, а также давления рабочего газа импульсного источника ионов Пеннинга с электронным эмиттером ГНТ на форму и величину импульса ионного тока, позволившие выявить наиболее эффективные для генерации нейтронных потоков режимы его использования.

4. Предложено оригинальное технические решение импульсного ионного источника Пеннинга каротажной ГНТ с кольцевым электронным эмиттером и профилированным анодом для реализации режима «быстрого старта», обеспечивающего короткие фронты нейтронных импульсов. Получен патент на полезную модель «Импульсный источник ионов Пеннинга» №192776 от 13.06.2019 г.

5. Предложено оригинальное техническое решение лазерно-плазменного ионного диода с магнитной изоляцией экспериментального импульсного НГ, позволяющее увеличить амплитуду и длительность импульсов ионного тока, и увеличить степень подавления обратного тока электронов для увеличения

нейтронного выхода НГ. Получен патент на полезную модель «Ионный диод с магнитной изоляцией электронов» № 200931 от 02.07.2020 г.

6. Экспериментально показано значительное увеличение нейтронного выхода импульсного НГ при использовании разработанного технического решения лазерно-плазменного ионного диода с магнитной изоляцией.

Теоретическая и практическая значимость:

1. Метод оценки эффективности работы СВЧ ионного источника с ЭЦР, основанный на анализе распределения параметра Ей2у в объеме рабочей камеры источника позволяет проектировать высокоэффективные СВЧ источники ионов для портативных НГ.

2. Оригинальное техническое решение магнитной системы призматического СВЧ источника ионов с ЭЦР портативного НГ повышает эффективность преобразования СВЧ мощности в ионный ток на 80% по сравнению с существующими установками.

3. Оригинальное техническое решение импульсного ионного источника Пеннинга с электронным эмиттером ГНТ, реализующее режим «быстрого старта», позволяет значительно увеличить качество получаемой при каротаже информации и эффективность работы каротажных комплексов, оснащенных ГНТ.

4. Оригинальное техническое решение лазерно-плазменного ионного диода с магнитной изоляцией обратных электронов экспериментального импульсного НГ увеличивает амплитуду и длительность импульсов ионного тока и увеличивает степень подавления обратного тока электронов, что дает возможность генерировать импульсы нейтронов величиной до 6 109 н/имп на реакции d(d,n)3He и длительностью ~ 0.6 мкс (при лазерном импульсе длиной волны 1.064 мкм, длительностью 10 нс и энергией 0.7 Дж). Данный результат получен на экспериментальном импульсном нейтронном генераторе НИЯУ

МИФИ и показал возможные пути дальнейшего увеличения нейтронного выхода на этом генераторе.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Сформулирован и обоснован критерий выбора рабочих распределений электромагнитного СВЧ и внешнего магнитного поля СВЧ источника ионов с ЭЦР портативного НГ, обеспечивающих максимальную эффективность ионизации в режиме ЭЦР для получения больших ионных потоков на нейтронообразующую мишень. Разработано оригинальное техническое решение магнитной системы для призматического СВЧ источника ионов с ЭЦР на основной моде портативного НГ, повышающее эффективность генерации ионов на 80%. Патент №206590 от 20.05.2021 г.

2. Разработаны и обоснованы зависимости формы и величины импульсов ионного тока импульсного источника ионов Пеннинга с электронным эмиттером ГНТ от его параметров. На этой основе разработано оригинальное техническое решение разрядного узла каротажной ГНТ, позволяющее реализовать режим «быстрого старта» (резкое укорочение фронтов импульса тока и нейтронов), увеличивающий качество получаемой при каротаже информации и эффективность работы каротажных комплексов. Патент №192776 от 13.06.2019 г.

3. Разработано оригинальное техническое решение магнитной системы лазерно-плазменного ионного диода с магнитной изоляцией обратных электронов, позволяющее увеличить амплитуду и длительность импульсов ионного тока. Проведены изготовление магнитной системы ионного диода, измерение магнитных полей, его экспериментальная апробация в составе экспериментального импульсного НГ и анализ результатов апробации. Патент №200931 от 02.07.2020 г.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается систематическим характером исследований, соответствием результатов моделирования результатам моделирования других программ и результатам сторонних экспериментов, а также сопоставимостью экспериментальных данных и данных компьютерного моделирования.

Апробация результатов диссертации.

Результаты, представленные в диссертации, докладывались на Международных и Российских конференциях, симпозиумах и научных семинарах:

1. V - VIII Международная молодежная научная школа-конференция «Современные проблемы физики и технологий», 2016 - 2019, Россия, г. Москва.

2. 2016, 2018 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE 2016, 2018), Russia, Saratov.

3. XLIV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, 2017, Россия, г. Звенигород.

4. XXVI Russian Particle Accelerator Conference (RuPAC 2018), 2018, Russia, Protvino.

5. IV - VII Международная конференция «Лазерные, плазменные исследования и технологии» ЛаПлаз, 2018 - 2021, Россия, г. Москва.

Результаты диссертационной работы были использованы при выполнении работ по грантам Министерства науки и высшего образования РФ - соглашения № 14.575.21.0169 от 26.09.2017 г. (RFMEFI57517X0169) и № 05.605.21.0182 от 29.11.2019 г. (RFMEFI60519X0182), а также гранта Российского фонда фундаментальных исследований - договор № 19-32-90033\19 от 22.08.2019 г.

Публикации.

Основные материалы диссертации изложены в 25 публикациях, в т.ч. 5 статей в журналах, рецензируемых высшей аттестационной комиссией (ВАК) в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук и реферируемых в базах данных Scopus и Web of Science ([1-5] списка литературы), 17 публикаций в сборниках трудов и тезисов международных конференций, 3 патента Российской Федерации на полезные модели.

Личный вклад автора.

Автором проведены моделирование физических процессов в разрядах источников ионов различных типов, анализ результатов, их обобщение и разработка оригинальных технических решений источников ионов различных типов. Программа моделирования кинетики газового СВЧ разряда в присутствие ЭЦР, учитывающая эволюцию ФРЭЭ, описанная и используемая в Главе 1 создана автором. Электродинамический код KARAT, используемый в Главах 2 и 3, был взят в готовом виде; разработка моделей, анализ и обобщение результатов выполнены автором. Экспериментальная апробация системы магнитной изоляции в лазерно-плазменном ионном диоде импульсного нейтронного генератора, описанная в Главе 3, была проведен при участии автора; разработка конструкции системы магнитной изоляции ионного диода, его сборка, обработка результатов измерений, их интерпретация и анализ выполнены автором.

