304L 6.35*1mm Kaihoko ngongo kowiri tira kowiri tira, Whakaaturanga o te kurupae lithium kaha mo te whakaputa i nga neutron tika.

Mauruuru koe mo te toro ki Nature.com.Kei te whakamahi koe i tetahi putanga tirotiro me te tautoko CSS iti.Mo te wheako pai rawa atu, e taunaki ana matou me whakamahi koe i tetahi kaitirotiro kua whakahoutia (me monohia ranei te Aratau Hototahi ki Internet Explorer).I tua atu, hei whakarite i te tautoko tonu, ka whakaatuhia e matou te waahi kaore he momo me te JavaScript.
Rēreti e whakaatu ana i nga tuhinga e toru mo ia kiriata.Whakamahia te patene o muri me te taha o muri hei nuku i roto i nga kiriata, ko nga paatene mana kiriata kei te pito ki te neke ma ia kiriata.

Hei huarahi ke atu ki te rangahau mo nga reactors karihi, he kaiwhakatere neutron e peia ana e te kaiwhakatere whakatere ma te whakamahi i te taraiwa kurupae lithium-ion he kaitono whaihua na te mea he iti te whakaputa iraruke e hiahiatia ana.Heoi, he uaua ki te tuku i te kurupae kaha o nga katote lithium, a ko te whakamahinga o enei taputapu i kiia kaore e taea.Ko te raruraru tino kino o te iti o te rere katote i whakatauhia ma te whakamahi i te kaupapa whakaurunga plasma tika.I roto i tenei kaupapa, he pai te werohia me te whakaterehia e te accelerator quadrupole tere-tere (RFQ accelerator).Kua tutuki i a maatau te teitei o te kurupae o te 35 mA kua whakaterehia ki te 1.43 MeV, e rua nga ota o te nui teitei ake i te injector tikanga me nga punaha whakatere ka taea.
Kaore i rite ki nga hihi-X me nga matūriki kua utaina, he nui te hohonutanga o te neutrons me te taunekeneke ahurei ki nga mea whakapoipoi, ka tino whai kiko hei tirotiro i nga ahuatanga o nga rawa1,2,3,4,5,6,7.Ina koa, ka whakamahia nga tikanga marara neutron ki te ako i te titonga, te hanganga, me nga taumahatanga o roto i roto i nga mea whakapoapoa, ka taea hoki te whakaatu korero mo nga puhui tohu i roto i nga koranu whakarewa he uaua ki te kitea ma te whakamahi i te tirohanga hiiohio X8.Ko tenei tikanga e kiia ana he taputapu kaha i roto i te pūtaiao taketake, ka whakamahia e nga kaihanga o nga konganuku me etahi atu taonga.Ina tata nei, kua whakamahia te rereketanga neutron ki te kite i nga taumahatanga toenga i roto i nga waahanga miihini penei i nga waahanga tereina me nga waka rererangi9,10,11,12.Ka whakamahia hoki nga neutron i roto i nga puna hinu me nga puna hau na te mea he ngawari te hopu e nga rawa iraoho13.Ka whakamahia ano nga tikanga penei i roto i nga mahi hangarau.Ko te whakamatautau neutron kore-whakangaro he taputapu whai hua mo te kite i nga hapa huna i roto i nga whare, nga kauhanga me nga piriti.Kei te kaha te whakamahi i nga kurupae neutron i roto i te rangahau putaiao me te ahumahi, ko te nuinga o enei kua whakawhanakehia i mua ma te whakamahi i nga reactors karihi.
Heoi, i runga i te whakaaetanga o te ao mo te kore-whakawhanui karihi, kei te uaua haere te hanga reactors iti mo nga kaupapa rangahau.I tua atu, ko te aitua i Fukushima i tata nei kua tino pai te hanga i nga reactor karihi.I runga i tenei ahuatanga, kei te tipu haere te hiahia mo nga puna neutron i nga kaiwhakatere2.Hei rereke ki nga reactors karihi, he maha nga puna neutron whakakoi-whakawhitinga nui e mahi ana14,15.Heoi, mo te pai ake o te whakamahi i nga ahuatanga o nga kurupae neutron, he mea tika kia whakawhānuihia te whakamahinga o nga puna kiato ki nga kaiwhakatere, 16 pea no nga umanga rangahau ahumahi me nga whare wananga.Ko nga puna neutron Accelerator kua taapiri i nga kaha me nga mahi hou hei taapiri hei whakakapi mo nga reactors karihi14.Hei tauira, ka taea e te kaihanga linac-driven te hanga i te awa o neutrons ma te raweke i te kurupae puku.Ina tukuna ana, he uaua ki te whakahaere i nga neutrons he uaua ki te tātari i nga ine iraruke na te haruru i hangaia e nga neutrons papamuri.Ko nga neutrons e whakahaerehia ana e te kaiwhakatere ka karo i tenei raru.He maha nga kaupapa e pa ana ki te hangarau proton accelerator kua whakaarohia huri noa i te ao17,18,19.Ko nga tauhohenga 7Li(p, n)7Be me 9Be(p, n)9B e tino whakamahia ana i roto i nga whakangao neutron kiato e peia ana iraoho na te mea he tauhohenga endothermic20.Ka taea te whakaiti i te nui o te iraruke me te para iraruke ki te mea kei runga paku ake te uara o te paepae i te kaha i kowhiria hei whakaohooho i te kurupae proton.Heoi, he nui ake te papatipu o te nucleus i whäia i te iraoho, ka marara nga neutrons ki nga taha katoa.Ko te tata ki te tukunga iraiti o te rewharewha neutron ka aukati i te kawe pai o nga neutrons ki te kaupapa ako.I tua atu, ki te whiwhi i te horopeta e hiahiatia ana o neutrons i te waahi o te ahanoa, me tino whakanui ake te maha o nga iraoho neke me o raatau kaha.Ko te mutunga mai, ka horahia nga pota nui o nga hihi gamma me nga neutrons ma nga koki nui, ka ngaro te painga o nga tauhohenga endothermic.Ko te hangahanga neutron e ahu mai ana i te iraoho-a-whakatere angamaheni e kaha ana te whakamarumaru iraruke, koinei te waahanga nui rawa atu o te punaha.Ko te hiahia ki te whakanui ake i te kaha o te taraiwa iraoho te tikanga me piki ake te rahi o te whare whakatere.
