304L 6.35*1mm اسٽينلیس سٹیل ڪوئلڊ ٽيوبنگ سپلائرز، پلسڊ سڌو نيوٽران پيدا ڪرڻ لاءِ شديد ليٿيم بيم جو مظاهرو

Nature.com گهمڻ لاءِ توهان جي مهرباني.توھان استعمال ڪري رھيا آھيو برائوزر ورزن محدود CSS سپورٽ سان.بهترين تجربي لاءِ، اسان سفارش ڪريون ٿا ته توهان هڪ اپڊيٽ ٿيل برائوزر استعمال ڪريو (يا انٽرنيٽ ايڪسپلورر ۾ مطابقت واري موڊ کي بند ڪريو).اضافي طور تي، جاري مدد کي يقيني بڻائڻ لاء، اسان سائيٽ کي بغير اسٽائل ۽ جاوا اسڪرپٽ ڏيکاريون ٿا.
سلائڊر ڏيکاريندڙ ٽي مضمون في سلائڊ.سلائڊ ذريعي منتقل ڪرڻ لاء پوئتي ۽ ايندڙ بٽڻ استعمال ڪريو، يا هر سلائڊ ذريعي منتقل ڪرڻ لاء آخر ۾ سلائڊ ڪنٽرولر بٽڻ استعمال ڪريو.

ايٽمي ري ايڪٽرن جي مطالعي جي متبادل جي طور تي، ليٿيم-آئن بيم ڊرائيور کي استعمال ڪندي هڪ ڪمپيڪٽ ايڪسيليٽر تي هلندڙ نيوٽران جنريٽر شايد اميد رکندڙ اميدوار ٿي سگهي ٿو ڇاڪاڻ ته اهو ٿورڙي ناپسنديده تابڪاري پيدا ڪري ٿو.تنهن هوندي به، ليتيم آئنز جي شديد شعاع کي پهچائڻ ڏکيو هو، ۽ اهڙين ڊوائيسز جي عملي ايپليڪيشن کي ناممڪن سمجهيو ويندو هو.ناکافي آئن جي وهڪري جو سڀ کان وڏو مسئلو سڌو پلازما امپلانٽيشن اسڪيم کي لاڳو ڪندي حل ڪيو ويو.هن اسڪيم ۾، ليٿيم ميٽيل ورق جي ليزر جي خاتمي سان پيدا ٿيندڙ هڪ اعلي کثافت پلسڊ پلازما کي موثر انداز ۾ انجيڪشن ڪيو ويو آهي ۽ تيز فريڪوئنسي ڪواڊرپول ايڪسليٽر (RFQ ايڪسيليٽر) ذريعي تيز ڪيو ويندو آهي.اسان 1.43 MeV تي 35 ايم اي ايڪسيلريڊ جو چوٽي بيم ڪرنٽ حاصل ڪيو آهي، جيڪو روايتي انجيڪٽر ۽ ايڪسيليٽر سسٽم مهيا ڪري سگھن ٿا ان کان وڌيڪ شدت جا ٻه آرڊر آهن.
ايڪس ريز يا چارج ٿيل ذرڙن جي برعڪس، نيوٽران وٽ وڏي پئماني جي کوٽائي هوندي آهي ۽ ڪنڊينس ٿيل مادو سان منفرد رابطو هوندو آهي، انهن کي مواد 1,2,3,4,5,6,7 جي خاصيتن جي مطالعي لاءِ انتهائي ورسٽائل پروبس ٺاهيندا آهن.خاص طور تي، نيوٽران اسڪيٽرنگ ٽيڪنڪ عام طور تي استعمال ڪيون وينديون آهن ساخت، ساخت ۽ اندروني دٻاءُ جو مطالعو ڪرڻ لاءِ ڪنڊينسڊ ماديءَ ۾ ۽ تفصيلي معلومات مهيا ڪري سگھجن ٿا ٽريس مرکبات ۾ ڌاتو جي مرکبن تي جيڪي X-ray spectroscopy8 استعمال ڪندي ڳولڻ مشڪل آهن.اهو طريقو بنيادي سائنس ۾ هڪ طاقتور اوزار سمجهيو ويندو آهي ۽ دھات ۽ ٻين مواد جي ٺاهيندڙن طرفان استعمال ڪيو ويندو آهي.وڌيڪ تازو، نيوٽران جي تفاوت کي استعمال ڪيو ويو آهي ميڪانياتي اجزاء ۾ بقايا دٻاء کي ڳولڻ لاء، جهڙوڪ ريل ۽ جهاز جا حصا 9,10,11,12.نيوٽران تيل ۽ گيس جي کوهن ۾ به استعمال ٿيندا آهن ڇو ته انهن کي آسانيءَ سان پڪڙيو ويندو آهي پروٽان سان مالا مال 13.ساڳيو طريقا سول انجنيئرنگ ۾ پڻ استعمال ٿيندا آهن.غير تباهي واري نيوٽران ٽيسٽنگ عمارتن، سرنگن ۽ پلن ۾ لڪيل نقص کي ڳولڻ لاءِ هڪ مؤثر اوزار آهي.نيوٽران بيم جو استعمال فعال طور تي سائنسي تحقيق ۽ صنعت ۾ استعمال ڪيو ويندو آهي، جن مان ڪيترائي تاريخي طور تي ايٽمي ريڪٽر استعمال ڪندي ترقي ڪيا ويا آهن.
بهرحال، ائٽمي عدم ڦهلاءَ تي عالمي اتفاق راءِ سان، تحقيق جي مقصدن لاءِ ننڍڙا ري ايڪٽر ٺاهڻ مشڪل ٿي پيو آهي.ان کان علاوه، تازو فوڪوشيما حادثي ايٽمي ري ايڪٽرن جي تعمير کي تقريبن سماجي طور تي قبول ڪيو آهي.هن رجحان جي سلسلي ۾، ايڪسيليٽرز تي نيوٽران ذريعن جي گهرج وڌي رهي آهي2.ايٽمي ري ايڪٽرن جي متبادل جي طور تي، ڪيترائي وڏا تيز رفتار ورهائيندڙ نيوٽران جا ذريعا اڳ ۾ ئي 14,15 آپريشن ۾ آهن.تنهن هوندي، نيوٽران بيم جي خاصيتن جي وڌيڪ موثر استعمال لاء، اهو ضروري آهي ته تيز رفتار تي ڪمپيڪٽ ذريعن جي استعمال کي وڌايو وڃي، 16 جيڪي صنعتي ۽ يونيورسٽي تحقيقي ادارن سان تعلق رکن ٿيون.ايڪسيليٽر نيوٽران ذريعن نيوڪليئر ري ايڪٽرز 14 جي متبادل طور ڪم ڪرڻ کان علاوه نيون صلاحيتون ۽ ڪم شامل ڪيا آهن.مثال طور، هڪ لينڪ تي هلندڙ جنريٽر آساني سان نيوٽران جو وهڪرو ٺاهي سگھي ٿو ڊرائيو بيم کي هٿي وٺرائڻ سان.هڪ ڀيرو خارج ٿيڻ کان پوءِ، نيوٽران کي ڪنٽرول ڪرڻ ڏکيو هوندو آهي ۽ تابڪاري جي ماپن جو تجزيو ڪرڻ ڏکيو هوندو آهي ڇاڪاڻ ته پس منظر جي نيوٽران پاران پيدا ٿيندڙ شور جي ڪري.تيز رفتار سان ڪنٽرول ٿيل نيوٽران هن مسئلي کان بچڻ لاء.پروٽان ايڪسيليٽر ٽيڪنالاجي تي ٻڌل ڪيترائي منصوبا سڄي دنيا ۾ تجويز ڪيا ويا آهن 17,18,19.رد عمل 7Li(p, n)7Be ۽ 9Be(p, n)9B اڪثر استعمال ڪيا ويندا آهن پروٽان تي هلندڙ ڪمپيڪٽ نيوٽران جنريٽرن ۾ ڇاڪاڻ ته اهي انڊوٿرمڪ ردعمل آهن20.اضافي تابڪاري ۽ تابڪاري فضول کي گھٽائي سگهجي ٿو جيڪڏهن پروٽون بيم کي اتساهه ڏيڻ لاءِ چونڊيل توانائي حد جي قيمت کان ٿورو مٿي آهي.بهرحال، ٽارگيٽ نيوڪليس جو ماس پروٽان جي ڀيٽ ۾ تمام وڏو آهي، ۽ نتيجي ۾ نيوٽران سڀني طرفن ۾ پکڙيل آهي.نيوٽران فلڪس جي آئوٽروپڪ اخراج جي اهڙي ويجھو نيوٽران جي موثر ٽرانسپورٽ کي مطالعي جي اعتراض ڏانهن روڪي ٿو.ان کان علاوه، اعتراض جي جڳهه تي نيوٽرانن جي گهربل دوز حاصل ڪرڻ لاء، ضروري آهي ته حرڪت ڪندڙ پروٽينن جي تعداد ۽ انهن جي توانائي ٻنهي کي وڌايو وڃي.نتيجي طور، گاما شعاعن ۽ نيوٽرانن جي وڏي مقدار وڏي زاوين ذريعي پروپيگنڊا ڪندي، انڊوٿرمڪ رد عمل جي فائدي کي تباهه ڪندي.هڪ عام ايڪسيليٽر تي هلندڙ ڪمپيڪٽ پروٽان تي ٻڌل نيوٽران جنريٽر وٽ مضبوط تابڪاري بچاءُ آهي ۽ اهو سسٽم جو تمام وڏو حصو آهي.ڊرائيونگ پروٽون جي توانائي کي وڌائڻ جي ضرورت عام طور تي تيز رفتار سهولت جي سائيز ۾ اضافي اضافو جي ضرورت آهي.