Автором обоснованы выносимые на защиту научные положения, сделаны выводы по работе, которые вносят существенный вклад в понимание физики плазменных процессов в различных типах источников ионов, предложены их оригинальные технические решения. Все результаты, составляющие научную новизну и выносимые на защиту, получены автором лично.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключений к главам. Общий объем диссертации составляет 191 страницу, включая 89 рисунков и 2 таблицы. Список литературы содержит 169 наименований.

Глава 1. СВЧ источник ионов на эффекте электронно-циклотронного резонанса портативного нейтронного генератора.

Портативные нейтронные генераторы (НГ) постоянного потока широко распространены в мировой практике. Основной областью применения таких нейтронных генераторов является нейтронно-активационный анализ, включающий в себя методы активации быстрыми и тепловыми нейтронами и гамма-нейтронной активации. Наряду с активационным анализом можно отметить радиографию быстрыми и тепловыми нейтронами, что позволяет выделить довольно емкий набор технологических приложений портативных НГ, в который входят: непосредственно нейтронно-активационный анализ и нейтронная радиография, досмотр багажа и контейнеров для обнаружения взрывчатых веществ или контрабанды, а также специальных ядерных материалов, проверка уровня обогащения урановых топливных таблеток внутри топливных стержней, используемых в ядерных реакторах, и др. Помимо вышеперечисленного, портативные НГ постоянного потока применяются для проверки радиационной живучести устройств и производства медицинских радиоизотопов [6-10].

Среди портативных нейтронных источников непрерывное излучение обеспечивается преимущественно радиоизотопными источниками, газонаполненными нейтронными трубками (ГНТ) и СВЧ (ВЧ) нейтронными генераторами с электронно-циклотронным резонансом (ЭЦР). Радиоизотопные источники обеспечивают нейтронный поток величиной до 108 н/с (241Лш и 9Ве [11]) сплошного энергетического спектра (~ 0.1 - 12 МэВ), который сопровождается высоким фоном гамма-излучения. Газонаполненные нейтронные трубки способны генерировать поток нейтронов с энергией ~ 14.2 МэВ и величиной до 1011 н/с на реакции ё(?,«)4Не и величиной до 109 н/с с энергией ~ 2.5 МэВ на реакции ё^,и)3Не [12]. СВЧ нейтронные генераторы с ЭЦР имеют схожую с ГНТ структуру и отличаются только ионным источником, который обеспечивает нейтронный поток величиной до 1013 н/с и 1011 н/с на реакциях ё(?,«)4Не и ё^,и)3Не соответственно [13-15].

Ключевыми параметрами рассматриваемого класса нейтронных генераторов являются их нейтронный поток и срок службы, а к остальным можно отнести энергопотребление, габариты, вес и ремонтопригодность. Большая величина нейтронного потока положительно отражается на множестве приложений, т.к. сокращает время накопления необходимой дозы излучения. Увеличение срока службы генератора позитивно сказывается на скорости и стоимости проведения исследований, либо технологических процессов. Что же касается остальных параметров, то им достаточно сохранять нейтронный генератор в классе портативного и иметь, по возможности, минимальную величину. Сравнение представленных в [12-15] генераторов говорит о превосходстве СВЧ источников с ЭЦР по ресурсу работы, который составляет от 1 000 до 10 000 часов против 500 часов ГНТ. Габариты, вес и потребляемая мощность у рассматриваемых НГ приблизительно одинаковы, но СВЧ источники с ЭЦР все же имеют большие по сравнению с ГНТ параметры, величины которых составляют около 1 м, 1 т и несколько кВт соответственно, что является недостатком, хотя и не таким существенным. Также они выгодно отличаются относительной чистотой ионного пучка от материалов вакуумной камеры, электродов, высокой степенью ионизации плазмы и пр., а также возможностью получения высоко зарядных и отрицательных ионов.

Однако, несмотря на все перечисленные преимущества портативных

нейтронных генераторов с СВЧ источником ионов, только несколько

компаний занимаются их разработкой и промышленным изготовлением:

Adelphi Technology Inc. (США), ThermoFisher Scientific (США) и Pheonix LLC

(США). В остальных же случаях необходимость в подобных приборах

покрывается их единичным изготовлением научными лабораториями. На

территории Российской Федерации подобные разработки практически не

ведутся. Схожей тематикой занят научный коллектив из ИПФ РАН под

руководством В.А. Скалыги [16-19], разрабатывающий компактный

нейтронный источник высокой интенсивности для бор-нейтронозахватной

16

терапии онкологических заболеваний. Однако, данный источник строится на основе гиротрона с частотами излучения от 20 до 75 ГГц и использует открытую магнитную ловушку для образования и удержания плазмы, что существенно отличает его от НГ на базе магнетрона со стандартной частотой в 2.45 ГГц и простым резонатором как камерой плазмообразования. Кроме того, генератор нейтронов из ИПФ РАН предназначен главным образом для импульсной работы, хотя его эксплуатация в непрерывном режиме также исследуется [20-23].

Рис. 1 . Портативный нейтронный генератор с СВЧ источником ионов в

режиме ЭЦР

Как уже было упомянуто выше, портативные нейтронные генераторы с СВЧ источником ионов на ЭЦР (чье общее устройство представлено на рис. 1 [24-26]) часто являются уникальным разработками, проводимыми лабораториями под свои конкретные задачи. В этой связи, на протяжении последних десятилетий такие источники активно становятся объектами экспериментальных исследований [27-38], направленных на описание их работы и поиск способов улучшения рабочих характеристик. Однако, эти исследования носят по большей части феноменологический характер и мало затрагивают физические процессы, лежащие в основании того или иного

эффекта в работе источников. С одной стороны, это справедливо, т.к. основы развития и протекания СВЧ разряда в режиме ЭЦР были описаны еще в прошлом веке (например, [40-44]). Но с другой стороны, встречаются довольно противоречивые эффекты, которые, не будучи объяснены, оставляют пробелы в понимании работы таких приборов. Так, например, в работах [27,30,36,37], посвященных экспериментальному исследованию влияния распределения магнитного поля на величину извлекаемого ионного тока было обнаружено, что максимальному току отвечают такие и только такие конфигурации магнитного поля, при которых область выполнения условия ЭЦР располагается на торцевых стенках резонатора, где напряженность электрического поля равна нулю. Отсюда следует, что для работы СВЧ источника ионов на ЭЦР непосредственно резонанс не нужен и даже вреден, что требует пояснений.