Hei whakaea i nga hapa whanui o nga puna neutron kiato i nga kaiwhakatere, i whakaarohia he kaupapa tauhohenga hurihuri-kinematiki21.I roto i tenei kaupapa, ka whakamahia he kurupae lithium-ion kaha ake hei kurupae arataki hei utu mo te kurupae iraoho, e aro ana ki nga rawa hauwai-nui penei i te kirihou waiwaro, hydride, hauwai hau, plasma hauwai ranei.Kua whakaarohia etahi atu, penei i nga kurupae katote-katote-beryllium, engari, he matū paitini te beryllium me tiaki motuhake i te whakahaere.Na reira, ko te kurupae lithium te mea tino pai mo nga kaupapa tauhohenga hurihuri-kinematic.I te mea he nui ake te torohaki o te karihi lithium i tera o nga iraoho, kei te neke whakamua tonu te pokapū o te papatipu tukinga karihi, ka tukuna ano nga neutrons ki mua.Ka tino whakakorehia e tenei ahuatanga nga hihi gamma e kore e hiahiatia me nga tukunga neutron koki teitei22.Ko te whakatairite o te keehi o mua o te miihini iraoho me te ahuatanga kinematics inverse e whakaatuhia ana i te Whakaahua 1.
Te whakaahua o nga koki hanga neutron mo nga kurupae iraoho me te lithium (i tuhia ki te Adobe Illustrator CS5, 15.1.0, https://www.adobe.com/products/illustrator.html).(a) Ka taea te pana atu i nga Neutrons ki tetahi huarahi na runga i te tauhohenga na te mea i pa atu nga iraoho neke ki nga ngota taumaha rawa atu o te taumata lithium.(b) He rereke, ki te puhipuhi tetahi taraiwa lithium-ion i te taumata hauwai, ka puta nga neutrons i roto i te koeko whaiti i te ahunga whakamua na te tere o te puku o te papatipu o te punaha.
Heoi, he torutoru noa nga kaihanga neutron kinematic inverse na te uaua o te whakaputa i te rere e hiahiatia ana o nga katote taumaha me te utu nui ka whakaritea ki nga protons.Ko enei tipu katoa e whakamahi ana i nga puna katote sputter kino ki te whakakotahi me nga whakatere hiko hiko.Kua whakaarohia etahi atu momo puna katote hei whakanui ake i te kaha o te whakatere kurupae26.Ahakoa he aha, ko te naianei kurupae lithium-ion e waatea ana ki te 100 µA.Kua whakaarohia kia whakamahia te 1 mA o te Li3+27, engari kaore ano kia whakapumautia e tenei tikanga.I runga i te kaha, kaore e taea e nga kaiwhakatere kurupae lithium te whakataetae ki nga kaiwhakatere kurupae iraoho kua neke ake i te 10 mA28.
Ki te whakatinana i tetahi kaihanga neutron kiato e hangai ana i runga i te kurupae lithium-ion, he pai ki te whakaputa i te kaha-nui karekau he katote.Ko nga katote ka whakaterehia, ka arahina e nga hiko hiko, a, ka nui ake te utu o te utu, ka pai ake te whakatere.Ko nga kaitaraiwa kurupae Li-ion e hiahia ana kia Li3+ te teitei o te au o te 10 mA.
I roto i tenei mahi, ka whakaatu matou i te whakaterenga o nga kurupae Li3+ me nga au teitei ki te 35 mA, he mea rite ki nga kaiwhakatere proton matatau.Ko te kurupae katote lithium taketake i hangaia ma te whakamahi i te ablation laser me te Kaupapa Whakatoo Plasma Tika (DPIS) i hangaia tuatahi hei whakatere C6+.I hangaia he reanga reo irirangi quadrupole linac (RFQ linac) i hangaia ma te whakamahi i te hanga orooro wha-rod.Kua whakatauhia e matou ko te kurupae whakatere te te kaha o te kurupae parakore teitei.Kia kaha te hopu me te whakatere o te kurupae Li3+ e te tere o te reo irirangi (RF), ka whakamahia te waahanga linac (whakatere) o muri mai hei whakarato i te kaha e hiahiatia ana hei whakaputa i te rere neutron kaha mai i te whaainga.
Ko te whakaterenga o nga katote mahi teitei he hangarau tino pai.Ko te mahi e toe ana mo te hanga i tetahi miihini neutron kiato hou tino pai ko te whakaputa i te maha o nga katote lithium kua tino murua me te hanga i te hanganga kapoi kei roto i te raupapa o nga pini katote i tukutahi me te huringa RF i roto i te whakatere.Ko nga hua o nga whakamatautau i hangaia hei whakatutuki i tenei whainga ka whakaahuahia i roto i nga waahanga e toru e whai ake nei: (1) te whakatipuranga o te kurupae lithium-ion karekau rawa, (2) te whakatere kurupae ma te whakamahi i te RFQ linac i hangaia motuhake, me te (3) te whakaterenga o te tātari. o te kurupae hei tirotiro i nga mea kei roto.I Brookhaven National Laboratory (BNL), i hangaia e matou te tatūnga whakamatautau e whakaatuhia ana i te Whakaahua 2.
Tirohanga o te tatūnga whakamatautau mo te tātari tere o nga kurupae lithium (whakaahua e Inkscape, 1.0.2, https://inkscape.org/).Mai i te taha matau ki te maui, ka hangaia te plasma laser-ablative i roto i te ruma taunekeneke-a-raupapa ka tukuna ki te RFQ linac.I te urunga ki te whakatere RFQ, ka wehea nga katote mai i te plasma ka werohia ki roto i te whakatere RFQ na roto i te waahi hiko ohorere i hangaia e te rereketanga ngaohiko 52 kV i waenga i te hiko tangohanga me te hiko RFQ i te rohe tere.Ka whakaterehia nga katote i tangohia mai i te 22 keV/n ki te 204 keV/n ma te whakamahi i nga hiko RFQ 2 mita te roa.Ko te kaitahuri o naianei (CT) kua whakauruhia ki te putanga o te RFQ linac e whakarato ana i te inenga kore-kino o te iao kurupae katote.Ka arotahi te kurupae e toru aukume quadrupole, ka anga ki te aukume dipole, ka wehe, ka arahi i te kurupae Li3+ ki roto i te kairapu.Kei muri i te wehenga, ka whakamahia he kirikiri kirihou ka taea te tango me te kapu Faraday (FC) me te rītaha ki runga ki te -400 V ka whakamahia kia kitea te kurupae tere.