ايڪسيليٽرز تي روايتي ڪمپيڪٽ نيوٽران ذريعن جي عام خامين کي دور ڪرڻ لاءِ، هڪ انوويشن-ڪائنيميٽڪ رد عمل اسڪيم 21 تجويز ڪئي وئي هئي.هن اسڪيم ۾، هڪ ڳري ليٿيم آئن شعاع استعمال ڪيو ويندو آهي گائيڊ بيم جي بدران پروٽون بيم، هائيڊروجن سان مالا مال مواد جهڙوڪ هائيڊرو ڪاربن پلاسٽڪ، هائيڊروڊس، هائيڊروجن گيس، يا هائيڊروجن پلازما کي نشانو بڻائيندي.متبادل تي غور ڪيو ويو آهي، جهڙوڪ بيريليم آئن تي هلندڙ بيم، جڏهن ته، بيريليم هڪ زهريلو مادو آهي جنهن کي سنڀالڻ ۾ خاص خيال جي ضرورت آهي.تنهن ڪري، هڪ lithium بيام inversion-kinematic رد عمل منصوبن لاء سڀ کان مناسب آهي.جيئن ته ليٿيم نيوڪلئيءَ جي رفتار پروٽانن جي ڀيٽ ۾ وڌيڪ آهي، ان ڪري ائٽمي ٽڪرن جي ماس جو مرڪز مسلسل اڳتي وڌي رهيو آهي، ۽ نيوٽران به اڳتي وڌي رهيا آهن.هي فيچر تمام گهڻو ختم ڪري ٿو ناپسنديده گاما شعاعن ۽ اعليٰ زاويه نيوٽران جي اخراج22.هڪ پروٽون انجڻ جي معمولي صورت ۽ inverse kinematics منظر جو هڪ مقابلو شڪل 1 ۾ ڏيکاريو ويو آهي.
پروٽان ۽ ليٿيم بيم لاءِ نيوٽران جي پيداوار جي زاوين جو مثال (Adobe Illustrator CS5، 15.1.0، https://www.adobe.com/products/illustrator.html سان ٺهيل).(الف) رد عمل جي نتيجي ۾ نيوٽران ڪنهن به طرف خارج ٿي سگهن ٿا ڇاڪاڻ ته حرڪت ڪندڙ پروٽان ليٿيم ٽارگيٽ جي تمام ڳري ايٽم کي ماريندا آهن.(b) ان جي ابتڙ، جيڪڏهن هڪ ليٿيم آئن ڊرائيور هائيڊروجن سان مالا مال ٽارگيٽ تي بمباري ڪري ٿو، ته نيوٽران اڳتي جي طرف هڪ تنگ شنک ۾ پيدا ٿين ٿا، ڇاڪاڻ ته سسٽم جي مرڪز ماس جي تيز رفتار جي ڪري.
تنهن هوندي به، صرف چند انورس ڪائنيميٽڪ نيوٽران جنريٽر موجود آهن، ڇاڪاڻ ته پروٽان جي ڀيٽ ۾ وڌيڪ چارج سان ڳري آئن جي گهربل وهڪري کي پيدا ڪرڻ ۾ مشڪل آهي.اهي سڀئي ٻوٽا منفي اسپٽر آئن ذريعن کي استعمال ڪن ٿا ٽينڊم اليڪٽررو اسٽيٽڪ ايڪسيليٽر سان گڏ.ٻين قسمن جي آئن ذريعن کي تجويز ڪيو ويو آهي ته بيم تيز رفتار 26 جي ڪارڪردگي کي وڌائڻ لاء.ڪنهن به صورت ۾، موجود ليتيم-آئن بيم ڪرنٽ 100 µA تائين محدود آهي.اهو تجويز ڪيو ويو آهي ته 1 mA جو Li3+27 استعمال ڪيو وڃي، پر هن آئن بيم ڪرنٽ جي تصديق هن طريقي سان نه ڪئي وئي آهي.شدت جي لحاظ کان، ليتيم بيم ايڪسيليٽر پروٽون بيم ايڪسيليٽرن سان مقابلو نٿا ڪري سگهن جن جي چوٽي پروٽان ڪرنٽ 10 mA28 کان وڌيڪ آهي.
هڪ عملي ڪمپيڪٽ نيوٽران جنريٽر کي لاڳو ڪرڻ لاءِ ليٿيم آئن بيم جي بنياد تي، اهو فائديمند آهي ته تيز شدت پيدا ڪرڻ بلڪل آئنز کان سواءِ.آئن تيز ٿين ٿا ۽ برقي مقناطيسي قوتن جي رهنمائي ڪن ٿا، ۽ هڪ اعلي چارج جي سطح جو نتيجو وڌيڪ موثر تيز رفتار ۾.لي آئن بيم ڊرائيورن کي 10 ايم اي کان وڌيڪ Li3+ چوٽي واهه جي ضرورت هوندي آهي.
هن ڪم ۾، اسان 35 mA تائين چوٽي جي وهڪرن سان Li3+ بيم جي تيز رفتار جو مظاهرو ڪريون ٿا، جيڪو ترقي يافته پروٽون ايڪسيليٽرز سان مقابلو ڪري ٿو.اصل ليٿيم آئن بيم ليزر ايبليشن استعمال ڪندي ٺاهيو ويو ۽ هڪ سڌو پلازما امپلانٽيشن اسڪيم (DPIS) اصل ۾ C6+ کي تيز ڪرڻ لاءِ تيار ڪيو ويو.هڪ حسب ضرورت ٺهيل ريڊيو فريڪوئنسي quadrupole linac (RFQ linac) هڪ چار-رڊ گونج واري جوڙجڪ استعمال ڪندي ٺاهي وئي.اسان تصديق ڪئي آهي ته تيز ڪرڻ واري بيم ۾ حساب ڪيل اعلي خالص بيم توانائي آهي.هڪ دفعو Li3+ بيم کي مؤثر طريقي سان پڪڙيو وڃي ٿو ۽ ريڊيو فريڪوئنسي (RF) ايڪسيليٽر ذريعي تيز ڪيو وڃي ٿو، ان کان پوءِ ايندڙ لينڪ (ايڪسيليٽر) سيڪشن کي استعمال ڪيو ويندو آهي توانائي مهيا ڪرڻ لاءِ جيڪو مضبوط نيوٽران وهڪري کي ٽارگيٽ مان پيدا ڪرڻ لاءِ گهربل هجي.
اعلي ڪارڪردگي آئن جي تيز رفتار هڪ سٺي قائم ڪيل ٽيڪنالاجي آهي.هڪ نئين انتهائي موثر ڪمپيڪٽ نيوٽران جنريٽر کي محسوس ڪرڻ جو باقي ڪم اهو آهي ته وڏي تعداد ۾ مڪمل طور تي لٿيم آئنز پيدا ڪرڻ ۽ هڪ ڪلستر ڍانچي ٺاهڻ آهي جنهن ۾ آئن دال جو هڪ سلسلو آهي جنهن ۾ ايڪسيليٽر ۾ RF چڪر سان هم وقت سازي ڪئي وئي آهي.ھن مقصد کي حاصل ڪرڻ لاءِ تيار ڪيل تجربن جا نتيجا ھيٺين ٽن حصن ۾ بيان ڪيا ويا آھن: (1) ليٿيم آئن بيم جي مڪمل طور تي بيڪار نسل، (2) خاص طور تي ٺاھيل RFQ لينڪ استعمال ڪندي بيم جي تيز رفتاري، ۽ (3) تجزيي جي تيز رفتاري ان جي مواد کي جانچڻ لاء بيم جو.Brookhaven National Laboratory (BNL) تي، اسان تصوير 2 ۾ ڏيکاريل تجرباتي سيٽ اپ ٺاھيو.