Таким образом, вопрос исследования портативного нейтронного генератора на основе СВЧ источника ионов с ЭЦР является актуальным как с точки зрения его импортозамещения и разработки на территории Российской Федерации, так и с точки зрения изучения происходящих в источнике физических процессов.

Изучение физики газового разряда всегда тесно связано с

проистекающими в нем кинетическими процессами. Для их теоретического

описания используются математические модели различной степени

сложности, включающие в себя те или иные приближения, выбор между

которыми зависит от условий конкретной задачи. Так, самый простой метод

анализа кинетики газового разряда заключается в рассмотрении системы

дифференциальных уравнений относительно концентрации плазменных

компонент в приближении локального термодинамического равновесия и при

постоянных температурах [45]. Такая модель дает возможность оценить

скорость развития разряда, его состав, а также значения кинетических

коэффициентов, но ее применимость серьезно ограничена первоначальными

приближениями. Следующим шагом на пути усложнения расчета

18

газоразрядной кинетики является учет заселенности энергетических уровней рабочего газа [46-48]. Такие модели используются при разработке газовых лазеров, интерпретации спектроскопических исследований и пр. Основное ограничение в их применении связано с использованием постоянных значений концентрации или температуры электронной компоненты плазмы, иными словами, в квазистационарном приближении. Встречаются также и более сложные варианты моделирования заселенности энергетических уровней, учитывающие функцию распределения (ФР) электронов по энергии. Тем не менее, уравнение Больцмана в них решается также в условии стационара [49,50]. Нестационарное решение уравнения Больцмана встречается в работах [51-54], где оно используется для исследования заселенности энергетических уровней газа, а также для рассмотрения процесса релаксации плазмы после окончания разряда. Однако, оставление за рамками указанных моделей процессов нагрева заряженных частиц электромагнитным полем, передачи энергии между компонентами плазмы, а также их превращений, не позволяет в полной мере исследовать физические процессы в плазме газового разряда.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Степанов Дмитрий Сергеевич, 2022 год

Список литературы

1. Stepanov D.S., Chebotarev A.V., Shkol'nikov E.Y. Kinetics of Deuterium Gas-Discharge Plasma in the Resonator of a Neutron Generator in Electron-Cyclotron Resonance Mode // High Temp. 2018. Vol. 56, № 6. P. 843-848.

2. Agafonov A.V., Stepanov D.S., Shkol'nikov E.Y. Analysis of the Ion-Optical Systems of Portable Neutron Generators // At. Energy. 2019. Vol. 126, № 2. P. 124-128.

3. Stepanov D.S., Chebotarev A.V., Shkol'nikov E.Y. Analysis of the Operation of the Microwave Ion Source in the Electron-Cyclotron Resonance Mode for a Portable Neutron Generator // High Temp. 2019. Vol. 57, № 3. P. 347-352.

4. Stepanov D.S., Skripnik A.P., Shkol'nikov E.Y. Effect of the Electron-Emitter Parameters of a Pulsed Source of Light Penning Ions on the Extracted Current // At. Energy. 2020. Vol. 128, № 5. P. 318-324.

5. Stepanov D.S., Shkolnikov E.Y. Development of a Kinetic Model of Microwave Discharge Plasma in Electron Cyclotron Resonance Mode with Allowance for the Temporal Evolution of the Electron Distribution Function // High Temp. 2021. Vol. 59, № 1. P. 10-18.

6. International Atomic Energy Agency. Neutron Generators for Analytical Purposes // IAEA Radiation Technology Reports Series. 2012. № 1. 145 p.

7. Vainionpaa J.H. et al. Technology and applications of neutron generators developed by Adelphi Technology, Inc. // Phys. Procedia. 2014. Vol. 60, № C. P. 203-211.

8. Bergaoui K. et al. Design, testing and optimization of a neutron radiography system based on a Deuterium-Deuterium (D-D) neutron generator // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2014. Vol. 299, № 1. P. 41-51.

9. Bergaoui K. et al. Prompt gamma-ray neutron activation analysis of boron using Deuterium-Deuterium (D-D) neutron generator // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2015. Vol. 303, № 1. P. 115-121.

10. Ludewigt B.A., Wells R.P., Reijonen J. High-yield D-T neutron generator // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. with Mater.

175

Atoms. 2007. Vol. 261, № 1-2 SPEC. ISS. P. 830-834.

11. АО «Всерегиональное объединение «Изотоп». Источники нейтронного излучения [Electronic resource]. URL:

http://www.isotop.ru/files/treecontent/nodes/attaches/700/746/pu-be_am-be_tip_ibn.pdf.

12. Сыромуков С.В. et al. Генератор нейтронов нг-24 для ядерной медицины и термоядерных исследований // Атомная энергия. 2015. Vol. 119, №2 1. P. 58-60.

13. Inc. A.T. Neutron Generator Systems [Electronic resource]. URL: https://www.adelphitech.com/products/products_overview.html.

14. ThermoFisher Scientific Inc. Neutron Generators [Electronic resource]. URL: https://www.thermofisher.com/search/browse/category/us/en/90150470/neutr on+generators.

15. Phoenix L. Thunderbird Neutron Generator [Electronic resource]. URL: https://phoenixwi.com/neutron-generators/thunderbird/.

16. Skalyga V. et al. Neutron generator for BNCT based on high current ECR ion source with gyrotron plasma heating // Appl. Radiat. Isot. Elsevier, 2015. Vol. 106. P. 29-33.

17. Golubev S. V. et al. A Compact Neutron Source for Boron Neutron Capture Therapy // Radiophys. Quantum Electron. 2017. Vol. 59, № 8-9. P. 682-689.

18. Tarvainen O. et al. Plasma diagnostic tools for ECR ion sources - What can we learn from these experiments for the next generation sources // Rev. Sci. Instrum. AIP Publishing, LLC, 2019. Vol. 90, № 11.

19. Skalyga V.A. et al. A powerful pulsed "point-like" neutron source based on the high-current ECR ion source // Rev. Sci. Instrum. AIP Publishing, LLC, 2020. Vol. 91, № 1. P. 2-7.