Hei whakaputa i nga katote lithium katote katoa (Li3+), he mea tika ki te hanga i te plasma me te pāmahana i runga ake i te tuatoru o te hiko ionization (122.4 eV).I ngana matou ki te whakamahi i te ablation laser ki te whakaputa plasma teitei-te wera.Ko tenei momo puna katote laser kaore i te whakamahia ki te whakaputa i nga kurupae katote lithium na te mea he hohenga te whakarewa lithium me te hiahia whakahaere motuhake.Kua whakawhanakehia e matou he punaha utaina ki te whakaiti i te makuku me te poke o te hau i te wa e whakauru ana i te pepa lithium i roto i te ruma taunekeneke laser korehau.Ko nga whakaritenga katoa o nga rauemi i mahia i roto i te waahi whakahaere o te argon maroke.I muri i te whakaurunga o te konumohe lithium ki roto i te ruma whainga laser, ka whakahiahia te pepa ki te hiko Nd:YAG laser radiation i te kaha o te 800 mJ mo ia pupuhi.I te arotahi ki runga i te whaainga, ko te kaha o te hiko laser e kiia ana ko te 1012 W/cm2.Ka waihangahia te Plasma i te wa e whakangaro ai te taiaho pupuhi i te whainga i roto i te korehau.I roto i te katoa o te 6 ns laser pulse, kei te wera tonu te plasma, i te nuinga o te waa na te tukanga bremsstrahlung whakamuri.I te mea kaore he waahi o waho e whakamahia ana i te waa whakamahana, ka tiimata te tipu o te plasma ki nga waahanga e toru.I te wa ka timata te plasma ki te toro atu ki runga i te mata kua whakaritea, ka whiwhi te pokapū o te papatipu o te plasma i te tere e tika ana ki te mata o te whaainga me te kaha o te 600 eV/n.I muri i te whakamahana, ka haere tonu te plasma ki te ahunga axial mai i te whaainga, ka piki haere i te isotropically.
Ka rite ki te Whakaaturanga 2, ka whakawhānuihia te plasma ablation ki roto i te rōrahi korehau e karapotia ana e te ipu whakarewa me te kaha rite ki te whaainga.No reira, ka rere te plasma i roto i te rohe kore mara ki te whakatere RFQ.Ka whakamahia he mara autō axial i waenganui i te ruma irradiation taiaho me te RFQ linac na roto i te maatanga solenoid coil huri noa i te ruma korehau.Ko te papa autō o te solenoid e pehi ana i te roha radial o te plasma whakaheke kia mau tonu ai te kiato plasma teitei i te wa e tukuna ana ki te kohao RFQ.I tetahi atu taha, ka piki tonu te plasma ki te ahunga axial i te wa e rere ana, ka hangaia he plasma elongated.Ka tukuna he piunga ngaohiko teitei ki te ipu whakarewa kei roto te plasma i mua o te tauranga putanga i te kokoru RFQ.I whiriwhiria te ngaohiko piro hei whakarato i te reiti werohanga 7Li3+ e hiahiatia ana mo te whakatere tika e te RFQ linac.
Ko te plasma ablation hua kei roto ehara i te 7Li3+ anake, engari ko te lithium ano hoki i roto i etahi atu whenua utu me nga huānga poke, ka kawea i te wa kotahi ki te RFQ linear accelerator.I mua i nga whakamatautau tere ma te whakamahi i te RFQ linac, i mahia he tātaritanga wa-o-rere (TOF) tuimotu ki te ako i te hanganga me te tohatoha kaha o nga katote i roto i te plasma.Ko nga tatūnga tātari taipitopito me nga tohatoha o te utu kua kitea i roto i te waahanga Tikanga.I whakaatuhia e te tātaritanga ko nga katote 7Li3+ nga matūriki matua, e tata ana ki te 54% o nga matūriki katoa, e whakaatuhia ana i te Whakaahua 3. E ai ki te tātaritanga, ko te 7Li3+ katote katote i te waahi whakaputa kurupae katote e kiia ana i te 1.87 mA.I te wa o nga whakamatautau tere, ka tukuna he mara solenoid 79 mT ki te plasma whakawhanui.Ko te mutunga, ko te 7Li3+ i tangohia mai i te plasma ka kitea i runga i te kaitirotiro i piki ake ma te tauwehe 30.
Ko nga hautanga o nga katote i roto i te plasma i hangaia e te laser ka riro mai i te wa-a-rerenga tātaritanga.Ko te 7Li1+ me te 7Li2+ katote e 5% me te 25% o te kurupae katote.Ko te hautanga i kitea o nga matūriki 6Li e whakaae ana ki te maaori o te 6Li (7.6%) i roto i te whaainga kopa lithium i roto i te hapa whakamatautau.He iti te poke o te hāora (6.2%) i kitea, ko te nuinga o te O1+ (2.1%) me te O2+ (1.5%), na te waioratanga o te mata o te konumohe lithium.