ليتيم بيم جي تيز رفتار تجزيي لاءِ تجرباتي سيٽ اپ جو جائزو (انڪسڪيپ، 1.0.2، https://inkscape.org/ پاران بيان ڪيل).ساڄي کان کاٻي کان، ليزر-ابليٽو پلازما ليزر-ٽارگٽ رابطي واري چيمبر ۾ پيدا ڪيو ويو آهي ۽ RFQ لينڪ تائين پهچايو ويندو آهي.RFQ ايڪسيليٽر ۾ داخل ٿيڻ تي، آئنز پلازما کان الڳ ٿي ويا آهن ۽ اوچتو برقي فيلڊ ذريعي RFQ ايڪسيليٽر ۾ داخل ڪيا ويا آهن، 52 kV وولٹیج جي وچ ۾ 52 kV وولٽيج فرق جي وچ ۾ drift علائقي ۾ Extraction electrode ۽ RFQ اليڪٽرروڊ.ڪڍيل آئنز 22 keV/n کان 204 keV/n تائين 2 ميٽر ڊگھا RFQ اليڪٽروڊس استعمال ڪندي تيز ٿين ٿا.هڪ موجوده ٽرانسفارمر (CT) RFQ linac جي آئوٽ پٽ تي نصب ڪيل آئن بيم ڪرنٽ جي غير تباهي واري ماپ مهيا ڪري ٿي.شعاع ٽن چوٿين مقناطيس طرفان مرڪوز آهي ۽ هڪ ڊيپول مقناطيس ڏانهن هدايت ڪئي وئي آهي، جيڪو Li3+ بيم کي ڌار ڪري ٿو ۽ ڊيڪٽر ۾ سڌو رستو ڏيکاري ٿو.سلٽ جي پويان، هڪ پوئتي هٽڻ لائق پلاسٽڪ اسڪينٽيليٽر ۽ هڪ فاراڊائي کپ (FC) جنهن جو تعصب -400 V تائين آهي، تيز رفتار بيم کي ڳولڻ لاء استعمال ڪيو ويندو آهي.
مڪمل طور تي ionized lithium ions (Li3+) پيدا ڪرڻ لاء، ان جي ٽين آئنائيزيشن توانائي (122.4 eV) کان مٿي گرمي پد سان پلازما ٺاهڻ ضروري آهي.اسان اعلي درجه حرارت پلازما پيدا ڪرڻ لاء ليزر جي خاتمي کي استعمال ڪرڻ جي ڪوشش ڪئي.هن قسم جي ليزر آئن جو ذريعو عام طور تي ليتيم آئن بيم ٺاهڻ لاءِ استعمال نه ڪيو ويو آهي ڇاڪاڻ ته ليتيم ڌاتو رد عمل آهي ۽ خاص هٿ ڪرڻ جي ضرورت آهي.اسان ويڪيوم ليزر انٽريڪشن چيمبر ۾ ليٿيم ورق نصب ڪرڻ وقت نمي ۽ هوا جي آلودگي کي گھٽائڻ لاءِ ٽارگيٽ لوڊنگ سسٽم تيار ڪيو آهي.مواد جون سڀئي تياريون سڪل آرگن جي ڪنٽرول ماحول ۾ ڪيون ويون آهن.ليٿيم ورق کي ليزر ٽارگيٽ چيمبر ۾ نصب ٿيڻ کان پوء، ورق کي 800 mJ في نبض جي توانائي تي pulsed Nd:YAG ليزر تابڪاري سان شعاع ڪيو ويو.ھدف تي ڌيان ڏيڻ تي، ليزر پاور کثافت جو اندازو لڳايو ويو آھي اٽڪل 1012 W/cm2.پلازما تڏهن پيدا ٿئي ٿو جڏهن هڪ پلس ٿيل ليزر ڪنهن خال ۾ ٽارگيٽ کي تباهه ڪري ٿو.پوري 6 اين ايس ليزر نبض دوران، پلازما گرم ٿيڻ جاري رکي ٿو، خاص طور تي ريورس bremsstrahlung عمل جي ڪري.جيئن ته حرارتي مرحلي دوران ڪو به محدود خارجي ميدان لاڳو نه ڪيو ويو آهي، پلازما ٽن طول و عرض ۾ وڌائڻ شروع ڪري ٿو.جڏهن پلازما حدف جي مٿاڇري تي وڌڻ شروع ڪري ٿو، پلازما جي ماس جو مرڪز 600 eV/n جي توانائي سان ٽارگيٽ جي مٿاڇري تي بيٺل رفتار حاصل ڪري ٿو.گرم ڪرڻ کان پوء، پلازما ٽارگيٽ کان محوري طرف منتقل ٿيڻ جاري رکي ٿو، آئوٽروپي طور تي وڌايو.
جيئن ته شڪل 2 ۾ ڏيکاريل آهي، ايبليشن پلازما هڪ ويڪيوم حجم ۾ وڌندو آهي جيڪو هڪ ڌاتو ڪنٽينر سان گهيرو ڪيو ويندو آهي ساڳئي صلاحيت سان ٽارگيٽ جي برابر.اهڙيء طرح، پلازما ميدان کان آزاد علائقي جي ذريعي آر ايف جي تيز رفتار ڏانهن وڌي ٿو.هڪ محوري مقناطيسي ميدان ليزر شعاع واري چيمبر ۽ RFQ لينڪ جي وچ ۾ ويڪيوم چيمبر جي چوڌاري سولينائيڊ ڪوئل زخم جي ذريعي لاڳو ڪيو ويندو آهي.سولينائڊ جو مقناطيسي ميدان ٻرندڙ پلازما جي ريڊيل توسيع کي دٻائي ٿو ته جيئن RFQ ايپرچر تائين پهچائڻ دوران اعلي پلازما کثافت برقرار رکي.ٻئي طرف، پلازما drift دوران محوري رخ ۾ وڌندو رهي ٿو، هڪ ڊگهو پلازما ٺاهي ٿو.هڪ اعلي وولٹیج تعصب دھات جي برتن تي لاڳو ڪيو ويو آهي جنهن ۾ پلازما شامل آهي ٻاهر نڪرڻ واري بندرگاهه جي سامهون RFQ انليٽ تي.تعصب وولٹیج کي RFQ linac پاران مناسب رفتار لاءِ گهربل 7Li3+ انجيڪشن جي شرح مهيا ڪرڻ لاءِ چونڊيو ويو.
نتيجي ۾ پيدا ٿيندڙ ايبليشن پلازما ۾ نه رڳو 7Li3+، پر ٻين چارج رياستن ۾ ليٿيم ۽ آلودگي واري عنصر پڻ شامل آهن، جيڪي هڪ ئي وقت RFQ لڪير ايڪسيليٽر ڏانهن منتقل ڪيا ويندا آهن.RFQ linac استعمال ڪندي تيز تجربن کان اڳ، پلازما ۾ آئنز جي ساخت ۽ توانائي جي ورڇ جو مطالعو ڪرڻ لاءِ آف لائن ٽائيم آف فلائيٽ (TOF) تجزيو ڪيو ويو.تفصيلي تجزياتي سيٽ اپ ۽ مشاهدو ڪيل رياست جي چارج تقسيم طريقن جي سيڪشن ۾ وضاحت ڪئي وئي آهي.تجزيي مان معلوم ٿيو ته 7Li3+ آئن بنيادي ذرڙا هئا، جن جو حساب لڳ ڀڳ 54 سيڪڙو آهي سڀني ذرڙن جو، جيئن تصوير 3 ۾ ڏيکاريل آهي. تجزيي موجب، 7Li3+ آئن ڪرنٽ آئن بيم آئوٽ پٽ پوائنٽ تي اندازاً 1.87 mA آهي.تيز رفتار تجربن دوران، هڪ 79 mT solenoid فيلڊ کي وڌائڻ واري پلازما تي لاڳو ڪيو ويو آهي.نتيجي طور، 7Li3 + ڪرنٽ پلازما مان ڪڍيو ويو ۽ ڊيڪٽر تي مشاهدو ڪيو ويو 30 جي فيڪٽر کان وڌي ويو.
ليزر جي ٺاهيل پلازما ۾ آئن جا جزا حاصل ڪيل وقت جي پرواز جي تجزيي ذريعي.7Li1+ ۽ 7Li2+ آئن ترتيب سان 5% ۽ 25% آئن بيم ٺاهيندا آهن.6Li ذرڙن جو معلوم ٿيل حصو تجرباتي غلطي جي اندر ليٿيم ورق ٽارگيٽ ۾ 6Li (7.6٪) جي قدرتي مواد سان متفق آهي.ٿورڙي آڪسيجن آلودگي (6.2٪) ڏٺو ويو، خاص طور تي O1+ (2.1٪) ۽ O2+ (1.5٪)، جيڪو ليتيم ورق ٽارگيٽ جي سطح جي آڪسائيڊشن جي ڪري ٿي سگھي ٿو.
