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AccLab BmSci ICRKyotoUniversity
中性子源についてーあれこれー
岩下芳久 京都大学
Cross Section 7MeV Proton Linac AFRD, LBL (courtesy of Jani Reionen) LINAC SYSTEMS Applied Pulsed Power Plasma Target D+D reaction driven by LASER
もくじ
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M.R. Hawkesworth, Neutron Radiography: Equipment and Methods,
Atomic Energy Review 15, No. 2, 169-220, 1977.
n⋅µC-1 = n/(µA⋅s)
→ ~1012 n/s @ 1mAave
Neutron yield
D + T → 4He + n (14MeV)
D + D → T + p → 3He + n (2.5MeV)
p + 7Li → 7Be + n [全237keV]
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n⋅µC-1 = n/(µA⋅s) → ~1012 n/s @ 1mAave
繰り返し最大:25Hz パルス幅最大:1ms
→ duty=0.025 40mA peak @ 2.5MeVGood for RFQ
繰り返し最大:25Hz パルス幅 = 1µs
→ duty=2.5x10-5 40A peak ????
May be for Induction Accelerator
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ICR 7MeV Proton LinacRFQ-2MeVDTL-7MeV
design value: 50mApk
<180pps, 50µsduty <~1%
Klystron: L5773duty<6%, tw<1ms
<1.25MWpk
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PAC05
AccLab BmSci ICRKyotoUniversityAccelerator and Fusion Research Division Ion Beam Technology ProgramLBNL
PAC ’05, 5/20/05 Slide 1
High Voltage Shielded Axial Neutron Generator
RF-induction ion source with external antenna
Secondary electron filter shroud
Titanium coated water-cooled target
High voltage insulator
Voltage feed-through with coiled water cooling line
• D-D neutron yield of 108 n/s
• 1-2 mA of beam current and 80 kV of acceleration voltage
• Designed and fabricated for Nuclear Engineering Department, U.C. Berkeley
• Replaces the 252Cf radioactive source
Courtsy of Jani Reijonen
108n/s1-2mA, 80kV
AccLab BmSci ICRKyotoUniversityAccelerator and Fusion Research Division Ion Beam Technology ProgramLBNL
PAC ’05, 5/20/05 Slide 2
High Yield Coaxial D-D Neutron Generator for NCT (Neutron Capture Therapy) Application
High Voltage Shield
Target Water Manifold
Al2O3 High Voltage Insulator
Target Cylinder
Secondary Electron Filter Electrode
Ion Source
RF-Induction Antenna
Vacuum Chamber
RF-Antenna Guide
Vacuum Pump
Courtsy of Jani Reijonen
1011n/s350mA120kV
AccLab BmSci ICRKyotoUniversityAccelerator and Fusion Research Division Ion Beam Technology ProgramLBNL
PAC ’05, 5/20/05 Slide 3
Coaxial D-D Neutron Generator for EUROSIA in Turin, Italy
— D-D neutron output 1011 n/s
• 120 kV of acceleration voltage
• 350 mA of extracted D+
current
— Coaxial design with multi extraction slits
— Delivered to the University of Turin, Italy in November 2004 for NCT studies
Courtsy of Jani Reijonen
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200 MHz, 0.75 MeV, 2.5 MeV, 20 mA (operating value, not current limit), and 100%.
RFQ has a space charge limit of 60 mA. Common practice says not to exceed half of that.
Date: Sat, 12 Nov 2005 12:14:50 -0700
The RFQ conditioned up very nicely, and continues to do that after each exposure to air. When putting 10 mA of current into the RFQ, we accelerate about 6 mA of protons. Some unknown fraction of the input beam is H2+.
We are tuning the resonant coupler today in preparation for exciting the combined structures with rf power. Soon thereafter, we will be looking for accelerated beam through the entire system.
Linac Systems
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Typical MAP I System Specifications for Ion Beam Surface Treatment
Accelerating voltage 400 kVBeam current 40 kABeam current density (at anode) 200 A/cm2Pulse width 100 nsRepetition rate 5 pulses/sEnergy density at target > 5 J/cm2Target area >100 cm2Design lifetime (excluding consumables) >107
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Pulselac
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MAP Ion diode (Magnetically Accelerated Plasma)
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1MV
GND-0.5MV
Ion Source1MV?
Acceleration+1MV?
Target-0.5MV
beam dump
(<2MeV)
冷中性子減速材
熱中性子減速材Gas or plasma target
ガスまたはプラズマターゲット
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proton beam
Li
Laser
Li Plasma
Vacuum Pump
-0.5MV?
プラズマターゲット
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黎明研究報告書テーブルトップ中性子源の具現化に
向けての基礎研究
京都大学化学研究所岩下芳久
平成16年2月24日
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実験セットアップ広島大学1TWレーザー
トムソンパラボラ
レーザービーム
●結晶 Ti:Sapphire ●波長 ~800nm●エネルギー ~25mJ●パルス幅 ~50fs
●集光径 ~ 7.5 m
●集光強度 ~2 x 1017W/cm2
OAPミラー
ポリエチブロック
ターゲット
鉛板
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45deg
ターゲット
トムソンパラボラポリエチブロック
30mm5mm
鉛板
CR39
150mm
ボロン入りゴム
He3検出器
鉛シート
400mm
検出器の配置
実験チェンバー内
OAP
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ターゲット
CD2 ~30 m
レーザー
CD2 ~300 m
SUS製ターゲットホルダー
D+n(?)
厚さ30 mのCD2にレーザーを照射し
てD+イオンを生成し、それをター
ゲットホルダー裏側の厚さ300 mの
CD2に入射することで、dd反応が起こり、中性子が生成される。
ターゲットは一度照射すると穴が開くため、照射ごとにターゲット位置は移動させる。
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実験結果●He3検出器 : 実験チェンバー内においたHe3検出器からはほぼ各ショットごとに信号が得られたが、チェンバー外に置いたHe3検出器からは希にしか信号が得られなかった。このことから、チェンバー内のHe3検出器のX線に対するシールドや配置の選択が十分ではなかった可能性があり、観測された信号が中性子によるものか同定することはできなかった。 ●中性子用イメージングプレート : バックグラウンドと信号の区別がつかず、ボロン入りゴムの陰も観測できなかった。
●トムソンパラボラ :
1cm
q/E
q/p
C4+C3+
C1+340keV@C2+760keV@C3+
3MeV@C6+1MeV@D+
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0
2
4
6
8
1 0
1 2
1 4
1 6
1 8
2 0
Front
0
1
2
3
4
Rear
1/2.5mm2 1/20mm2
01020304050607080
0 0.5 1 1.5 2 2.5X [mm]
0246810121416
0 0.5 1 1.5 2 2.5X [mm]
●CR39 :
ピット総数表面:500個裏面:50個
100n/cm2/shot
このピットが中性子によるものかどうかは、セッティングの変更やフィルターの等を用いて検証する必要がある。
n
ポリエチブロック
p+
p+
CR39ボロン入りゴム
C+
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●レーザーを照射した上流側に1MeV程度の重水素イオンを確認した。これは核融合反応を起こして中性子を発生させるには十分なエネルギーである。 ●レーザーを照射した下流側において、CR39によって観測されたピットが中性子によるものだと仮定すると、100n/cm2/shotのフルエンスに相当する。1kHz駆動のレーザーが開発された暁には106n/cm2/secが見込める量である。
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まとめ• 反応様式? → 7Li(p,n)7Be , 9Be(p,n)9B
• ICR 7MeV Proton Linac
• D+D netron ready
• Linac system underway
• APP MAP ion diode?
• Laser Accelerated Protons?