Ka rite ki te korero i mua, ka rere te plasma lithium i roto i te rohe kore i mua i te urunga ki te RFQ linac.Ko te whakaurunga o te RFQ linac he 6 mm te diameter o te kohao i roto i te ipu whakarewa, a ko te ngaohiko rītaha he 52 kV.Ahakoa ka huri tere te ngaohiko hiko RFQ ± 29 kV i te 100 MHz, ko te ngaohiko ka puta te whakatere axial na te mea he kore noa te kaha o nga hiko whakatere RFQ.Na te kaha o te hiko hiko i hangaia i roto i te waahi 10 mm i waenga i te waahi me te taha o te hiko RFQ, ko nga katote plasma pai anake ka tangohia mai i te plasma i te waahi.I roto i nga punaha tuku katote tuku iho, ka wehea nga katote mai i te plasma e te papa hiko i te tawhiti nui i mua o te whakatere RFQ katahi ka aro ki te kohao RFQ e te huānga arotahi kurupae.Heoi, mo nga kurupae katote taumaha e hiahiatia ana mo te puna neutron kaha, ko nga ope whakakeke kore-raina i runga i nga paanga utu mokowhiti ka arahi ki te ngaronga o naianei kurupae i roto i te punaha kawe katote, ka whakawhāiti i te ia o te tihi ka taea te whakatere.I roto i ta maatau DPIS, ka haria nga katote kaha-nui hei plasma whakaheke tika ki te putanga o te kohao RFQ, na reira kaore he ngaro o te kurupae katote na te utu mokowhiti.I tenei whakaaturanga, i tonohia te DPIS ki te kurupae lithium-ion mo te wa tuatahi.
I whakawhanakehia te hanganga RFQ mo te arotahi me te whakatere i te kaha iti o nga kurupae katote o naianei, a kua noho hei paerewa mo te whakatere ota tuatahi.I whakamahia e matou te RFQ ki te whakatere i nga katote 7Li3+ mai i te kaha whakauru o te 22 keV/n ki te 204 keV/n.Ahakoa ko te lithium me etahi atu matūriki he iti ake te utu i roto i te plasma ka tangohia ano mai i te plasma ka werohia ki roto i te RFQ aperture, ko te RFQ linac anake te whakatere i nga katote me te utu-ki-papatipu (Q / A) tata ki te 7Li3+.
I te piki.Ko te Whakaahua 4 e whakaatu ana i nga ahua ngaru i kitea e te kaitahuri o naianei (CT) i te putanga o te RFQ linac me te kapu Faraday (FC) i muri i te tātari i te aukume, pera i te pikitia.2. Ko te nekehanga o te wa i waenga i nga tohu ka taea te whakamaori ko te rereketanga o te wa rere i te waahi o te kaitirotiro.Ko te teitei o te katote naianei i whanganga i te CT he 43 mA.I roto i te turanga RT, ka taea e te kurupae kua rehita te whakauru ehara i nga katote anake i whakaterehia ki te kaha tatau, engari ano hoki nga katote i tua atu i te 7Li3+, kaore i te tino tere.Heoi, ko te rite o nga ahua o naianei katote e kitea ana e te QD me te PC e tohu ana ko te katote ko te nuinga o te 7Li3+ whakatere, a ko te heke o te uara teitei o te ia i runga i te PC na te ngaro o te kurupae i te wa o te whakawhiti katote i waenga i te QD me PC.Nga Ngaro Ka whakapumautia ano tenei e te whaihanga envelope.Hei ine tika i te 7Li3+ kurupae ia, ka tātarihia te kurupae me te aukume dipole pera i te korero i te waahanga e whai ake nei.
Ko nga oscillograms o te kurupae tere kua tuhia ki roto i nga tuunga kaitahuri CT (puru pango) me FC (piko whero).Ko enei inenga ka puta mai i te kitenga o te iraruke laser e te kaitirotiro whakaahua i te wa o te whakatipuranga plasma laser.Ko te pihi pango e whakaatu ana i te ahua ngaru i whanganga i runga i te CT hono ki te putanga RFQ linac.Na tona tata ki te RFQ linac, ka kohia e te kairapu te haruru 100 MHz RF, na reira i tonohia he tātari FFT iti 98 MHz ki te tango i te tohu RF resonant 100 MHz kua whakakikoruatia ki te tohu kitenga.Ko te pihi whero e whakaatu ana i te ahua ngaru i te FC i muri i te arataki a te aukume tātari i te kurupae katote 7Li3+.I roto i tenei papa autō, i tua atu i te 7Li3+, ka taea te kawe N6+ me O7+.
Ko te kurupae katote i muri i te RFQ linac ka arohia e te raupapa o nga aukume arotahi tapawha e toru, ka tātarihia e nga aukume dipole hei wehe i nga poke i roto i te kurupae katote.Ko te papa autō o te 0.268 T ka arahi i nga kurupae 7Li3+ ki roto i te FC.Ko te ahua ngaru o tenei mara autō e whakaatuhia ana ko te anau whero i te Whakaahua 4. Ka eke te naianei ki te 35 mA, he nui ake i te 100 nga wa teitei ake i te kurupae Li3+ angamaheni i hangaia i roto i nga whakatere hiko hiko.Ko te whanui o te kurupae he 2.0 µs i te whanui tonu i te haurua teitei.Ko te kitenga o te kurupae 7Li3+ me te papa autō dipole e tohu ana i te pai o te paihere me te whakaterenga kurupae.Ko te naianei kurupae katote i kitea e FC i te karapa i te papa autō o te dipole e whakaatuhia ana i te Whakaahua 5. I kitea he tihi kotahi ma, he pai te wehe mai i etahi atu tihi.I te mea he rite tonu te tere o nga katote katoa i whakaterehia ki te kaha hoahoa e te RFQ linac, he uaua te wehe i nga kurupae katote me te Q/A ano e nga mara autō dipole.Na reira, kaore e taea te wehewehe i te 7Li3+ mai i te N6+, i te O7+ ranei.Heoi, ko te nui o nga poke ka taea te whakatau mai i nga whenua utu tata.Hei tauira, ka taea te wehe ngawari te N7+ me te N5+, ko te N6+ pea he wahanga o te poke, me te whakaaro kia rite tonu te nui o te N7+ me te N5+.Ko te taumata parahanga e kiia ana ko te 2%.
Ko te hiranga o te waahanga kurupae ka whiwhi ma te karapa i te papa autō dipole.Ko te tihi i te 0.268 T e rite ana ki te 7Li3+ me te N6+.Ko te whanui o te tihi ka whakawhirinaki ki te rahi o te kurupae i runga i te wehenga.Ahakoa nga tihi whanui, he pai te wehe a 7Li3+ mai i 6Li3+, O6+, me N5+, engari he iti te wehe mai i O7+ me N6+.
