Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

К РАСЧЕТУ СИН МАТРИЦЫ МИКРООХЛАДИТЕЛЯ МИШЕНЕЙ С ЗАМОРОЖЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ ЯДЕР ВОДОРОДА И ДЕЙТЕРИЯ В УСКОРИТЕЛЯХ МИКРОЧАСТИЦ

https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.25-27.035-044

Полный текст:

Аннотация

Рассмотрены альтернативные технологии охлаждения криогенных мишеней с замороженной поляризацией ядер водорода и дейтерия. Данные мишени используются на ускорителях элементарных частиц в экспериментах по изучению свойств материи, а полученные результаты позволят совершенствовать топливные криогенные мишени при реализации инерциального термоядерного синтеза. Важным направлением в данной технологии является задача генерации криогенных сферических мишеней на основе дейтерия и трития. Создание таких криогенных мишеней и оптимизация их конструкции обусловливают необходимость большого числа научных экспериментов на пучках заряженных частиц с использованием ускорителей. В зависимости от условий физического эксперимента применяют как пассивные мишени, только для генерации вторичных частиц, так и активные мишени, в которые встроен детектор вторичных частиц. Примером активной мишени может служить криогенная ионизационная камера, в которой на выведенном пучке проводят изучение температурной зависимости мюонного катализа ядерного синтеза в газообразных дейтерии и водород-дейтерии, а также смесях дейтерий-водород. Охлаждение криогенных мишеней до температур 4,2–40 К осуществляется гелиевыми рефрижераторами. Однако ряд физических экспериментов, особенно для частиц с большими апертурами углов, требует использования мишеней с замороженной поляризацией ядер. При этом рабочая температура мишени снижается до 100–300 мК. Данные значения температуры в непрерывном режиме обеспечивают только рефрижераторы растворения 3Не- 4Не. Открытие в структурах сверхпроводник-изолятор-нормальный металл (СИН) эффекта снижения темпера- туры при туннелировании потока электронов через переход (электронного охлаждения) привело к активному исследованию данных устройств в лабораториях по всему миру не только в качестве активных термометров для измерения температуры в области < 300 мК, но и как самостоятельных генераторов холода. Основная перспектива последнего направления – это создание охлаждающих устройств на базе матрицы СИН элементов. В работе предлагается использовать данные устройства совместно с рефрижератором растворения или обособлено на ускорителях элементарных частиц, что позволит минимизировать габариты установки, снизить финансовые расходы и повысить надежность при проведении испытаний. Приведен пример схемы ускорителя с установкой для охлаждения мишени. На основании опубликованных ранее результатов предложена методика оценочного расчета числа элементов СИН матрицы охладителя мишеней с замороженной поляризацией ядер водорода и дейтерия в зависимости от параметров ее работы.

 

Об авторах

А. Ю. Титов
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Россия
студент кафедры «Хо- лодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения


И. А. Архаров
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Россия
д-р техн. наук, про- фессор кафедры «Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения» МГТУ им. Н.Э. Баумана, вице-президент комиссии А1 Международного Института холода (МИХ, Франция)


Б. А. Иванов
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Россия
д-р техн. наук, профессор кафедры «Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения»


А. М. Архаров
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Россия
д-р техн. наук, профессор кафедры «Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения» МГТУ


Е. С. Навасардян
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Россия
канд. техн. наук, доцент кафедры «Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения


Список литературы

1. World Energy Outlook 2016 [E-resource]. Available on: www.iea.org/weo/ [accessed 01.10.2017].

2. Александров, А.А. Машины и аппараты криогенных систем [Текст] / Александров А.А., Архаров И.А., Навасардян Е.С. – М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2009. – 124 с.

3. Muhonen, J.T. Micrometer-scale refrigerators / J.T. Muhonen, M. Meschke, J.P. Pekola // ArXiv eprints, 1203.5100v1, Mar 2012.

4. Arkharov, I.A. Microcryogenic gas machines in strategic satellite navigation, surveillance, and communications systems [Text] / I.A. Arkharov, E.S. Navasardyan, M.V. Simakov // Chemical and Petroleum Engineering. – 2016. – Vol. 51. – No 11–12. – P. 765–770.

5. Фоминский М.Ю. Разработка и исследование криогенного болометра на холодных электронах: дис. канд. физ-мат. наук: 01.04.01 / М.Ю. Фомин- ский. – Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН. – М., 2011. – 115 с.

6. Zmuidzinas, J. Superconducting detectors and mixers for millimeter and submillimeter astrophysics [Text] / J. Zmuidzinas, P.L. Richards // Proceedings of the IEEE. – Oct 2004. – Vol. 92. – P. 1597–1616.

7. Wentworth, S.M. and Neikirk, D.P. Transitionedge microbolometer [Text] / S.M. Wentworth, D.P. Neikirk. – Orlando, FL, USA: s.n. // Proc. SPIE: Superconductivity Applications for Infrared and Microwave Devices. – 1990. – Vol. 1292. – P. 148–154.

8. Wentworth, S.M. Composite microbolometers with tellurium detector elements [Text] / S.M. Wentworth, D.P. Neikirk // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 1992. – Vol. 40. – P. 196–201.

9. Kuzmin, L. Ultimate Cold-Electron Bolometer with Strong Electrothermal Feedback [Text] / L. Kuzmin // SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation Conf. “Mm and Submm Detectors for Astronomy”. – 2004. – Vol. 5498. – P. 349–361.

10. Mazin, B.A. Multiplexable kinetic inductance detectors [Text] / Mazin B.A. [et al.] // Proc. 9th Int. Workshop Low temperature detectors. – 2002. – Vol. 605. – P. 309–312.