20. Skalyga V.A. et al. Status of a new 28 GHz continuous wave gasdynamic electron cyclotron resonance ion source development at IAP RAS // AIP Conf. Proc. 2018. Vol. 2011, № September. P. 1-4.

21. Skalyga V.A. et al. High-Current Pulsed ECR Ion Sources // Plasma Phys.

176

Reports. 2019. Vol. 45, № 10. P. 984-989.

22. Sidorov A. V. et al. First Experiments on Ion Beam Formation at GISMO Facility. // Int. Conf. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves, IRMMW-THz. IEEE, 2019. Vol. 2019-Septe. P. 1-2.

23. Skalyga V.A. et al. Status of the gasdynamic ion source for multipurpose operation (GISMO) development at IAP RAS // Rev. Sci. Instrum. AIP Publishing, LLC, 2019. Vol. 90, № 12.

24. Степанов Д.С., Школьников Э.Я. Разработка конструкции портативного нейтронного генератора с СВЧ источником ионов // Современные проблемы физики и технологий: тезисы докладов VII Международной молодежной научной школы-конференции, 16-21 апреля 2018. - М: Н.

25. Степанов Д.С., Школьников Э.Я., Горбунов М.А. Портативный нейтронный генератор с СВЧ источником ионов для широкой сферы применения // Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез: тезисы докладов IV Международной конференции «Лазерные, плазменные иссле.

26. Степанов Д.С., Горбунов М.А., Чеботарев А.В., Школьников Э.Я. СВЧ разряд в источнике ионов водорода // Современные проблемы физики и технологий: тезисы докладов V Международной молодежной научной школы-конференции, 18-23 апреля 2016. - М: НИЯУ МИФИ, 2016 .

27. Lagniel J.M. et al. Status and new developments of the high intensity electron cyclotron resonance source light ion continuous wave, and pulsed mode (invited) // Rev. Sci. Instrum. 2000. Vol. 71, № 2 II. P. 830-835.

28. Douysset G. et al. Highly charged ion densities and ion confinement properties in an electron-cyclotron-resonance ion source // Phys. Rev. E - Stat. Physics, Plasmas, Fluids, Relat. Interdiscip. Top. 2000. Vol. 61, № 3. P. 3015-3022.

29. Svarnas P. et al. Study of hydrogen plasma in the negative-ion extraction region // Plasma Sources Sci. Technol. 2009. Vol. 18, № 4.

30. Waldmann, O B.L. Development of a Permanent-Magnet Microwave Ion

Source for a Sealed-Tube Neutron Generator // PAC 11 2011 Particle

177

Accelerator Conference, New York, NY, 03/28-05/01 2011. New York, 2011. P. 1984-1986.

31. Gobin R. et al. Light Ion Ecr Sources State of the Art for Linacs // LINAC2012, Tel-Aviv, Israel. Tel-Aviv, 2012. P. 1055-1058.

32. Liu Y.G. et al. Effect of magnetic field distribution on ECR ion source discharge // Nucl. Sci. Tech. Springer Singapore, 2018. Vol. 29, № 9. P. 1-8.

33. Jiang Y. et al. A miniaturized ECR plasma flood gun for wafer charge neutralization // Rev. Sci. Instrum. AIP Publishing, LLC, 2020. Vol. 91, № 3.

34. Hoffmann E., Stroobant V. A 2.45 GHz microwave ion source for carbon positive-ion mass spectrometry // J. Chromatogr. A. 2016. Vol. 1040, № 2. P. 1-4.

35. Waldmann O., Ludewigt B. Measurements of beam current density and proton fraction of a permanent-magnet microwave ion source // Rev. Sci. Instrum. 2011. Vol. 82, № 11.

36. Song Z. et al. Minipermanent magnet high-current microwave ion source // Rev. Sci. Instrum. 2006. Vol. 77, № 3. P. 2004-2007.

37. Kwan J.W. et al. A 2.45 GHz High Current Ion Source for Neutron Production // Chinese Phys. C High Energy Phys. Nucl. Phys. 2007. Vol. 31, № S1. P. 232-235.

38. Peng S.X. et al. The influence of magnetic field configuration on an electron cyclotron resonance ion source // Rev. Sci. Instrum. 2008. Vol. 79, № 2. P. 25.

39. Tuske O. et al. BETSI, a new test bench for ion sources optimization at CEA SACLAY // Rev. Sci. Instrum. 2008. Vol. 79, № 2. P. 2006-2009.

40. Lax B., Allis W.P., Brown S.C. The effect of magnetic field on the breakdown of gases at microwave frequencies // J. Appl. Phys. 1950. Vol. 21, № 12. P. 1297-1304.

41. Everhart E., Roan B. Electron Density Distribution in a High Frequency Discharge in the Presence of Plasma Resonance // Phys. Rev. 1951. Vol. 39, № 3. P. 519-523.

42. Lieberman M.A., Lichtenberg A.J. Theory of electron cyclotron resonance heating. I. Short time and adiabatic effects // Plasma Phys. 1972. Vol. 14. P. 1073-1100.

43. Lieberman M.A., Lichtenberg A.J. Theory of electron cyclotron resonance heating. II. Long time and stochastic effects // Plasma Phys. 1973. Vol. 15. P. 125-150.

44. Fowler R.G. et al. The effect of trajectory curvature on electron mobility in strong electric fields // J. Phys. D Appl. Phys. 1978. Vol. 11. P. 1843-1851.

45. Шахатов В.А. et al. Кинетика заселения триплетных состояний молекулы водорода в ЭЦР - разряде // Физика плазмы и плазменные методы. 2017. Vol. 5, № 3. P. 249-264.

46. Сторожев Д.А. Кинетические процессы в плазме тлеющего разряда // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2013. № 2. P. 1-5.

47. Сторожев Д.А. Численное Моделирование Кинетики Ионизации И Диссоциации Водорода В Плазме Разряда Пеннинга В Приближении Лтр // Физико-Химическая Кинетика В Газовой Динамике. 2014. P. 1-6.

48. Шахатов В.А., Гордеев О.А. Исследование плазмы тлеющего и контрагированного разряда в азоте методами спектроскопии КАРС , оптической интерферометрии и численного моделирования. 2005. Vol. 2.

49. Федосеев А.В., Сухинин Г.И. Пространственно-временная эволюция функции распределения электронов в знакопеременном электрическом поле // Теплофизика и аэромеханика. 2007. Vol. 14, № 4. P. 609-621.