I te waahi o te FC, i whakapumauhia te tohu kurupae me te scintillator mono-i roto, ka tuhia ki te kamera mamati tere e whakaatuhia ana i te Whakaahua 6. Ko te 7Li3+ pulsed beam me te 35 mA o te waa e whakaatuhia ana ki te whakatere ki te RFQ tatau. pūngao o 204 keV/n, e hāngai ana ki te 1.4 MeV , a ka tukuna ki te kaitirotiro FC.
Ko te tohu kurupae i kitea i runga i te mata scintillator i mua i te FC (na Whīti te tae, 2.3.0, https://imagej.net/software/fiji/).Ko te papa autō o te aukume dipole analytical i whakatangihia hei whakatika i te whakaterenga o te kurupae katote Li3+ ki te RFQ pūngao hoahoa.Ko nga ira kikorangi i te waahi kaakaariki ka puta mai i nga taonga scintillator hapa.
I tutuki i a maatau te whakatipuranga o nga katote 7Li3+ na te whakakorenga laser o te mata o te pepa lithium totoka, a ka hopukina he kurupae katote o naianei, ka whakaterehia me te RFQ linac i hangaia ma te whakamahi i te DPIS.I te kaha o te kurupae o te 1.4 MeV, ko te teitei o te 7Li3+ i tae ki te FC i muri i te tātaritanga o te aukume ko 35 mA.E whakau ana tenei ko te waahanga tino nui o te whakatinanatanga o te puna neutron me nga kinematics koaro kua whakatinanahia hei whakamatautau.I tenei wahanga o te pepa, ka matapakihia te katoa o te hoahoa o te puna neutron kiato, tae atu ki nga kaiwhakatere hiko teitei me nga teihana whainga neutron.Ko te hoahoa i ahu mai i nga hua ka puta mai i nga punaha o naianei i roto i ta maatau taiwhanga.Me tohu ka taea te whakanui ake i te tihi o te kurupae katote ma te whakapoto i te tawhiti i waenga i te pepa lithium me te RFQ linac.raihi.Ko te 7 e whakaatu ana i te ariā katoa o te puna neutron kiato e whakaarohia ana i te whakatere.
Hoahoa ariā o te puna neutron kiato e whakaarohia ana i te whakatere (na Freecad, 0.19, https://www.freecadweb.org/ i tuhi).Mai i te taha matau ki te taha maui: te puna katote taiaho, te aukume solenoid, te RFQ linac, te whakawhiti kurupae hiko reo (MEBT), te IH linac, me te ruma taunekeneke mo te whakatipu neutron.Ko te whakamarutanga iraruke i te huarahi whakamua na te ahua o nga kurupae neutron kua hangai.
Whai muri i te RFQ linac, ka whakamaheretia te whakaterenga atu o te Hanganga-H Inter-digital (IH linac)30 linac.Ka whakamahi nga IH linac i te anga ngongo paheke π-aratau hei whakarato i nga rōnaki hiko teitei i runga i etahi momo tere.I mahia te rangahau ariā i runga i te whaihanga 1D longitudinal dynamics me te 3D anga whaihanga.Ko nga tatauranga e whakaatu ana ka taea e te 100 MHz IH linac me te ngaohiko ngongo whakaheke tika (iti iho i te 450 kV) me te aukume arotahi kaha ka taea te whakatere i te kurupae 40 mA mai i te 1.4 ki te 14 MeV i te tawhiti 1.8 m.Ko te tohatoha o te hiko i te pito o te mekameka whakatere e kiia ana ko te ± 0.4 MeV, kaore e tino pa ki te hihinga hiko o nga neutron ka puta mai i te whaainga hurihanga neutron.I tua atu, he iti te tukunga o te kurupae ki te arotahi i te kurupae ki tetahi waahi kurupae iti ake i te tikanga e hiahiatia ana mo te aukume quadrupole kaha me te rahi.I roto i te whakawhiti i te kurupae hiko reo (MEBT) i waenga i te RFQ linac me te IH linac, ka whakamahia te resonator beamforming ki te pupuri i te hanganga beamforming.E toru nga aukume tapawha e whakamahia ana hei whakahaere i te rahi o te kurupae taha.Kua whakamahia tenei rautaki hoahoa ki te maha o nga kaiwhakatere31,32,33.Ko te tapeke roa o te punaha katoa mai i te puna katote ki te ruuma whainga e kiia ana he iti iho i te 8 m, ka uru ki roto i te taraka ahua-taraka paerewa.
Ko te whaainga huringa neutron ka whakauruhia tika i muri i te whakatere raina.Ka matapakihia e matou nga hoahoa teihana i whaaia i runga i nga rangahau o mua ma te whakamahi i nga ahuatanga orirangi hurihuri23.Ko nga whaainga whakawhiti kua panuitia ko nga rauemi totoka (polypropylene (C3H6) me te titanium hydride (TiH2)) me nga punaha whaainga hau.Kei ia whainga nga painga me nga ngoikoretanga.Ko nga whaainga pakari ka taea te whakahaere i te matotoru.Ko te angiangi o te whainga, ka tika ake te whakaritenga mokowhiti o te hanga neutron.Heoi ano, tera pea ka mau tonu etahi tohu o nga tauhohenga karihi me te iraruke.I tetahi atu taha, ka taea e te taumata hauwai te whakarato i te taiao maamaa ma te whakakore i te hanga o 7Be, te hua matua o te tauhohenga karihi.Heoi ano, he ngoikore te kaha o te hauwai, me te nui o te tawhiti o te tinana mo te tukunga o te kaha.He iti noa tenei mo nga inenga TOF.I tua atu, ki te whakamahia he kiriata angiangi hei hiri i te taumata hauwai, me whai whakaaro ki te ngaronga kaha o nga hihi gamma i hangaia e te kiriata angiangi me te kurupae lithium maia.