جيئن اڳ ۾ ذڪر ڪيو ويو آهي، ليتيم پلازما آر ايف جي لينڪ ۾ داخل ٿيڻ کان اڳ بغير فيلڊ واري علائقي ۾ وهندو آهي.RFQ linac جي ان پٽ ۾ هڪ ڌاتو جي ڪنٽينر ۾ 6 ملي ميٽر قطر جو سوراخ آهي، ۽ تعصب وولٹیج 52 kV آهي.جيتوڻيڪ RFQ اليڪٽرروڊ وولٽيج تيزيءَ سان ±29 kV 100 MHz تي تبديل ٿئي ٿو، وولٽيج محوري تيز رفتاري جو سبب بڻجندو آهي ڇاڪاڻ ته RFQ ايڪسيليٽر اليڪٽروڊز ۾ سراسري طور صفر جي صلاحيت هوندي آهي.ايپرچر ۽ RFQ اليڪٽرروڊ جي ڪنڊ جي وچ ۾ 10 ملي ايم جي خال ۾ پيدا ٿيندڙ مضبوط برقي فيلڊ جي ڪري، ايپرچر تي پلازما مان صرف مثبت پلازما آئنز ڪڍيا ويندا آهن.روايتي آئن پهچائڻ واري نظام ۾، آئنز کي پلازما کان الڳ ڪيو ويندو آهي برقي فيلڊ ذريعي ڪافي فاصلي تي RFQ ايڪسيليٽر جي سامهون ۽ پوءِ هڪ بيم فوڪسنگ عنصر ذريعي RFQ ايپرچر ۾ مرکوز ڪيو ويندو آهي.جڏهن ته، شديد نيوٽران ماخذ لاءِ گهربل سخت ڳري آئن بيم لاءِ، خلائي چارج جي اثرن جي ڪري غير لڪير واري رد ڪندڙ قوتون آئن ٽرانسپورٽ سسٽم ۾ بيم ڪرنٽ جي اهم نقصانن جو سبب بڻجي سگهن ٿيون، جيڪا تيز رفتاري کي محدود ڪري ٿي.اسان جي DPIS ۾، تيز-شدت واري آئن کي ٻرندڙ پلازما طور سڌو RFQ ايپرچر جي نڪرڻ واري نقطي ڏانهن منتقل ڪيو ويندو آهي، تنهنڪري خلائي چارج جي ڪري آئن بيم جو ڪو نقصان ناهي.هن مظاهري دوران، DPIS پهريون ڀيرو ليٿيم آئن بيم تي لاڳو ڪيو ويو.
RFQ ڍانچي کي گهٽ توانائي جي اعلي موجوده آئن بيم تي ڌيان ڏيڻ ۽ تيز ڪرڻ لاء تيار ڪيو ويو آهي ۽ پهرين آرڊر جي تيز رفتار لاء معيار بڻجي ويو آهي.اسان RFQ استعمال ڪيو 7Li3+ آئنز کي تيز ڪرڻ لاءِ 22 keV/n جي امپلانٽ توانائي مان 204 keV/n تائين.جيتوڻيڪ پلازما ۾ گهٽ چارج سان ليٿيم ۽ ٻيا ذرات پڻ پلازما مان ڪڍيا ويندا آهن ۽ آر ايف جي ايپرچر ۾ داخل ڪيا ويندا آهن، RFQ لينڪ صرف 7Li3+ جي ويجهو چارج-ٽو-ماس تناسب (Q/A) سان آئنز کي تيز ڪري ٿو.
انجير تي.شڪل 4 موجوده ٽرانسفارمر (CT) پاران RFQ linac ۽ Faraday cup (FC) جي آئوٽ پٽ تي مقناطيس جو تجزيو ڪرڻ کان پوءِ معلوم ڪيل موج فارمز کي ڏيکاري ٿو، جيئن تصوير ۾ ڏيکاريل آهي.2. سگنلن جي وچ ۾ وقت جي ڦيرڦار کي ڊيڪٽر جي جڳھ تي پرواز جي وقت ۾ فرق جي طور تي تشريح ڪري سگھجي ٿو.چوٽي آئن موجوده CT تي ماپي وئي 43 mA.RT پوزيشن ۾، رجسٽرڊ بيم ۾ نه رڳو آئنون شامل ٿي سگھن ٿيون جيڪي حساب ڪيل توانائي کي تيز ڪن ٿا، پر 7Li3+ کان سواء ٻيا آئن پڻ، جيڪي ڪافي تيز نه آھن.بهرحال، QD ۽ PC جي ذريعي مليل آئن ڪرنٽ فارمز جي هڪجهڙائي ظاهر ڪري ٿي ته آئن ڪرنٽ بنيادي طور تي تيز رفتار 7Li3+ تي مشتمل آهي، ۽ پي سي تي ڪرنٽ جي چوٽي جي قيمت ۾ گهٽتائي QD ۽ پي سي جي وچ ۾ آئن جي منتقلي دوران بيم جي نقصان جي ڪري ٿي. پي سي.نقصانات اها پڻ تصديق ڪئي وئي آهي لفافي جي تخليق ذريعي.7Li3+ بيم ڪرنٽ کي درست انداز ۾ ماپڻ لاءِ، شعاع کي ڊيپول مقناطيس سان تجزيو ڪيو ويندو جيئن ايندڙ حصي ۾ بيان ڪيو ويو آهي.
ڊيڪٽر پوزيشنز ۾ رڪارڊ ٿيل تيز بيم جا آسيلوگرامس CT (ڪارو وکر) ۽ FC (لال وکر).اهي ماپون ليزر پلازما جي پيداوار دوران فوٽو ڊيڪٽر پاران ليزر تابڪاري جي ڳولا جي ذريعي شروع ڪيا ويا آهن.ڪارو وکر RFQ لينڪ آئوٽ سان ڳنڍيل CT تي ماپيل موج ڏيکاري ٿو.RFQ linac جي ويجهو هجڻ جي ڪري، ڊيڪٽر 100 MHz RF شور کڻندو آهي، تنهنڪري هڪ 98 MHz گهٽ پاس FFT فلٽر کي هٽائڻ لاءِ لاڳو ڪيو ويو 100 MHz گونجندڙ RF سگنل کي هٽائڻ لاءِ.ڳاڙھو وکر FC تي موج کي ڏيکاري ٿو بعد ۾ تجزياتي مقناطيس 7Li3 + آئن بيم کي سڌو رستو ڏيکاريندو آھي.هن مقناطيسي ميدان ۾، 7Li3+ کان سواء، N6+ ۽ O7+ ٽرانسپورٽ ڪري سگهجي ٿو.
RFQ linac کان پوءِ آئن شعاع ٽن چوڪنڊاول فوڪسنگ مقناطيس جي هڪ سيريز سان مرڪوز ڪيو ويو آهي ۽ پوءِ آئن بيم ۾ نجاست کي ڌار ڪرڻ لاءِ ڊيپول ميگنيٽ ذريعي تجزيو ڪيو ويندو آهي.0.268 T جو مقناطيسي ميدان 7Li3+ بيم کي FC ۾ سڌو ڪري ٿو.هن مقناطيسي فيلڊ جي سڃاڻپ موج شڪل 4 ۾ ڳاڙهي وکر جي طور تي ڏيکاريل آهي. چوٽي جي بيم ڪرنٽ 35 mA تائين پهچندي آهي، جيڪا موجوده روايتي اليڪٽررو اسٽيٽڪ ايڪسيليٽرز ۾ پيدا ٿيندڙ هڪ عام Li3+ بيم کان 100 ڀيرا وڌيڪ آهي.شعاع جي نبض جي ويڪر 2.0 µs آهي پوري ويڪر اڌ ۾ وڌ ۾ وڌ.ڊيپول مقناطيسي فيلڊ سان 7Li3+ شعاع جو پتو لڳائڻ ڪامياب بنچنگ ۽ بيم جي تيز رفتاري کي ظاهر ڪري ٿو.ڊيپول جي مقناطيسي فيلڊ کي اسڪين ڪرڻ دوران FC پاران معلوم ڪيل آئن بيم ڪرنٽ تصوير 5 ۾ ڏيکاريل آهي. هڪ صاف واحد چوٽي ڏٺو ويو، چڱي طرح ٻين چوٽي کان الڳ.جيئن ته RFQ linac پاران ڊزائين انرجي لاءِ تمام تيز رفتار آئنون ساڳيا رفتار رکن ٿيون، ساڳيا Q/A سان آئن بيم ڊپول مقناطيسي شعبن کان الڳ ٿيڻ مشڪل آهن.تنهن ڪري، اسان 7Li3+ کان N6+ يا O7+ ۾ فرق نٿا ڪري سگهون.بهرحال، ناپاڪيءَ جي مقدار جو اندازو پاڙيسري چارج رياستن مان لڳائي سگهجي ٿو.مثال طور، N7+ ۽ N5+ آساني سان الڳ ڪري سگھجن ٿا، جڏهن ته N6+ ناپاڪيءَ جو حصو ٿي سگھي ٿو ۽ N7+ ۽ N5+ جي برابر مقدار ۾ موجود هجڻ جي توقع آهي.اندازي مطابق آلودگي جي سطح اٽڪل 2٪ آهي.