50. Capitelli M. et al. Coupling of Plasma Chemistry, Vibrational Kinetics, Collisional-Radiative Models and Electron Energy Distribution Function Under Non-Equilibrium Conditions // Plasma Process. Polym. 2017. Vol. 14, № 1-2. P. 1-11.

51. Capitelli M. et al. Coupling of radiation, excited states and electron energy distribution function in non equilibrium hydrogen plasmas // Spectrochim. Acta - Part B At. Spectrosc. Elsevier B.V., 2013. Vol. 83-84. P. 1-13.

52. Dyatko N.A., Kochetov I. V., Napartovich A.P. Non-thermal plasma

179

instabilities induced by deformation of the electron energy distribution function // Plasma Sources Sci. Technol. 2014. Vol. 23, № 4.

53. Шахатов В.А. et al. Кинетика Электронных Состояний Молекул Водорода В Неравновесных Разрядах. Синглетные Состояния // Теплофизика Высоких Температур. 2016. Vol. 54, № 1. P. 120-140.

54. Шахатов В.А. et al. Кинетика Возбуждения Электронных Состояний Молекул Водорода В Неравновесных Разрядах. Основное Электронное Состояние // Теплофизика Высоких Температур. 2015. Vol. 53, № 4. P. 601-622.

55. Stepanov D.S., Chebotarev A.V., Shkolnikov E.Ya. Electromagnetic Field in the Resonator of Neutron Generator's Hydrogen Ion Source // Actual Problems of Electron Devices Engineering: proceedings Vol. 2 of 2016 International Conference on Actual Problems o.

56. Stepanov D.S., Chebotarev A.V., Shkolnikov E.Ya. Magnetic Field of Microwave ECR Ion Source of Portable Neutron Generator // Actual Problems of Electron Devices Engineering: proceedings Vol. 2 of 2016 International Conference on Actual Problems of Electro.

57. Stepanov D.S., Chebotarev A.V., Shkolnikov E.Ya. Plasma Dynamic Research in the Resonator of Hydrogen Ion Source by Trajectory Model // Actual Problems of Electron Devices Engineering: proceedings of 2016 International Conference on Actual Problems of Ele.

58. Гинзбург В.Л. Волны в магнитоактивной плазме. Москва: НАУКА, 1975. 256 p.

59. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Теория поля. Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 535 p.

60. Svarnas P. et al. Plasma electrode bias effect on the H- negative-ion density in an electron cyclotron resonance volume source // IEEE Trans. Plasma Sci. 2007. Vol. 35, № 4 III. P. 1156-1162.

61. Celiberto R. et al. Cross section data for electron-impact inelastic processes of

vibrationally excited molecules of hydrogen and its isotopes // At. Data Nucl.

180

Data Tables. 2001. Vol. 77, № 2. P. 161-213.

62. Abdellahi El Ghazaly M.O. et al. Total cross sections and kinetic energy release for the electron impact dissociation of H 2+ and D 2+ // J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 2004. Vol. 37, № 12. P. 2467-2483.

63. Peart B., Dolder K.T. Measurements of cross sections for the dissociative recombination of D 2+ ions // J. Phys. B At. Mol. Phys. 1973. Vol. 6, № 12.

64. Yoon J.S. et al. Electron-impact cross sections for deuterated hydrogen and deuterium molecules // Reports Prog. Phys. 2010. Vol. 73, № 11.

65. Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая Кинетика, X. 1979. P. 528.

66. Жданов С.К. et al. Основы Физических Процессов В Плазме И Плазменных Установках. Москва: МИФИ, 2000. 184 p.

67. Патент 206590 РФ U1 H01J 27/18. СВЧ источник ионов с ЭЦР / Степанов Д.С., Школьников Э.Я. (Россия) - №2021114208, Заявлено 20.05.2021; Опубл. 16.09.2021, Бюл. №26.

68. Opal C.B., Peterson W.K., Beaty E.C. Measurements of secondary-electron spectra produced by electron impact ionization of a number of simple gases // J. Chem. Phys. 1971. Vol. 55, № 8. P. 4096-4100.

69. Vahedi V., Surendra M. A Monte Carlo collision model for the particle-in-cell method: applications to argon and oxygen discharges // Comput. Phys. Commun. 1995. Vol. 87, № 1-2. P. 179-198.

70. Аккерман А.Ф., Никитушев Ю.М., Ботвин В.А. Решение методом Монте-Карло задач переноса быстрых электронов в веществе. Наука. Алма-Ата, 1972.165 p.

71. Zerby C.D., Keller F.L. Electron Transport Theory, Calculations, and Experiments // Nucl. Sci. Eng. 1967. Vol. 27, № 2. P. 190-218.

72. Griffiths D., Higham D. Numerical Methods for Ordinary Differential Equations. Springer. 2010. 274 p.

73. Степанов Д.С., Школьников Э.Я. Разработка алгоритма моделирования

эволюции функции распределения электронов по энергиям в СВЧ

разряде в режиме ЭЦР // Физика плазмы и управляемый термоядерный

181

синтез: тезисы докладов VI Международной конференции «Лазерные, .

74. Степанов Д.С., Школьников Э.Я. Оптимальные параметры электронно-циклотронного резонанса в СВЧ источнике ионов // Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез: тезисы докладов VII Международной конференции «Лазерные, плазменные исследования и технологии.

75. Шахатов В.А. et al. Эмиссионная Спектроскопия Диполярного Источника Плазмы В Водороде При Низких Давлениях // Теплофизика Высоких Температур. 2016. Vol. 54, № 4. P. 491-499.

76. Битулев А.А., Курдюмов И.Г., Чурин С.В. Новые разработки нейтронных генераторов во ВНИИА для исследования нефтегазовых и рудных месторождений // Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе. 2013. P. 68-71.

77. Юрков Д.И., Боголюбов Е.П. Перспективные направления разработки нейтронных генераторов нового поколения // Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе. 2013. P. 179-190.

78. Патент 2372755 РФ C1 H05H 3/06. Газонаполненная нейтронная трубка с источником Пеннинга / Боголюбов Е.П., Васин В.С. (Россия) -2008104087, Заявлено 07.02.2008; Опубл. 10.11.2009 Бюл. № 31.

79. Патент 79229 РФ U1 H05H 5/03, G21G 4/02. ) Газонаполненная нейтронная трубка с источником Пеннинга с термокатодом / Боголюбов Е.П., Васин В.С. (Россия) - 2008104090, Заявлено 07.02.2008; Опубл. 20.12.2008.