Kei te whakamahi a LICORNE i nga taumata polypropylene, a kua whakahouhia te punaha ki nga pūtau hauwai kua hiritia ki te pepa tantalum.Ki te whakaaro he naia kurupae o 100 nA mo 7Li34, ka taea e nga punaha whaainga e rua te whakaputa ki te 107 n/s/sr.Mena ka tono tatou i tenei huringa hua neutron e kii ana ki ta maatau puna neutron e whakaarohia ana, katahi ka taea te tiki i te kurupae peia lithium o 7 × 10–8 C mo ia pupuhi laser.Ko te tikanga ko te puhipuhi i te taiaho e rua noa iho ia hekona ka whakaputa 40% neke atu nga neutrons ka taea e LICORNE te whakaputa i roto i te hekona kotahi me te kurupae tonu.Ka taea te whakanui ake i te rerenga katoa ma te whakanui ake i te auau whakahihiri o te taiaho.Mena ka whakaaro tatou he punaha laser 1 kHz kei runga i te maakete, ka ngawari te pikinga o te neutron toharite ki te 7 × 109 n/s/sr.
Ina whakamahia e matou nga punaha reeti tukurua nui me nga whaainga kirihou, he mea tika ki te whakahaere i te whakaputanga wera i runga i nga whaainga na te mea, hei tauira, ko te polypropylene he iti te rewa o te 145-175 °C me te iti o te kawe wera o te 0.1-0.22 W/ m/K.Mo te kurupae lithium-ion 14 MeV, he 7 µm te matotoru polypropylene te matotoru hei whakaiti i te kaha o te kurupae ki te paepae tauhohenga (13.098 MeV).Ma te whai whakaaro ki te katoa o nga paanga o nga katote i hangaia e te pere laser kotahi i runga i te whaainga, ko te tukunga kaha o nga katote lithium na roto i te polypropylene e kiia ana i te 64 mJ/pure.Ki te whakaaro ka whakawhitia te katoa o te kaha ki roto i te porowhita me te diameter o te 10 mm, ka rite ia putere ki te pikinga o te pāmahana tata ki te 18 K/pure.Ko te tukunga o te hiko ki runga i nga whaainga polypropylene e ahu mai ana i runga i te whakaaro ngawari ko nga ngaronga hiko katoa ka rongoa hei wera, kaore he iraruke me etahi atu mate wera.I te mea ko te whakanui ake i te maha o nga pire mo ia hekona me whakakorehia te hanga wera, ka taea e tatou te whakamahi i nga whaainga takai hei karo i te tukunga hiko i te waahi kotahi23.Ki te whakaaro he waahi kurupae 10 mm i runga i te whainga me te reeti tukurua taiaho 100 Hz, ko te tere matawai o te riipene polypropylene he 1 m/s.Ka nui ake te reiti tukurua mena ka whakaaetia te inaki i te waahi kurupae.
I tirotirohia ano e matou nga whaainga me nga pākahiko hauwai, na te mea ka taea te whakamahi i nga kurupae puku kaha me te kore e pakaru te whaainga.Ko te kurupae neutron ka ngawari ki te whakatika ma te whakarereke i te roa o te ruma hau me te pehanga hauwai o roto.He maha nga wa e whakamahia ai nga pepa whakarewa angiangi i roto i nga kaiwhakatere hei wehe i te rohe hau o te whaainga mai i te korehau.No reira, me whakanui ake te kaha o te kurupae lithium-ion maia hei utu mo nga ngaronga hiko i runga i te pepa.Ko te huihuinga i whakaritea i roto i te ripoata 35 he ipu konumohe 3.5 cm te roa me te pehanga hau H2 1.5 atm.Ko te 16.75 MeV lithium katote kurupae ka uru ki roto i te pākahiko na roto i te 2.7 µm Ta i whakamataohia e te hau, a ka whakahekehia te kaha o te kurupae katote lithium i te pito o te pākahiko ki te paepae tauhohenga.Hei whakanui ake i te kaha kurupae o nga pākahiko lithium-ion mai i te 14.0 MeV ki te 16.75 MeV, me whakaroa te IH linac kia 30 cm.
I akohia ano te tukunga o nga neutrons mai i nga taumata o te pūtau hau.Mo nga whainga hau LICORNE kua whakahuahia ake nei, ka whakaatu nga whaihanga GEANT436 ka hangaia nga neutron tino aro nui ki roto i te koekoe, penei i te Whakaahua 1 i te [37].Ko te tohutoro 35 e whakaatu ana i te awhe hiko mai i te 0.7 ki te 3.0 MeV me te whakatuwheratanga o te koeko teitei o te 19.5° e pa ana ki te ahunga o te whakatö o te kurupae matua.Ka taea e nga neutron tino aro ki te whakaiti i te nui o nga rawa whakamarumaru i te nuinga o nga koki, ka whakaheke i te taumaha o te hanganga me te whakangawari ake i te whakaurunga o nga taputapu ine.Mai i te tirohanga o te whakamarumaru iraruke, i tua atu i nga neutrons, ka tukuna e tenei taumata hau e 478 keV nga hihi gamma i roto i te punaha ruruku centroid38.Ko enei γ-hihi ka puta mai i te pirau 7Be me te 7Li deexcitation, ka puta i te wa e pa ana te kurupae Li tuatahi ki te matapihi whakauru Ta.Heoi, ma te taapiri i tetahi collimator porotakaroa 35 Pb/Cu, ka tino heke te papamuri.
Hei kaupapa rereke, ka taea e tetahi te whakamahi i te matapihi plasma [39, 40], ka taea te whakatutuki i te pehanga hauwai teitei me te waahi iti o te whakatipuranga neutron, ahakoa he iti ake i nga whaainga totoka.
Kei te whakatewhatewha matou i nga whiringa whaaaro hurihanga neutron mo te tohatoha hiko me te rahi o te kurupae o te kurupae katote lithium ma te whakamahi i te GEANT4.E whakaatu ana a maatau whaihanga i te tohatoha o te kaha neutron me te tohatoha koki mo nga taumata hauwai i roto i nga tuhinga o runga ake nei.I roto i nga punaha whainga, ka taea te whakaputa i nga neutrons e te tauhohenga kinematic inversed e te kurupae kaha 7Li3+ i runga i te whainga hauwai.Na reira, ka taea te whakatinana i nga puna neutron hou ma te whakakotahi i nga hangarau o mua.