بيم جزو اسپيڪٽرا حاصل ڪيو ويو هڪ ڊپول مقناطيسي فيلڊ اسڪيننگ ذريعي.0.268 T تي چوٽي 7Li3+ ۽ N6+ سان ملندڙ جلندڙ آهي.چوٽي جي چوٽي سلٽ تي بيم جي سائيز تي منحصر آهي.وسيع چوٽيءَ جي باوجود، 7Li3+ 6Li3+، O6+، ۽ N5+ کان چڱيءَ طرح جدا ٿي وڃي ٿو، پر O7+ ۽ N6+ کان ناقص الڳ آهي.
FC جي جڳھ تي، بيم پروفائل جي تصديق پلگ ان اسڪينٽيليٽر سان ڪئي وئي ۽ تيز ڊجيٽل ڪئميرا سان رڪارڊ ڪئي وئي جيئن تصوير 6 ۾ ڏيکاريل آھي. 7Li3+ پلس ٿيل بيم 35 mA جي ڪرنٽ سان ھڪڙي حسابي RFQ ڏانھن تيز ٿي ڏيکاريو ويو آھي. 204 keV/n جي توانائي، جيڪا 1.4 MeV سان مطابقت رکي ٿي، ۽ ايف سي ڊيڪٽر ڏانهن منتقل ڪئي وئي آهي.
بيم پروفائل هڪ پري-FC اسڪينٽيليٽر اسڪرين تي مشاهدو ڪيو ويو آهي (فجي طرفان رنگيل، 2.3.0، https://imagej.net/software/fiji/).تجزياتي ڊيپول مقناطيس جي مقناطيسي فيلڊ کي لي 3 + آئن بيم جي تيز رفتار کي ڊزائين انرجي RFQ ڏانهن سڌو ڪرڻ لاء ٽيون ڪيو ويو.سائي علائقي ۾ نيري نقطا ناقص اسڪينٽيليٽر مواد جي ڪري آهن.
اسان 7Li3+ آئنز جي نسل حاصل ڪئي ليزر ايبليشن ذريعي هڪ مضبوط ليٿيم ورق جي مٿاڇري تي، ۽ هڪ اعلي موجوده آئن بيم کي پڪڙيو ويو ۽ تيز ڪيو ويو خاص طور تي ٺهيل RFQ لينڪ سان DPIS استعمال ڪندي.1.4 MeV جي بيم انرجي تي، مقناطيس جي تجزيي کان پوءِ 7Li3+ جو چوٽي موجوده FC تي پهچي ويو 35 mA.اها تصديق ڪري ٿي ته نيوٽران ماخذ جي عمل جو سڀ کان اهم حصو inverse kinematics سان لاڳو ڪيو ويو آهي تجرباتي طور تي.مقالي جي ھن حصي ۾، ھڪڙي ٺھيل نيوٽران ماخذ جي پوري ڊيزائن تي بحث ڪيو ويندو، جنھن ۾ ھاء انرجي ايڪسيليٽر ۽ نيوٽران ٽارگيٽ اسٽيشنون شامل آھن.ڊزائن اسان جي ليبارٽري ۾ موجود سسٽم سان حاصل ڪيل نتيجن تي ٻڌل آهي.اهو ياد رکڻ گهرجي ته آئن شعاع جي چوٽيءَ واري ڪرنٽ کي اڳتي وڌائي سگھجي ٿو ليٿيم ورق ۽ RFQ لينڪ جي وچ ۾ فاصلو مختصر ڪري.چانور.7 تجويز ڪيل ڪمپيڪٽ نيوٽران ماخذ جي سموري تصور کي ايڪسيليٽر تي بيان ڪري ٿو.
تجويز ڪيل ڪمپيڪٽ نيوٽران ماخذ جو تصوراتي ڊيزائن ايڪسيليٽر تي (ڊرائيو ويو فري ڪيڊ، 0.19، https://www.freecadweb.org/).ساڄي کان کاٻي طرف: ليزر آئن ماخذ، solenoid مقناطيس، RFQ لينڪ، وچولي توانائي جي بيم منتقلي (MEBT)، IH linac، ۽ نيوٽران نسل لاء رابطي واري چيمبر.تابڪاري جي حفاظت بنيادي طور تي پيش ڪيل هدايت ۾ مهيا ڪئي وئي آهي ڇاڪاڻ ته پيدا ڪيل نيوٽران بيم جي تنگ هدايت واري فطرت جي ڪري.
RFQ linac کان پوء، انٽر-ڊجيٽل H-structure (IH linac) 30 linac جي وڌيڪ تيزيءَ جي رٿابندي ڪئي وئي آهي.IH linacs π-mode drift tube structure استعمال ڪندا آهن ته جيئن تيز اليڪٽرڪ فيلڊ گريڊيئينٽ مهيا ڪن ته رفتار جي هڪ خاص حد تي.تصوراتي مطالعو ڪيو ويو 1D ڊگھي متحرڪ متحرڪ تخليق ۽ 3D شيل تخليق جي بنياد تي.حساب ڏيکاري ٿو ته هڪ 100 MHz IH linac هڪ مناسب drift ٽيوب وولٽيج سان (450 kV کان گهٽ) ۽ هڪ مضبوط فوڪسنگ مقناطيس 1.8 m جي فاصلي تي 1.4 کان 14 MeV تائين 40 mA بيم کي تيز ڪري سگهي ٿو.تيز رفتار زنجير جي آخر ۾ توانائي جي ورڇ جو اندازو لڳايو ويو آهي ± 0.4 MeV، جيڪو خاص طور تي نيوٽران جي انرجي اسپيڪٽرم تي اثر انداز نٿو ٿئي جيڪو نيوٽران جي تبديليءَ جي ٽارگيٽ ذريعي پيدا ٿئي ٿو.ان کان علاوه، شعاع جي خارج ٿيڻ جي صلاحيت ايتري گهٽ آهي ته بيم کي هڪ ننڍي بيم واري جاءِ تي فوڪس ڪرڻ لاءِ جيئن عام طور تي وچولي طاقت ۽ سائيز جي چوٿين مقناطيس لاءِ گهربل هجي.وچولي توانائي جي شعاع (MEBT) ٽرانسميشن ۾ RFQ linac ۽ IH linac جي وچ ۾، بيمفارمنگ گونج ڪندڙ بيمفارمنگ ڍانچي کي برقرار رکڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي.پاسي واري شعاع جي ماپ کي ڪنٽرول ڪرڻ لاءِ ٽي quadrupole مقناطيس استعمال ٿيندا آهن.هي ڊزائين حڪمت عملي ڪيترن ئي تيز رفتار 31,32,33 ۾ استعمال ڪئي وئي آهي.آئن ماخذ کان ٽارگيٽ چيمبر تائين سڄي سسٽم جي ڪل ڊيگهه 8 ميٽر کان گهٽ هجڻ جو اندازو لڳايو ويو آهي، جيڪو هڪ معياري نيم-ٽريلر ٽرڪ ۾ فٽ ٿي سگهي ٿو.
نيوٽران جي تبادلي جو هدف سڌو سنئون لڪير ايڪسيليٽر کان پوء نصب ڪيو ويندو.اسان اڳئين مطالعي جي بنياد تي ٽارگيٽ اسٽيشن ڊيزائن تي بحث ڪندا آهيون inverse kinematic scenarios23 استعمال ڪندي.رپورٽ ٿيل تبادلي جي هدفن ۾ شامل آهن جامد مواد (پوليپروپيلين (C3H6) ۽ ٽائيٽينيم هائيڊروڊ (TiH2)) ۽ گيسس ٽارگيٽ سسٽم.هر مقصد جا فائدا ۽ نقصان آهن.مضبوط هدفن کي درست ٿلهي ڪنٽرول جي اجازت ڏين ٿا.هدف جيترو پتلي هوندو، اوترو وڌيڪ صحيح نيوٽران جي پيداوار جي فضائي ترتيب.بهرحال، اهڙن مقصدن ۾ اڃا به ڪجهه حد تائين ناپسنديده ايٽمي رد عمل ۽ تابڪاري ٿي سگهي ٿي.ٻئي طرف، هڪ هائيڊروجن ٽارگيٽ 7Be جي پيداوار کي ختم ڪندي صاف ماحول فراهم ڪري سگهي ٿو، ايٽمي ردعمل جي مکيه پيداوار.بهرحال، هائيڊروجن وٽ ڪمزور رڪاوٽ جي صلاحيت آهي ۽ ڪافي توانائي ڇڏڻ لاءِ وڏي جسماني فاصلي جي ضرورت آهي.هي TOF ماپن لاءِ ٿورڙو نقصانڪار آهي.ان کان علاوه، جيڪڏهن هڪ ٿلهي فلم هڪ هائيڊروجن ٽارگيٽ کي سيل ڪرڻ لاء استعمال ڪيو ويندو آهي، اهو ضروري آهي ته پتلي فلم ۽ واقعا ليٿيم بيم پاران پيدا ڪيل گاما شعاعن جي توانائي جي نقصان کي حساب ۾ رکڻو پوندو.