80. Битулев А.А., Чурин С.В., Щитов Н.Н., Юрков Д.И.Кладко С.Г., Масленников С.П., Степанов Д.С. Ш.Э.Я. Повышение эффективности источников ионов вакуумных нейтронных трубок // Атомная энергия. 2015. Vol. 118, № 5. P. 284-289.

81. Mamedov N. V, Schitov N.N., Kanshin I.A. Investigation of the Dependency

of Penning Ion Source Operational Characteristics on its Geometric

Parameters Исследование зависимостей эксплуатационных

182

характеристик источника ионов Пеннинга от его геометрических параметров // Физико-Химическая Кинетика В Газовой Динамике. 2015. Vol. 16, № 4. P. 237-247.

82. Мамедов Н.В., Щитов Н.Н., Каньшин И.А. Экспериментальный стенд для исследования ионных источников пеннинга // Приборы И Техника Эксперимента. 2016. № 6. P. 101-109.

83. Maslennikov S.P., Shkol'nikov E.Y. Experimental Investigation of Ion Sources of Gas-Filled Neutron Tubes // At. Energy. 2017. Vol. 121, № 5. P. 360-364.

84. Mamedov N. V. et al. Penning Ion Source Discharge Modes for Pulsed and Continuous Power Supplies // Tech. Phys. 2019. Vol. 64, № 9. P. 1290-1297.

85. Rachkov R.S., Maslennikov S.P., Yurkov D.I. Investigation of the AmplitudeTime Characteristics of a Penning Discharge in Miniature Ion Sources // At. Energy. 2019. Vol. 127, № 1. P. 45-50.

86. Mamedov N. V. et al. Characteristics of miniature pulsed penning ion source: Experiment and PIC simulation // Rev. Sci. Instrum. AIP Publishing, LLC, 2019. Vol. 90, № 12. P. 1-6.

87. Mamedov N. V. et al. Effect of the Magnetic Field on the Characteristics of a Pulsed Penning Ion Source // Plasma Phys. Reports. 2020. Vol. 46, № 2. P. 217-229.

88. Mamedov N. V. et al. Magnetic field design for miniature pulse Penning ion source // Plasma Sources Sci. Technol. IOP Publishing, 2020. Vol. 29, № 2.

89. Никулин С.П. Условия существования положительно заряженной структуры в тлеющем разряде с осцилляцией электронов в магнитном поле. 1998.

90. Кагадей В.А. et al. Вольт-амперные характеристики отражательного разряда с полым катодом и самокалящимся элементом // "Журнал Технической Физики." 2001. Vol. 71, № 3. P. 22.

91. Зюлькова Л.А., Козырев А.В., Проскуровский Д.И. Расчет параметров

сильноточного отражательного разряда с горячим катодом // "Журнал

183

Технической Физики." 2005. Vol. 75, № 11. P. 59.

92. Гончаров А.А. et al. Плазмодинамические особенности цилиндрических газовых разрядов магнетронного типа // Вопросы атомной науки и техники. 2006. № 5. P. 189-194.

93. Surzhikov S., Shang J. Normal glow discharge in axial magnetic field // Plasma Sources Sci. Technol. 2014. Vol. 23, № 5.

94. Суржиков С.Т. Двухмерная структура разряда Пеннинга в цилиндрической камере с осевым магнитным полем при давлении порядка 1 Torr // Письма В Журнал Технической Физики. 2017. Vol. 43, № 3. P. 64.

95. Суржиков С.Т. Двумерная модель разряда Пеннинга в цилиндрической камере с осевым магнитным полем // Журнал Технической Физики. 2017. Vol. 87, № 8. P. 1165.

96. Харлоу А.В. Численный метод частиц в ячейках для задач гидродинамики. Москва: Мир, 1967. 460 p.

97. Тараканов В.П. Теоретический и численный анализ нелинейных задач физики плазмы посредством кода КАРАТ: дис. д-ра физ. мат. наук. ОИВТ РАН и ИОФ РАН им. А.М. Прохорова, 2011.

98. Степанов Д.С., Агафонов А.В., Школьников Э.Я. Подавление вторичных электронов в ионно-оптической системе нейтронной трубки // Современные проблемы физики и технологий: тезисы докладов VI Международной молодежной научной школы-конференции, 18-23 апреля 201.

99. Сыромуков С.В. Влияние атомно-молекулярного и изотопного состава пучка ионов на выход нейтронов из набивных мишеней запаянных трубок // Атомная энергия. 2015. Vol. 118, № 6. P. 329-334.

100. Гришняев Е.С. Генератор быстрых нейтронов для калибровки детекторов слабовзаимодействующих частиц: дис. канд. физ.-мат. наук. ФГБУН ИЯФ им. Г. И. Будкера СО РАН, 2016.

101. Никитин Е.Е., Смирнов Б.М. Медленные атомные столкновения.

184

Энергоатом. Москва, 1990. 256 p.

102. Stepanov D.S., Agafonov A.V., Shkolnikov E.Y., etc. Non-Recombined Plasma Influence on the Neutron Pulse of the Gas-Filled Neutron Tube // Actual Problems of Electron Devices Engineering: proceedings of 2018 International Conference on Actual Problems of .

103. Stepanov D.S., Agafonov A.V., Shkolnikov E.Y., etc. Gas-Filled Neutron Tube's Ion Source Modeling by the Karat Code // Actual Problems of Electron Devices Engineering: proceedings of 2018 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Eng.

104. Stepanov D.S., Agafonov A.V., Shkolnikov E.Y., etc. Investigation of the Electron Emitter Parameters of the Gas-Filled Neutron Tube's Penning Ion Source // Actual Problems of Electron Devices Engineering: proceedings of 2018 International Conference on Ac.

105. Степанов Д.С., Скрипник А.П., Школьников Э.Я. Влияние параметров электронного эмиттера импульсного источника легких ионов пеннинга на извлекаемый ток // Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез: тезисы докладов VII Международной конференции «Лазерн.

106. Степанов Д.С., Агафонов А.В., Школьников Э.Я. Влияние параметров импульса анодного напряжения на динамику плазменных потоков в источнике ионов // Современные проблемы физики и технологий: тезисы докладов VIII Международной молодежной научной школы-конфере.