Ko nga tikanga whakamaarama laser i whakaputa ano i nga whakamatautau whakangao kurupae katote i mua i te whakaaturanga whakatere.Ko te laser he papamahi nanosecond Nd: YAG pūnaha ki te kiato mana taiaho o 1012 W/cm2, he roangaru taketake o 1064 nm, he wahi pūngao o 800 mJ, me te roanga patere o 6 ns.Ko te diameter o te waahi kei runga i te whaainga ko te 100 µm.Na te mea he ngawari te konganuku lithium (Alfa Aesar, 99.9% parakore), ka pehia nga mea tapahi tika ki roto i te pokepokea ai.Te rahi o te pepa 25 mm × 25 mm, te matotoru 0.6 mm.Ka puta te kino o te kawa ki runga i te mata o te whainga ina pa ana te taiaho ki a ia, no reira ka nekehia te whaainga e te papaa motopaika hei whakarato i tetahi waahanga hou o te mata o te whaainga me ia pere laser.Hei karo i te whakakotahitanga na te toenga o te hau, ka mau te pehanga i roto i te ruma i raro i te awhe o te 10-4 Pa.
Ko te rōrahi tuatahi o te plasma laser he iti, no te mea ko te rahi o te waahi laser he 100 μm me roto i te 6 ns i muri i tana whakatipuranga.Ka taea te tango i te rōrahi hei tohu tika me te whakawhānui.Mēnā ka whakanohohia te pūhohenga ki te tawhiti xm mai i te mata i whäia, ka whai te tohu i whiwhi ki te hononga: te katote au, te wa taenga katote t, me te whanui o te patere τ.
Ko te plasma i hangaia i akohia e te tikanga TOF me te FC me te kaitirotiro katote hiko (EIA) kei te tawhiti o te 2.4 m me te 3.85 m mai i te whaainga laser.Kei te FC he matiti pehi i te -5 kV hei aukati i nga irahiko.Ko te EIA he 90 nga nekehanga hiko hiko e rua nga hiko hiko porotakaroa coaxial me te ngaohiko kotahi engari he rereke te polarity, he pai ki waho me te kino ki roto.Ko te plasma whakawhänui ka anga atu ki roto i te whakawhäiti i muri i te mokowhiti, ka whakaparahakohia e te papa hiko e haere ana i roto i te rango.Ko nga katote e makona ana i te hononga E/z = eKU ka kitea ma te whakamahi i te Whakarea Irahiko Tuarua (SEM) (Hamamatsu R2362), kei reira ko E, z, e, K, me U te pūngao katote, te ahua o te utu, me te utu ko nga mea hangahanga EIA. .irahiko, ia, me te rerekētanga pea i waenganui i nga electrodes.Ma te huri i te ngaohiko puta noa i te deflector, ka taea e tetahi te whiwhi i te kaha me te tohatoha utu o nga katote i roto i te plasma.Ko te ngaohiko sweep U/2 EIA kei te awhe mai i te 0.2 V ki te 800 V, e rite ana ki te kaha katote i te awhe mai i te 4 eV ki te 16 keV mo ia ahua utu.
Ko nga tohatoha o te ahua utu o nga katote i tātarihia i raro i nga tikanga o te irradiation laser e whakaahuatia ana i roto i te waahanga "Whakatupuranga o nga kurupae lithium tino tihorea" e whakaatuhia ana i te Fig.8.
Te tātari i te tohatoha o te ahua o te tiaki o nga katote.Anei te kōtaha wā kiato katote o nāianei i tātarihia me te EIA me te āwhata i te 1 m mai i te pepa lithium ma te whakamahi i te whārite.(1) me (2).Whakamahia nga tikanga whakamaarama laser e whakaahuatia ana i roto i te waahanga "Whakatupuranga o te Whakaputa Lithium Beam".Ma te whakauru i ia kiato o naianei, ka tatauhia te wahanga o nga katote i roto i te plasma, e whakaatuhia ana i te Whakaahua 3.
Ka taea e nga puna katote taiaho te tuku i te kurupae katote maha-mA me te utu nui.Heoi, he tino uaua te tuku kurupae na te whakakorenga utu mokowhiti, na reira kaore i whakamahia whanuitia.I roto i te kaupapa tuku iho, ka tangohia nga kurupae katote mai i te plasma ka haria ki te whakatere tuatahi i runga i te raina kurupae me etahi aukume arotahi hei hanga i te kurupae katote i runga i te kaha ki te tiki o te whakatere.I roto i nga kurupae kaha utu mokowhiti, ka rereke nga kurupae kaore i te raina, a ka kitea nga mate nui o te kurupae, ina koa ki te rohe o nga tere iti.Hei karo i tenei raruraru i roto i te whakawhanaketanga o nga kaiwhakatere waro hauora, ka tukuna he kaupapa tuku kurupae DPIS41 hou.I whakamahia e matou tenei tikanga ki te whakatere i te kurupae lithium-ion kaha mai i te puna neutron hou.
Ka rite ki te whakaatu i te piki.4, ko te waahi i hangaia ai te plasma me te whakawhanui e karapotia ana e te ipu whakarewa.Ko te waahi kapi ka toro atu ki te tomokanga ki te resonator RFQ, tae atu ki te rōrahi i roto i te solenoid coil.He ngaohiko 52 kV i tukuna ki te ipu.I roto i te resonator RFQ, ka toia nga katote e te kaha i roto i te kohao diameter 6 mm ma te whakamau i te RFQ.Ko nga kaha whakaheke kore-raina i runga i te raina kurupae ka whakakorehia i te mea ka kawea nga katote i roto i te ahua plasma.I tua atu, pera i whakahuahia i runga ake nei, i tonohia e matou he waahi solenoid i te taha o te DPIS hei whakahaere me te whakanui ake i te kiato o nga katote i roto i te waahi tangohanga.