LICORNE پوليوپروپيلين هدفن کي استعمال ڪري ٿو ۽ ٽارگيٽ سسٽم کي ٽينٽيلم ورق سان سيل ٿيل هائڊروجن سيلز ۾ اپڊيٽ ڪيو ويو آهي.7Li34 لاءِ 100 nA جي بيم ڪرنٽ کي فرض ڪندي، ٻئي ٽارگيٽ سسٽم 107 n/s/sr تائين پيدا ڪري سگھن ٿا.جيڪڏهن اسان هن دعويٰ ڪيل نيوٽران جي پيداوار جي تبديلي کي اسان جي تجويز ڪيل نيوٽران ماخذ تي لاڳو ڪريون ٿا، ته پوءِ هر ليزر نبض لاءِ 7 × 10-8 C جي ليٿيم تي هلندڙ شعاع حاصل ڪري سگهجي ٿو.ان جو مطلب اهو آهي ته ليزر کي صرف ٻه ڀيرا في سيڪنڊ فائر ڪرڻ سان 40 سيڪڙو وڌيڪ نيوٽران پيدا ٿين ٿا جيڪي LICORNE هڪ سيڪنڊ ۾ مسلسل بيم سان پيدا ڪري سگھن ٿا.ڪل flux آساني سان وڌائي سگهجي ٿو ليزر جي excitation تعدد وڌائڻ سان.جيڪڏهن اسان فرض ڪريون ٿا ته مارڪيٽ تي 1 kHz ليزر سسٽم آهي، سراسري نيوٽران وهڪري کي آساني سان ماپ ڪري سگهجي ٿو اٽڪل 7 × 109 n/s/sr.
جڏهن اسان پلاسٽڪ جي هدفن سان اعلي ريپٽيشن ريٽ سسٽم استعمال ڪريون ٿا، اهو ضروري آهي ته هدفن تي گرمي جي پيداوار کي ڪنٽرول ڪيو وڃي ڇاڪاڻ ته، مثال طور، پولي پروپيلين جو گهٽ پگھلڻ وارو نقطو 145-175 °C آهي ۽ گهٽ حرارتي چالکائي 0.1-0.22 W/ آهي. م/ڪ14 MeV ليٿيم-آئن بيم لاءِ، 7 µm ٿلهو پوليوپروپيلين ٽارگيٽ بيم توانائي کي رد عمل جي حد تائين گھٽائڻ لاءِ ڪافي آهي (13.098 MeV).ٽارگيٽ تي هڪ ليزر شاٽ ذريعي پيدا ٿيندڙ آئن جي مجموعي اثر کي مدنظر رکندي، پوليوپروپيلين ذريعي ليتيم آئنز جي توانائي ڇڏڻ جو اندازو لڳايو ويو آهي 64 mJ/pulse.فرض ڪيو ته سموري توانائي هڪ دائري ۾ 10 ملي ميٽر جي قطر سان منتقل ڪئي وئي آهي، هر نبض تقريبا 18 ڪلوگرام / نبض جي گرمي پد جي واڌ سان مطابقت رکي ٿي.پوليوپروپيلين هدفن تي توانائي ڇڏڻ سادي مفروضي تي مبني آهي ته توانائي جا سڀئي نقصان گرمي جي طور تي محفوظ ڪيا ويندا آهن، بغير ڪنهن تابڪاري يا گرمي جي ٻين نقصانن جي.جيئن ته في سيڪنڊ ۾ دال جي تعداد کي وڌائڻ لاءِ گرمي جي ٺهڻ جي خاتمي جي ضرورت آهي، اسان ساڳئي پوائنٽ 23 تي توانائي ڇڏڻ کان بچڻ لاءِ پٽي ٽارگيٽ استعمال ڪري سگهون ٿا.100 Hz جي ليزر ريپٽيشن جي شرح سان ٽارگيٽ تي 10 ملي ايم بيم جي جڳهه کي فرض ڪندي، پوليوپروپيلين ٽيپ جي اسڪيننگ جي رفتار 1 m/s هوندي.جيڪڏهن بيم اسپاٽ اوورليپ جي اجازت ڏني وڃي ته وڌيڪ ورجائي جي شرح ممڪن آهي.
اسان ھائڊروجن بيٽرين سان ھدف جي تحقيق پڻ ڪئي، ڇو ته ھدف کي نقصان پھچائڻ کانسواءِ مضبوط ڊرائيو بيم استعمال ڪري سگھجن ٿا.گيس چيمبر جي ڊگھائي ۽ اندر جي هائڊروجن پريشر کي تبديل ڪندي نيوٽران بيم کي آساني سان ترتيب ڏئي سگهجي ٿو.ٿلهي ڌاتو ورق اڪثر تيز رفتار ۾ استعمال ڪيا ويندا آهن ته جيئن هدف جي گيس واري علائقي کي ويڪيوم کان الڳ ڪري سگهجي.تنهن ڪري، ورق تي توانائي جي نقصان جي تلافي ڪرڻ لاء ان واقعي جي ليتيم آئن بيام جي توانائي کي وڌائڻ ضروري آهي.رپورٽ 35 ۾ بيان ڪيل ٽارگيٽ اسيمبلي 3.5 سينٽي ڊگهو هڪ ايلومينيم ڪنٽينر تي مشتمل آهي H2 گيس پريشر 1.5 atm سان.16.75 MeV ليٿيم آئن بيم ايئر کولڊ 2.7 µm Ta ورق ذريعي بيٽري ۾ داخل ٿئي ٿو، ۽ بيٽري جي آخر ۾ ليٿيم آئن بيم جي توانائي رد عمل جي حد تائين گھٽجي وڃي ٿي.ليٿيم آئن بيٽرين جي بيم انرجي کي 14.0 MeV کان 16.75 MeV تائين وڌائڻ لاءِ، IH linac کي اٽڪل 30 سينٽي ميٽر ڊگهو ڪرڻو پوندو.
گيس سيل جي هدفن مان نيوٽران جي اخراج جو پڻ اڀياس ڪيو ويو.مٿي ذڪر ڪيل LICORNE گيس جي هدفن لاءِ، GEANT436 سموليشن ڏيکاري ٿو ته مخروطي اندر انتهائي مبني نيوٽران ٺاهيا ويا آهن، جيئن شڪل 1 ۾ ڏيکاريل آهي [37].حوالو 35 ڏيکاري ٿو توانائي جي حد 0.7 کان 3.0 MeV تائين، وڌ ۾ وڌ ڪون اوپننگ 19.5° جي نسبت سان مکيه شعاع جي پروپيگيشن جي هدايت سان.اعليٰ مبني نيوٽران تمام گھڻين زاوين تي حفاظتي مواد جي مقدار کي گھٽائي سگھن ٿا، ساخت جي وزن کي گھٽائي سگھن ٿا ۽ ماپ جي سامان جي تنصيب ۾ وڌيڪ لچڪ فراهم ڪري سگھن ٿا.تابڪاري جي تحفظ جي نقطي نظر کان، نيوٽرانن کان علاوه، هي گيس وارو ٽارگيٽ 478 keV گاما شعاعن کي سينٽروڊ ڪوآرڊينيٽ سسٽم ۾ آئسوٽراپي طور خارج ڪري ٿو38.اهي γ-شعاع 7Be decay ۽ 7Li deexcitation جي نتيجي ۾ پيدا ٿين ٿا، جيڪو تڏهن ٿئي ٿو جڏهن پرائمري لي شعاع ان پٽ ونڊو Ta سان ٽڪرائجي ٿو.جڏهن ته، هڪ ٿلهي 35 Pb/Cu سلنڊر ڪليميٽر شامل ڪندي، پس منظر کي خاص طور تي گهٽائي سگهجي ٿو.
متبادل ھدف جي طور تي، ھڪڙو پلازما ونڊو استعمال ڪري سگھي ٿو [39, 40]، جيڪو اھو ممڪن بڻائي ٿو ھڪڙو نسبتا وڌيڪ ھائڊروجن پريشر حاصل ڪرڻ ۽ نيوٽران نسل جو ھڪڙو ننڍڙو فضائي علائقو، جيتوڻيڪ اھو مضبوط ھدف کان گھٽ آھي.