107. Степанов Д.С., Агафонов А.В., Школьников Э.Я. Влияние конфигурации анода на динамику плазменных потоков в источнике Пеннинга // Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез: тезисы докладов V Международной конференции «Лазерные, плазменные исследования.

108. Патент 192776 РФ U1 H01J 27/04. Импульсный источник ионов Пеннинга / Степанов Д.С., Школьников Э.Я., Козловский К.И. (Россия) -№2019118316, Заявлено 13.06.2019; Опубл. 01.10.2019, Бюл. №28.

109. Stepanov D.S. Numerical Investigation of the Influence of the Magnetic Field

in the Ion Source With the Penning Discharge of a Gas-Filled Neutron Tube

185

on the Ion Current Pulse // Ion sources and electron guns: proceedings of XXVI Russian Particle Accelera.

110. Боголюбов Е.П., Рыжков В.И. Портативные генераторы нейтронов Всероссийского НИИ автоматики (ВНИИА) для физических исследований // Приборы и Техника Эксперимента. 2004. Vol. 2. P. 160— 163.

111. Aleksandrov V.D. et al. Application of neutron generators for high explosives, toxic agents and fissile material detection // Appl. Radiat. Isot. 2005. Vol. 63, № 5-6 SPEC. ISS. P. 537-543.

112. Селезнев Д.Н. et al. Комплексное исследование искродуговых источников импульсных нейтронных генераторов // Известия высших учебных заведений. Физика. 2016. Vol. 59, № 9/3. P. 277-283.

113. Михайлов Ю.В., Лемешко Б.Д., Прокуратов И.А. Экспериментальные зависимости выхода нейтронного излучения камер плазменного фокуса от разрядного тока для дейтериевого и дейтерий-тритиевого наполнений // Физика Плазмы. 2019. Vol. 45, № 4. P. 323-334.

114. Завьялов Н.В. et al. Источник c выходом 10А13 DT-нейтронов на основе сферической камеры с плазменным фокусом // Физика Плазмы. 2013. Vol. 39, № 3. P. 276-280.

115. Виноградов В.П. et al. Разработка и исследование портативного нейтронного источника на основе плазменного фокуса // Физика Плазмы. 2014. Vol. 40, № 2. P. 172-186.

116. Беспалов Д.Ф. et al. Импульсная нейтронная трубка. А.с. СССР № 766048. 1979. P. БИ. 1980. № 35. С. 340.

117. Диденко А.Н. et al. Малогабаритные плазменные диоды с магнитной изоляцией для генерации нейтронов // Физика Плазмы. 2014. Vol. 40, № 11. P. 1025-1034.

118. Kozlovskii K.I. et al. Use of a Laser-Plasma Anode in a Magnetically Insulated Ion Diode // Sov. physics. Tech. physics. 1980. Vol. 25, № 6. P. 694-696.

119. Pleshakova R.P., Tsybin A.S., Shikanov A.E. Neutron Generation in a Sealed

186

Direct-Acceleration Tube with a Laser-Plasma Anode // Sov. Phys. Journal. 1981. Vol. 24, № 11. P. 982-985.

120. Tsybin A.S. New physical possibilities in compact neutron sources // Appl. Radiat. Isot. 1997. Vol. 48, № 10-12. P. 1577-1583.

121. Tsybin A.S. et al. New approaches in plasma neutron sources // Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 2002. Vol. 74, № SUPPL.I. P. 36-39.

122. Kozlovsky K.I., Tsybin A.S., Ischeinov O. V. Elaboration of an effective neutron generator for short-lived isotope analysis // Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 2002. Vol. 74, № SUPPL.II. P. 1394-1396.

123. Kozlovskij K.I., Simanovskij M.F., Tsybin A.S. Small-sized resonance accelerators with laser ion source for neutron generation // At. Energiya. 2002. Vol. 92, № 5. P. 375-380.

124. Craxton R.S. et al. Direct-drive inertial confinement fusion: A review // Phys. Plasmas. 2015. Vol. 22, № 11.

125. Hora H. et al. Measured laser fusion gains reproduced by self-similar volume compression and volume ignition for NIF conditions // J. Plasma Phys. 1998. Vol. 60, № 4. P. 743-760.

126. Macchi A. et al. Laser acceleration of ultrashort ion bunches and femtosecond neutron sources // AIP Conf. Proc. 2006. Vol. 827, № 2006. P. 215-226.

127. Iwashita Y. et al. Possibility of a Small Neutron Source by Laser-Plasma Interaction. 2007. P. 600-608.

128. Gupta D.N., Suk H. Energetic electron beam generation by laser-plasma interaction and its application for neutron production // J. Appl. Phys. 2007. Vol. 101, № 11.

129. Huang Y.S. et al. Neutron generation and kinetic energy of expanding laser plasmas // Chinese Phys. Lett. 2007. Vol. 24, № 10. P. 2792-2795.

130. Galy J., Hamilton D.J., Normand C. High-intensity lasers as radiation sources: An overview of laser-induced nuclear reactions and applications // Eur. Phys. J. Spec. Top. 2009. Vol. 175, № 1. P. 147-152.

131. Ledingham K.W.D. et al. Photonuclear physics when a multiterawatt laser

187

pulse interacts with solid targets // Phys. Rev. Lett. 2000. Vol. 84, №№ 5. P. 899902.

132. Cowan T.E. et al. Photonuclear fission from high energy electrons from ultraintense laser-solid interactions // Phys. Rev. Lett. 2000. Vol. 84, № 5. P. 903-906.

133. Schwoerer H. et al. Fission of actinides using a tabletop laser // Europhys. Lett. 2003. Vol. 61, № 1. P. 47-52.

134. Lefebvre E. et al. Electron and photon production from relativistic laserplasma interactions // Nucl. Fusion. 2003. Vol. 43, № 7. P. 629-633.

135. Magill J. et al. Laser transmutation of iodine-129 // Appl. Phys. B Lasers Opt. 2003. Vol. 77, № 4. P. 387-390.

136. Ledingham K.W.D. et al. Laser-driven photo-transmutation of 129 I — a long-lived nuclear waste product. 2003.

137. Ewald F. et al. Application of relativistic laser plasmas for the study of nuclear reactions // Plasma Phys. Control. Fusion. 2003. Vol. 45, № 12 A.

138. Günther M.M. et al. Development of high-power laser based nuclear applications // Fusion Sci. Technol. 2012. Vol. 61, № 1 T. P. 231-236.