Ko te whakaterenga RFQ he ruma korehau porotakaroa e whakaatuhia ana i te piki.9a.Kei roto, e wha nga kakaho o te parahi-kore-hauora ka whakanohohia he tapawha-hangarite huri noa i te tuaka kurupae (Fig. 9b).E 4 nga rakau me nga ruuma ka hangaia he ara iahiko RF tangi.Ka hangaia e te mara RF he ngaohiko rereke-wa puta noa i te rakau.Ko nga katote i whakatōria roa huri noa i te tuaka ka mau ki te taha taha o te mara quadrupole.I te wa ano, ka whakarereketia te pito o te rakau ki te hanga i tetahi mara hiko axial.Ka wehea e te mara axial te kurupae tonu kua werohia ki roto i te raupapa o nga pini kurupae e kiia nei he kurupae.Ko ia kurupae kei roto i tetahi waa huringa RF (10 ns).Ko nga kurupae tata e mokowhiti ana i runga i te waa auau reo irirangi.I roto i te RFQ linac, ka hurihia he kurupae 2 µs mai i te puna katote laser ki te raupapa o te 200 kurupae.Ka whakaterehia te kurupae ki te kaha tatau.
Raina whakatere RFQ.(a) (maui) Tirohanga waho o te ruma RFQ linac.(b) (matau) E wha-rod electrode i roto i te ruma.
Ko nga tawhā hoahoa matua o te RFQ linac ko te ngaohiko tokotoko, te auau orooro, te radius poka kurupae, me te whakarereketanga hiko.Tīpakohia te ngaohiko i runga i te rakau ± 29 kV kia noho tona papa hiko i raro i te paepae pakaruhanga hiko.Ko te iti o te auau haruru, ka nui ake te kaha arotahi taha taha me te iti ake o te mara whakatere toharite.Ko te rahi o te aperture radii ka taea te whakanui ake i te rahi o te kurupae, a, na reira, ka piki ake te ia o te kurupae na te iti o te whakahekenga utu mokowhiti.I tetahi atu taha, ko te radii aperture nui ake e hiahia ana kia nui ake te mana RF hei whakakaha i te RFQ linac.I tua atu, he iti noa i nga whakaritenga kounga o te pae.I runga i enei pauna, i whiriwhiria te auau resonant (100 MHz) me te radius aperture (4.5 mm) mo te whakatere kurupae o naianei.Ko te whakarereketanga ka tohua hei whakaiti i te ngaronga kurupae me te whakanui i te pai o te whakatere.He maha nga wa kua arotauhia te hoahoa ki te whakaputa i te hoahoa RFQ linac ka taea te whakatere i nga katote 7Li3+ i te 40 mA mai i te 22 keV/n ki te 204 keV/n i roto i te 2 m.Ko te mana RF i ine i te wa o te whakamatautau he 77 kW.
Ka taea e RFQ linacs te whakatere katote me te awhe Q/A motuhake.No reira, i te wa e tarai ana i te kurupae i whangaia ki te mutunga o te whakatere raina, me whai whakaaro ki nga momotu me etahi atu matū.I tua atu, ko nga katote e hiahiatia ana, he waahanga tere, engari i heke iho i raro i nga tikanga whakatere i waenganui o te whakatere, ka taea tonu te whakatutuki i te herenga taha, ka taea te kawe ki te mutunga.Ko nga hihi e kore e hiahiatia i tua atu i nga matūriki 7Li3+ i hangaia ka kiia he poke.I roto i a maatau whakamatautau, ko te 14N6+ me te 16O7+ nga poke te tino awangawanga, na te mea ka tauhohe te konumohe lithium me te hāora me te hauota i te rangi.Ko enei katote he tauwehenga Q/A ka taea te whakatere ki te 7Li3+.Ka whakamahi matou i nga aukume dipole hei wehe i nga kurupae he rereke te kounga me te kounga mo te tātari kurupae i muri i te RFQ linac.
Ko te raina kurupae i muri i te RFQ linac i hangaia hei tuku i te kurupae 7Li3+ tino tere ki te FC i muri i te aukume dipole.-400 V ka whakamahia nga hiko rītaha ki te pehi i nga irahiko tuarua i roto i te kapu ki te ine tika i te naianei kurupae katote.Ma tenei optics, ka wehea nga huarahi katote ki nga dipoles ka arotahi ki nga waahi rereke i runga i te Q/A.Na te maha o nga ahuatanga penei i te horahanga torohaki me te whakahekenga utu mokowhiti, he whanui te whanui o te kurupae i te arotahi.Ka taea anake te wehe i te momo mena he nui ake te tawhiti i waenga i nga waahi arotahi o nga momo katote e rua i te whanui kurupae.Ki te whiwhi i te taumira teitei rawa atu, ka whakauruhia he waahi whakapae ki te taha o te hope o te kurupae, kei reira te kurupae e tino aro ana.He mata scintillation (CsI(Tl) mai i Saint-Gobain, 40 mm × 40 mm × 3 mm) i whakauruhia ki waenga i te kowhatu me te PC.I whakamahia te scintillator ki te whakatau i te waahi iti rawa me haere nga matūriki i hangaia mo te taumira tino pai me te whakaatu i te rahi o te kurupae mo nga kurupae katote taumaha o naianei.Ko te ahua kurupae i runga i te scintillator ka tuhia e te kamera CCD ma te matapihi korehau.Whakaritea te matapihi wa whakakitenga kia kapi katoa te whanui o te puihi kurupae.
Ko nga Raraunga Raraunga i whakamahia, i tātarihia ranei i roto i te rangahau o naianei e waatea ana mai i nga kaituhi i runga i te tono tika.
Manke, I. et al.Atahanga toru-ahu o nga rohe autō.Hapori motu.1, 125. https://doi.org/10.1038/ncomms1125 (2010).
Anderson, IS et al.Te whai waahi ki te ako i nga puna neutron kiato ki nga kaiwhakatere.ahupūngao.Rep. 654, 1-58.https://doi.org/10.1016/j.physrep.2016.07.007 (2016).
Urchuoli, A. et al.Microtomography rorohiko-a-Neutron: Pliobates cataloniae me Barberapithecus huerzeleri hei keehi whakamatautau.Ae.J. Ahupūngao.tikanga tangata.166, 987–993.https://doi.org/10.1002/ajpa.23467 (2018).