11. Неганов, Б.С. Метод получения сверхнизких температур, основанный на растворении 3Не в 4Не [Препринт ОИЯИ Р-2480; 1965] / Б.С. Неганов, Н.С. Борисов, М.Ю. Либург // ЖЭТФ. – 1966. – Vol. 50. – P. 1445.

12. Borisov, N.S. Target with a Frozen Nuclear Polarization for Experiments at Low Energies [Text] / N.S. Borisov [et al.] // Nucl. Instr. & Meth. – 1994. – Vol. A 345. – P. 421; in Proc. Of the 11th Int. Symposium on High Energy Spin Physics, Bloomington. – 1994. – P. 545.

13. Усов, Ю.А. Разработка и создание криогенных установок для мишеней с замороженной поляризацией ядер водорода и дейтерия: дис. канд. тех. наук: 01.04.01 / Ю.А. Усов. – Объединенный институт ядерных исследований. Лаборатория ядерных проблем. – Дубна, 2000. – 95 с.

14. Корешева, Е.Р. Криогенные мишени для инерциального термоядерного синтеза: дис. докт. физ-мат. наук: 01.04.07, 01.04.21 / Е.Р. Корешева. – Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН. – М., 2005. – 248 с.

15. Александрова, И.В. Криогенное водородное топливо для управляемого инерциального термоядерного синтеза (концепция фабрики криогенных мишеней на основе метода FST) [Текст] / И.В. Александрова [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия Термоядерный синтез. – 2016. – Т. 39. – Вып. 1. – С. 30–54.

16. Александрова, И.В. Криогенное водородное топливо для управляемого инерциального термоядерного синтеза (обзор мировых результатов) [Текст] / И.В. Александрова [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия Термоядерный синтез. – 2015. – Том 38. – Вып. 1. – С. 57–79.

17. Александрова, И.В. Криогенное водородное топливо для управляемого инерциального термоядерного синтеза (получение устойчивого ультрадисперсного слоя из твердых изотопов водорода) [Текст] / И.В. Александрова [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия Термоядерный синтез. – 2015. – Т. 38. – Вып. 2. – С. 75–103.

18. Александрова, И.В. Криогенное водородное топливо для управляемого инерциального термоядерного синтеза (FST-формирование криогенного слоя топлива в движущейся бесподвесной оболочке: теория и эксперимент) [Текст] / И.В. Александрова [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия Термоядерный синтез. – 2015. – Т. 38. – Вып. 3. – С. 59–82.

19. Александрова, И.В. Криогенное водородное топливо для управляемого инерциального термоядерного синтеза (формирование криогенных мишеней реакторного класса) [Текст] / И.В. Александрова [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия Термоядерный синтез. – 2015. – Т. 38. – Вып. 4. – С. 51–78.

20. Rajauria, S. Electronic refrigeration using superconducting tunnel junctions: Ph.D. thesis / S. Rajauria. – University Joseph Fourier, 2008.

21. Clarck, A.M. Cooling of bulk material by electron-tunneling refrigerators [Text] / A.M. Clarck [et al.] // Applied Physics Letters. – 2005. – Vol. 86. – No 17. – P. 173508.

22. Kuzmin, L. An Array of Cold-Electron Bolometers with SIN Junctions and JFET readout for Cosmology Instruments [Text] / L. Kuzmin // J. Phys., Conf. Ser. – 2008. – Vol. 97. – No. 1. – P. 012310.

23. Andreev, A.F. The thermal conductivity of the intermediate state in superconductors [Text] / A.F. Andreev // Journal of Experimental and Theoretic Physics. – 1964. – Vol. 46. – P. 1823–1828.

24. Wilhelm, I. Production of monoenergetic neutrons from the T(d, n) α reaction with the associated particle method [Text] / I. Wilhelm, P. Murali, Z. Dolezal // Nucl. Instr. & Meth. – 1992. – Vol. A 317. – Iss. 3. – P. 553–558.

25. Broz, J. Measurement of spin-dependent total cross-section difference ΔσL in neutron-proton scattering at 16 MeV [Text] / J. Broz // Z. Phys. – 1996. – A 354. – P. 401; in Proc. 12th International Symposium on High Energy Spin Physics. – Amsterdam, Netherlands, 1996. – P. 280.

26. Schoberl, M. Measurement of the neutronproton spin correlation coefficient Ayy at 90º c.m. by elastic scattering of 13.7 MeV polarized neutrons from a polarized proton target [Text] / M. Schoberl [et al.] // Nucl. Phys. – 1988. – A 489. – P. 284–302.

27. Ockenfels M. Measurement of the neutronproton polarization transfer coefficient y' K y at 17.4 MeV. / M. Ockenfels [et al.] // Nucl. Phys. – 1991. – A 526. – P. 109.


Для цитирования:


Титов А.Ю., Архаров И.А., Иванов Б.А., Архаров А.М., Навасардян Е.С. К РАСЧЕТУ СИН МАТРИЦЫ МИКРООХЛАДИТЕЛЯ МИШЕНЕЙ С ЗАМОРОЖЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ ЯДЕР ВОДОРОДА И ДЕЙТЕРИЯ В УСКОРИТЕЛЯХ МИКРОЧАСТИЦ. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2017;(25-27):35-44. https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.25-27.035-044

For citation:


Titov A.Y., Arkharov I.A., Ivanov B.A., Arkharov A.M., Navasardyan E.S. ABOUT THE CALCULATION OF THE NIS MATRIX'S MICRO COOLER FOR TARGETS WITH FROZEN NUCLEAR POLARIZATION OF HYDROGEN AND DEUTERIUM IN PARTICLE ACCELERATORS. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2017;(25-27):35-44. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.25-27.035-044

Просмотров: 149


ISSN 1608-8298 (Print)