2024-03-29T06:36:49Z
https://www.isjaee.com/jour/oai
oai:oai.alternative.elpub.ru:article/1182
2017-12-10T11:56:47Z
jour:THEN
ABOUT THE CALCULATION OF THE NIS MATRIX'S MICRO COOLER FOR TARGETS WITH FROZEN NUCLEAR POLARIZATION OF HYDROGEN AND DEUTERIUM IN PARTICLE ACCELERATORS
К РАСЧЕТУ СИН МАТРИЦЫ МИКРООХЛАДИТЕЛЯ МИШЕНЕЙ С ЗАМОРОЖЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ ЯДЕР ВОДОРОДА И ДЕЙТЕРИЯ В УСКОРИТЕЛЯХ МИКРОЧАСТИЦ
A. Yu. Titov
I. A. Arkharov
B. A. Ivanov
A. M. Arkharov
E. S. Navasardyan
А. Ю. Титов
И. А. Архаров
Б. А. Иванов
А. М. Архаров
Е. С. Навасардян
туннельный эффект
microcooler
NIS structure
cryogenic bolometer
hydrogen
target with frozen nuclear polarization of hydrogen and deuterium
matrix of elements
electron cooling
tunnel effect
туннельный эффект
микроохладитель
СИН структура
криогенный болометр
водород
мишени с замороженной поляризацией ядер водорода и дейтерия
матрица элементов
электронное охлаждение
туннельный эффект
The paper deals with alternative cooling technologies for cryogenic targets with frozen polarization of hydrogen and deuterium nuclei. These targets are used on particle accelerators in experiments on the matter properties, and the results allow improving the fuel cryogenic targets in the implementation of inertial thermonuclear fusion. An important direction here is generation of spherical deuterium-tritium cryogenic targets. The creation of such cryogenic targets and optimization of their design requires large number of scientific experiments on particle accelerators. In accordance with conditions of the physical experiment two types of targets are used: a passive target (only for generation of secondary particles) and an active target (with built-in detector of secondary particles). An example of the active target may be a cryogenic ionization chamber where the extracted beam is used to study the temperature dependence of muonic catalysis of nuclear fusion in deuterium gas, hydrogen-deuterium and mixtures of deuteriumhydrogen. In order to cool cryogenic targets down to temperatures of 4.2–40 K helium refrigerators are used. However, a number of physical experiments especially for particles with large aperture angles require the usage of targets with frozen nuclear polarization. At the same time, the working temperature of the target is reduced to 100–300 mK. These temperatures are reachable in a continuous mode only in dilution refrigerators 3He- 4He. The discovery of the temperature reduction effect in the structures of the normal metal-insulator-superconductor (NIS) by tunneling of electrons through the junction (electron cooling) have led to active study of these devices in labs across the world not only as the active thermometer to measure the temperature in the region of < 300 mK but also as independent generators of cooling power. The main prospect of this direction is the creation of cooling devices on the basis of NIS matrix. In this paper we propose to use these devices with dilution refrigerators or separately in particle accelerators. It will minimize the size of the installation, reduce financial costs and enhance reliability during experiments. An example of a scheme of the accelerator with unit for the target cooling is provided. The paper in accordance with previously published results proposes the method for evaluative calculation of the number of NIS elements for cooler of targets with frozen nuclear polarization of hydrogen and deuterium.
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.
Международный издательский дом научной периодики "Спейс
2017-12-10
info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
application/pdf
https://www.isjaee.com/jour/article/view/1182
10.15518/isjaee.2017.25-27.035-044
Alternative Energy and Ecology (ISJAEE); № 25-27 (2017); 35-44
Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE); № 25-27 (2017); 35-44
1608-8298
rus
https://www.isjaee.com/jour/article/view/1182/1035
World Energy Outlook 2016 [E-resource]. Available on: www.iea.org/weo/ [accessed 01.10.2017].
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.
Muhonen, J.T. Micrometer-scale refrigerators / J.T. Muhonen, M. Meschke, J.P. Pekola // ArXiv eprints, 1203.5100v1, Mar 2012.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Rajauria, S. Electronic refrigeration using superconducting tunnel junctions: Ph.D. thesis / S. Rajauria. – University Joseph Fourier, 2008.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие статьи в данном журнале, соглашаются на следующее:Авторы сохраняют за собой автороские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).
oai:oai.alternative.elpub.ru:article/300
2016-04-28T07:17:37Z
jour:THEN
EMBODIMENT OF THE CONTROLLED THERMONUCLEAR FUSION IN NON-STATIONARY CONDITIONS
ВАРИАНТ РЕАЛИЗАЦИИ УПРАВЛЯЕМОГО ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА В НЕСТАЦИОНАРНЫХ УСЛОВИЯХ
P. G. Kudryavtsev
G. B. Makrinich
O. L. Figovsky
П. Г. Кудрявцев
Г. Б. Макринич
О. Л. Фиговский
дейтерированные бораны
deuterium stream
gas target
deuterated boranes
дейтерированные бораны
поток дейтронов
газообразная мишень
дейтерированные бораны
В настоящей работе предложен топливный цикл и принципиальная схема реактора для проведения процесса термоядерного синтеза с использованием потока дейтронов и газообразной мишени из дейтерированного диборана (B2D6). Рассмотрено два режима работы реактора. Проведенные расчеты показали принципиальную возможность для предложенного топливного цикла, в котором также могут быть задействованы другие летучие бораны. Данный тип реактора и процессов имеют положительный энергетический баланс: 9,26 МэВ на один дейтрон потока. Также в этом процессе генерируется изотоп гелия (3He), который является ценным продуктом и может использоваться в других типах термоядерных реакторов. Для поглощения избыточных нейтронов предложен раствор борной кислоты, содержащей природную смесь изотопов бора, при этом будет происходить образование бората лития.
Международный издательский дом научной периодики "Спейс
2016-04-27
info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
application/pdf
https://www.isjaee.com/jour/article/view/300
Alternative Energy and Ecology (ISJAEE); № 1-2 (2016); 25-36
Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE); № 1-2 (2016); 25-36
1608-8298
rus
https://www.isjaee.com/jour/article/view/300/298
Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие статьи в данном журнале, соглашаются на следующее:Авторы сохраняют за собой автороские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).