اسان GEANT4 استعمال ڪندي ليٿيم آئن بيم جي متوقع توانائي جي ورڇ ۽ بيم جي ماپ لاءِ نيوٽران جي تبادلي جي ھدف واري اختيارن جي تحقيق ڪري رھيا آھيون.اسان جا نمونا ڏيکارين ٿا نيوٽران توانائي جي مسلسل ورهاست ۽ هائيڊروجن مقصدن لاءِ ڪنولر تقسيم مٿين ادب ۾.ڪنهن به ٽارگيٽ سسٽم ۾، انتهائي مبني نيوٽران پيدا ڪري سگھجن ٿا هڪ انورس ڪائنيميٽڪ رد عمل جي ذريعي، جيڪو مضبوط 7Li3+ شعاع ذريعي هلي ٿو، هائيڊروجن سان مالا مال ٽارگيٽ تي.تنهن ڪري، نئين نيوٽران ذريعن کي لاڳو ڪري سگهجي ٿو اڳ ۾ موجود ٽيڪنالاجي کي گڏ ڪندي.
ليزر شعاع جي حالتون تيزيءَ واري مظاهري کان اڳ آئن بيم جي نسل جا تجربا ٻيهر پيدا ڪيا.ليزر هڪ ڊيسڪ ٽاپ nanosecond Nd:YAG سسٽم آهي جنهن ۾ ليزر جي طاقت جي کثافت 1012 W/cm2 آهي، 1064 nm جي بنيادي موج جي ڊيگهه، 800 mJ جي اسپاٽ توانائي، ۽ 6 ns جي نبض جي مدت.ھدف تي جڳھ جي قطر جو اندازو لڳايو ويو آھي 100 µm.ڇاڪاڻ ته ليٿيم ڌاتو (الفا ايسر، 99.9٪ خالص) ڪافي نرم آهي، خاص طور تي ڪٽيل مواد کي ٺهيل ۾ دٻايو ويندو آهي.ورق طول و عرض 25mm × 25mm، ٿولهه 0.6mm.ڪرٽر جهڙو نقصان ٽارگيٽ جي مٿاڇري تي ٿئي ٿو جڏهن هڪ ليزر ان کي ماريندو آهي، تنهنڪري ٽارگيٽ کي موٽر واري پليٽ فارم ذريعي منتقل ڪيو ويندو آهي ته جيئن هر ليزر شاٽ سان ٽارگيٽ جي مٿاڇري جو تازو حصو مهيا ڪري سگهجي.رهجي ويل گيس جي ڪري ٻيهر ٺهڻ کان بچڻ لاءِ، چيمبر ۾ دٻاءُ 10-4 Pa جي حد کان هيٺ رکيو ويو.
ليزر پلازما جو شروعاتي حجم ننڍڙو آهي، ڇاڪاڻ ته ليزر جي جڳهه جي ماپ 100 μm آهي ۽ ان جي نسل کان پوء 6 ns جي اندر.حجم کي صحيح نقطي طور ورتو وڃي ٿو ۽ وڌايو وڃي ٿو.جيڪڏهن ڊيڪٽر هدف جي مٿاڇري کان ايڪس ايم جي فاصلي تي رکيل آهي، پوء موصول ٿيل سگنل رشتي جي فرمانبرداري ڪري ٿو: آئن موجوده I، آئن جي آمد وقت ٽي، ۽ نبض جي چوٽي τ.
ٺاهيل پلازما جو مطالعو TOF طريقي سان ڪيو ويو FC ۽ هڪ انرجي آئن اينالائيزر (EIA) سان جيڪو ليزر ٽارگيٽ کان 2.4 ميٽر ۽ 3.85 ميٽر جي فاصلي تي واقع آهي.FC وٽ اليڪٽرانن کي روڪڻ لاءِ -5 kV جي طرف کان دٻائڻ وارو گرڊ آهي.EIA وٽ هڪ 90 درجا اليڪٽررو اسٽيٽڪ ڊفلڪٽر آهي جنهن ۾ ٻه coaxial metal cylindrical electrodes آهن هڪ ئي وولٽيج سان پر مخالف پولارٽي، ٻاهران مثبت ۽ اندر ۾ منفي.وڌندي پلازما کي سلاٽ جي پويان ڦيرائيندڙ ڏانهن هدايت ڪئي وئي آهي ۽ سلنڈر مان گذرڻ واري برقي فيلڊ طرفان ڦيرايو ويندو آهي.تعلق کي مطمئن ڪندڙ آئنز E/z = eKU ثانوي اليڪٽران ملٽيپليئر (SEM) (Hamamatsu R2362) استعمال ڪندي ڳوليا ويندا آهن، جتي E، z، e، K، ۽ U آهن آئن توانائي، چارج جي حالت، ۽ چارج EIA جاميٽري عنصر آهن. .اليڪٽران، ترتيب سان، ۽ الیکٹروڊز جي وچ ۾ امڪاني فرق.ڊفلڪٽر ۾ وولٹیج کي تبديل ڪندي، هڪ توانائي حاصل ڪري سگهي ٿو ۽ پلازما ۾ آئنز جي چارج ورڇ.سوائپ وولٽيج U/2 EIA 0.2 V کان 800 V جي حد ۾ آهي، جيڪو 4 eV کان 16 keV في چارج اسٽيٽ جي حد ۾ آئن توانائي سان ملندو آهي.
آئنز جي چارج اسٽيٽ جي تقسيم ليزر شعاعن جي حالتن جي تحت تجزيو ڪيو ويو سيڪشن ۾ بيان ڪيل "مڪمل طور تي پٽي ٿيل ليٿيم بيم جي نسل" ۾ ڏيکاريل آهي.8.
آئنز جي چارج جي رياست جي ورڇ جو تجزيو.ھتي آھي آئن جي موجوده کثافت واري وقت جو پروفائل EIA سان تجزيو ڪيو ويو آھي ۽ مساوات کي استعمال ڪندي ليٿيم ورق کان 1 ميٽر تي ماپيو ويو آھي.(1) ۽ (2).استعمال ڪريو ليزر شعاع جي حالتن ۾ بيان ڪيل "مڪمل طور تي Exfoliated Lithium بيام جي نسل" سيڪشن.هر موجوده کثافت کي ضم ڪرڻ سان، پلازما ۾ آئن جو تناسب حساب ڪيو ويو، شڪل 3 ۾ ڏيکاريل آهي.
ليزر آئن ذريعا هڪ تيز چارج سان هڪ شديد ملٽي ايم اي آئن بيم پهچائي سگھن ٿا.تنهن هوندي به، بيم پهچائڻ تمام ڏکيو آهي خلائي چارج جي ڀڃڪڙي جي ڪري، تنهنڪري اهو وڏي پيماني تي استعمال نه ڪيو ويو.روايتي اسڪيم ۾، آئن بيم پلازما مان ڪڍيا ويندا آهن ۽ بيم لائن سان گڏ پرائمري ايڪسليٽر ڏانهن منتقل ڪيا ويندا آهن ڪيترن ئي ڌيان ڏيڻ واري مقناطيس سان گڏ آئن بيم کي شڪل ڏيڻ لاءِ ايڪسيليٽر جي کڻڻ جي صلاحيت مطابق.خلائي چارج فورس شعاعن ۾، شعاع غير لڪيريءَ سان ڌار ٿي ويندا آهن، ۽ شعاع جا سنگين نقصان، خاص ڪري گهٽ رفتار واري علائقي ۾.طبي ڪاربن تيز ڪندڙ جي ترقي ۾ هن مسئلي کي ختم ڪرڻ لاء، هڪ نئين DPIS41 بيم پهچائڻ واري منصوبي جي تجويز ڪيل آهي.اسان هن ٽيڪنڪ کي نئين نيوٽران ماخذ کان طاقتور ليٿيم آئن بيم کي تيز ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو آهي.
جيئن تصوير ۾ ڏيکاريل آهي.4، خلا جنهن ۾ پلازما ٺاهي ۽ وڌايو وڃي ٿو هڪ ڌاتو ڪنٽينر سان گھريل آهي.بند ٿيل جاء RFQ گونج ڪندڙ جي داخلي تائين وڌندي آهي، جنهن ۾ حجم شامل آهي solenoid coil اندر.52 kV جو وولٹیج ڪنٽينر تي لاڳو ڪيو ويو.RFQ گونجندڙ ۾، آئن کي ممڪن طور تي 6 ملي ميٽر قطر جي سوراخ ذريعي RFQ کي گرائونڊ ڪندي ڇڪايو ويندو آهي.بيم جي لڪير تي غير لڪير ڦرندڙ قوتون ختم ٿي وينديون آهن جيئن آئن پلازما رياست ۾ منتقل ڪيا ويندا آهن.ان کان علاوه، جيئن مٿي ذڪر ڪيو ويو آهي، اسان DPIS سان ميلاپ ۾ هڪ solenoid فيلڊ لاڳو ڪيو ۽ ڪنٽرول ايپرچر ۾ آئن جي کثافت کي وڌائڻ لاء.