139. Zulick C. et al. Energetic neutron beams generated from femtosecond laser plasma interactions // Appl. Phys. Lett. 2013. Vol. 102, № 12.

140. Torrisi L. et al. Deuterium-deuterium nuclear reaction induced by high intensity laser pulses // Appl. Surf. Sci. Elsevier B.V., 2013. Vol. 272. P. 42 -45.

141. Guler N. et al. Neutron imaging with the short-pulse laser driven neutron source at the Trident laser facility // J. Appl. Phys. 2016. Vol. 120, № 15.

142. Torrisi L. Nuclear reaction in plasmas generated by high intensity lasers // Radiat. Eff. Defects Solids. 2017. Vol. 172, № 1-2. P. 61-73.

143. Kishon I. et al. Laser based neutron spectroscopy // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip. Elsevier Ltd, 2019. Vol. 932, № January. P. 27-30.

144. Passoni M. et al. Advanced laser-driven ion sources and their applications in

188

materials and nuclear science // Plasma Phys. Control. Fusion. 2020. Vol. 62, № 1.

145. Feng J. et al. High-efficiency neutron source generation from photonuclear reactions driven by laser plasma accelerator // High Energy Density Phys. Elsevier, 2020. Vol. 36, № March. P. 100753.

146. Kozlovsky K.I. et al. Experimental study of a model of a small-size neutron generator with pulsed magnetic insulation // At. Energy. 2012. Vol. 112, № 3. P. 218-221.

147. Kozlovsky K.I. et al. Experimental study of a model of a neutron generator based on a diode with collective acceleration of deuterons by a pulsed electron beam // At. Energy. 2012. Vol. 113, № 2. P. 148-151.

148. Shikanov A.E. et al. Acceleration of deuterons from laser plasma in direct pulsed electron fluxes for generation of neutrons // Phys. Part. Nucl. Lett. 2016. Vol. 13, № 7. P. 1006-1008.

149. Shikanov A.E. et al. A diode for accelerating hydrogen nuclides with electron conductivity suppressed by an internal ring magnet // Tech. Phys. Lett. 2015. Vol. 41, № 5. P. 511-513.

150. Shikanov A.E., Vovchenko E.D., Kozlovskii K.I. Neutron Generation in a Plasma Diode with Electrons Insulated by a Constant Magnetic Field // At. Energy. 2016. Vol. 119, № 4. P. 258-264.

151. Shikanov A.E. et al. Model for Generation of Neutrons in a Compact Diode with Laser-Plasma Anode and Suppression of Electron Conduction Using a Permanent Cylindrical Magnet // Tech. Phys. 2018. Vol. 63, № 4. P. 511-518.

152. Vovchenko E.D. et al. Energy Efficiency Enhancement of Ionic Diode for Neutron Generation with Electronic Conduction Suppression by the Field of a Permanent Magnet // At. Energy. 2019. Vol. 126, № 2. P. 129-133.

153. Isaev A. et al. Collective acceleration of laser plasma in a nonstationary and nonuniform magnetic field // J. Phys. Conf. Ser. 2018. Vol. 941, № 1.

154. Didenko A.N. et al. Generation of Fusion Neutrons under the Interaction of

Accelerated Deuterons with a Heavy Hydrogen Flow in a Plasma Trap with a

189

Pulsed Magnetic Field // Phys. At. Nucl. 2018. Vol. 81, № 11. P. 1627-1630.

155. Kozlowski K.I. et al. On the Acceleration of the Particle Flux of Laser Deuterium Plasma in a Fast-Growing Magnetic Field // Phys. Part. Nucl. Lett. 2018. Vol. 15, № 7. P. 990-993.

156. Shikanov A.E. et al. Model of Laser Plasma Acceleration in the Fields of a Spiral Electrodynamic Line // Tech. Phys. Lett. 2019. Vol. 45, № 2. P. 119122.

157. Vovchenko E.D. et al. Collective Acceleration of Ions in a Pulsed Magnetic Field of a Conical Spiral // Phys. At. Nucl. 2019. Vol. 82, № 10. P. 1424-1428.

158. Vovchenko E.D. et al. Compact Induction Accelerator of Laser Plasma for Ion Energy up to 1 MeV // Phys. Part. Nucl. Lett. 2020. Vol. 17, № 4. P. 498-502.

159. Басов Н.Г., Крохин О.Н., Склизков Г.В. Исследование динамики нагревания и разлета плазмы, образующейся при фокусировке мощного излучения лазера на вещество // Труды ФИАН. 1970. Vol. 52. P. 171-237.

160. Басов Н.Г. et al. Начальная стадия движения лазерной плазмы в режиме газодлинамического разлета // Препринт №38 ФИАН им. П.Н. Лебедева. 1971.

161. Басов Н.Г., Крохин О.Н., Склизков Г.В. Исследование параметров и динамики лазерной плазмы при острой фокусировке излучения на твердую мишень // Труды ФИАН. 1974. Vol. 76. P. 186-228.

162. Быковский Ю.А., В.Н. Н. Лазерная масс-спектрометрия. Москва: Энергоатомиздат, 1985. 128 p.

163. ГОСТ Р 52956-2008 Материалы магнитотвердые спеченные на основе сплава неодим-железо-бор. Классификация. Основные параметры.Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 сентября 2008 г.

164. Патент 200931 РФ U1 H05H 3/00. Ионный диод с магнитной изоляцией электронов / Степанов Д.С., Школьников Э.Я., Козловский К.И. (Россия) - №2020121850, Заявлено 02.07.2020; Опубл. 02.07.2020, Бюл. №32.

165. Skladnik-Sadowska E. et al. Study of plasma produced from deuterized-titanium irradiated by intense laser pulses // Radiat. Eff. Defects Solids. 2010. Vol. 165, № 6-10. P. 412-418.

166. Haque A.K.F. et al. Proton-induced secondary electron emission from elemental solids over the energy domain 1 keV-1000MeV // Results Phys. Elsevier, 2019. Vol. 15, № July. P. 102519.

167. Борисов А.М., Машкова Е.С. Физические основы ионно-лучевых технологий. Москва: Университетская книга, 2011. 142 p.

168. James F. Ziegler. SRIM [Electronic resource]. URL: http://srim.org/.

169. Nuclear Energy Agency. JANIS [Electronic resource]. URL: https://oecd-nea.org/jcms/pl_39963/janis-downloads.