RFQ ايڪسيليٽر هڪ سلنڊريڪل ويڪيوم چيمبر تي مشتمل آهي جيئن تصوير ۾ ڏيکاريل آهي.9a.ان جي اندر، آڪسيجن کان سواءِ ٽامي جا چار ڇنڊا رکيا ويا آهن شعاع جي محور جي چوڌاري quadrupole-symmetrically (Fig. 9b).4 روڊ ۽ چيمبرز هڪ گونج ڪندڙ آر ايف سرڪٽ ٺاهيندا آهن.حوصلا افزائي آر ايف فيلڊ هڪ وقت-مختلف وولٹیج ٺاهي ٿو راڊ ۾.محور جي چوڌاري ڊگھي طور تي لڳل آئن کي چوڏهينءَ جي ميدان ۾ رکيل هوندو آهي.ساڳي ئي وقت، ڇت جي ٽپ کي هڪ محوري برقي ميدان ٺاهڻ لاء ماڊل ڪيو ويو آهي.محوري فيلڊ انجيڪٽ ٿيل لڳاتار بيم کي بيم پلس جي هڪ سيريز ۾ ورهائي ٿو جنهن کي بيم سڏيو ويندو آهي.هر بيم هڪ مخصوص آر ايف جي چڪر واري وقت (10 ns) جي اندر شامل آهي.ڀرسان بيم ريڊيو فریکوئنسي جي مدت جي مطابق فاصلو آهن.RFQ linac ۾، هڪ 2 µs بيام هڪ ليزر آئن ماخذ مان 200 شعاعن جي تسلسل ۾ بدلجي ٿو.بيم وري حساب ڪيل توانائي ڏانهن تيز ڪيو ويندو آهي.
لڪير تيز ڪندڙ RFQ.(a) (کاٻي) RFQ لينڪ چيمبر جو خارجي نظارو.(b) (ساڄي) چيمبر ۾ چار-رڊ اليڪٽرروڊ.
RFQ linac جي مکيه ڊيزائن جا پيرا ميٽرز آهن راڊ وولٽيج، گونج فريڪوئنسي، بيم هول ريڊيس، ۽ اليڪٽروڊ ماڊلوليشن.راڊ ± 29 kV تي وولٽيج کي منتخب ڪريو ته جيئن ان جو برقي ميدان برقي بريڪ ڊائون حد کان هيٺ هجي.گونج جي فريڪوئنسي جيتري گھٽ هوندي، اوتري ئي پسماندگيءَ تي ڌيان ڏيڻ واري قوت ۽ ننڍي اوسط ايڪسلريشن فيلڊ.وڏي ايپرچر ريڊيئي ان کي ممڪن بڻائي ٿي ته شعاع جي سائيز کي وڌايو وڃي ۽ نتيجي طور، ننڍي اسپيس چارج ريپوليشن جي ڪري بيم ڪرنٽ کي وڌايو.ٻئي طرف، وڏي ايپرچر ريڊي کي RFQ لينڪ کي طاقت ڏيڻ لاءِ وڌيڪ آر ايف پاور جي ضرورت آهي.ان کان سواء، اهو سائيٽ جي معيار جي گهرج تائين محدود آهي.انهن بيلنس جي بنياد تي، گونجندڙ فريڪوئنسي (100 MHz) ۽ ايپرچر ريڊيس (4.5 ملي ايم) کي اعلي-موجوده بيم جي رفتار لاءِ چونڊيو ويو.ماڊل کي بيم جي نقصان کي گهٽائڻ ۽ تيز رفتار ڪارڪردگي کي وڌائڻ لاء چونڊيو ويو آهي.RFQ لينڪ ڊيزائن ٺاهڻ لاءِ ڊيزائن کي ڪيترائي ڀيرا بهتر ڪيو ويو آهي جيڪو 7Li3+ آئنز کي 40 mA تي 22 keV/n کان 204 keV/n تائين 2 m جي اندر تيز ڪري سگهي ٿو.تجربي دوران ماپيل آر ايف پاور 77 ڪلوواٽ هئي.
RFQ linacs هڪ مخصوص Q/A رينج سان آئنز کي تيز ڪري سگھن ٿا.تنهن ڪري، جڏهن هڪ شعاع جو تجزيو ڪيو وڃي ته هڪ لڪير تيز رفتار جي آخر ۾ فيڊ ڪيو وڃي، اهو ضروري آهي ته آئوٽوپس ۽ ٻين مادي کي حساب ۾ رکڻ گهرجي.ان کان علاوه، گهربل آئن، جزوي طور تي تيز، پر ايڪسيليٽر جي وچ ۾ تيز رفتار جي حالتن ۾ هيٺ ڏنل آهن، اڃا به پسمانده قيد کي پورا ڪري سگهن ٿا ۽ آخر تائين پهچائي سگھجن ٿيون.انجينئر ٿيل 7Li3+ ذرات کان سواءِ ناپسنديده شعاعن کي نجاست چئبو آهي.اسان جي تجربن ۾، 14N6+ ۽ 16O7+ نجاست سڀ کان وڏي ڳڻتي هئي، ڇاڪاڻ ته ليٿيم ڌاتو ورق هوا ۾ آڪسيجن ۽ نائٽروجن سان رد عمل ظاهر ڪري ٿو.انهن آئنز وٽ هڪ Q/A تناسب آهي جنهن کي 7Li3+ سان تيز ڪري سگهجي ٿو.اسان ڊيپول مقناطيس استعمال ڪندا آهيون مختلف معيار ۽ معيار جي بيم کي الڳ ڪرڻ لاءِ RFQ لينڪ کان پوءِ بيم جي تجزيي لاءِ.
RFQ linac کان پوءِ بيم لائن ٺهيل آهي مڪمل طور تي تيز رفتار 7Li3+ بيم کي ڊيپول مقناطيس کان پوءِ ايف سي تائين پهچائڻ لاءِ.-400 V تعصب اليڪٽروڊس استعمال ڪيا ويندا آھن کپ ۾ ثانوي اليڪٽرانن کي دٻائڻ لاءِ صحيح طور تي آئن بيم ڪرنٽ کي ماپڻ لاءِ.هن نظريي سان، آئن پيچرن کي ڊيپولز ۾ ورهايو ويو آهي ۽ مختلف هنڌن تي مرڪوز ڪيو ويو آهي Q/A جي بنياد تي.مختلف عنصرن جي ڪري، جهڙوڪ مومينٽم ڊفيوشن ۽ اسپيس چارج ريپوليشن، فوڪس تي بيم جي هڪ خاص ويڪر آهي.نسلن کي صرف ان صورت ۾ الڳ ڪري سگهجي ٿو جڏهن ٻن آئن نسلن جي مرڪزي پوزيشن جي وچ ۾ فاصلو بيم جي ويڪر کان وڌيڪ هجي.سڀ کان وڌيڪ ممڪن قرارداد حاصل ڪرڻ لاء، هڪ افقي سلٽ بيم جي ويجھو نصب ڪيو ويو آهي، جتي بيم عملي طور تي مرڪوز آهي.سليٽ ۽ پي سي جي وچ ۾ هڪ اسڪينٽيليشن اسڪرين (CsI (Tl) سينٽ گوبين، 40 ملي ايم × 40 ملي ايم × 3 ملي ايم) نصب ڪيو ويو.اسڪينٽيليٽر کي استعمال ڪيو ويو ننڍي کان ننڍي سلٽ جو تعين ڪرڻ لاءِ جنهن ۾ ٺهيل ذرڙن کي بهترين ريزوليوشن لاءِ گذرڻو پوندو هو ۽ اعليٰ موجوده ڳري آئن شعاعن لاءِ قابل قبول شعاع جي سائز کي ظاهر ڪرڻ لاءِ.اسڪينٽيليٽر تي بيم جي تصوير سي سي ڊي ڪيمرا ذريعي ويڪيوم ونڊو ذريعي رڪارڊ ڪئي وئي آهي.پوري شعاع جي نبض جي چوٽي کي ڍڪڻ لاءِ نمائش واري وقت جي ونڊو کي ترتيب ڏيو.
موجوده مطالعي ۾ استعمال ٿيل يا تجزيو ڪيل ڊيٽا سيٽ مناسب درخواست تي لاڳاپيل ليکڪن کان دستياب آهن.
مانڪي، I. وغيره.مقناطيسي ڊومينز جي ٽن-dimensional تصويرن.قومي ڪميونٽي.1، 125. https://doi.org/10.1038/ncomms1125 (2010).
اينڊرسن، آئي ايس وغيره.تيز رفتار تي ڪمپيڪٽ نيوٽران ذريعن جي مطالعي جا امڪان.فزڪسريپ 654، 1-58.https://doi.org/10.1016/j.physrep.2016.07.007 (2016).
ارچوولي، اي وغيره.نيوٽران جي بنياد تي ڪمپيوٽيڊ مائڪروٽوموگرافي: پلائيبيٽس ڪيٽيلونيا ۽ باربرپيٿيڪس هيرزليري ٽيسٽ ڪيسز طور.ها.جي فزڪس.علم بشریات.166، 987-993.https://doi.org/10.1002/ajpa.23467 (2018).