304L 6.35*1mm સ્ટેનલેસ સ્ટીલ કોઇલ્ડ ટ્યુબિંગ સપ્લાયર્સ, સ્પંદિત ડાયરેક્ટ ન્યુટ્રોન પેદા કરવા માટે તીવ્ર લિથિયમ બીમનું પ્રદર્શન

Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર.તમે મર્યાદિત CSS સપોર્ટ સાથે બ્રાઉઝર સંસ્કરણનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો.શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટ કરેલ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા Internet Explorer માં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો).વધુમાં, ચાલુ સમર્થનની ખાતરી કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને JavaScript વિના સાઇટ બતાવીએ છીએ.
સ્લાઇડર્સ સ્લાઇડ દીઠ ત્રણ લેખો દર્શાવે છે.સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે પાછળના અને આગળના બટનોનો ઉપયોગ કરો અથવા દરેક સ્લાઇડમાંથી આગળ વધવા માટે અંતે સ્લાઇડ કંટ્રોલર બટનોનો ઉપયોગ કરો.

પરમાણુ રિએક્ટરના અભ્યાસના વિકલ્પ તરીકે, લિથિયમ-આયન બીમ ડ્રાઈવરનો ઉપયોગ કરીને કોમ્પેક્ટ એક્સિલરેટર-સંચાલિત ન્યુટ્રોન જનરેટર આશાસ્પદ ઉમેદવાર હોઈ શકે છે કારણ કે તે થોડું અનિચ્છનીય કિરણોત્સર્ગ ઉત્પન્ન કરે છે.જો કે, લિથિયમ આયનોની તીવ્ર બીમ પહોંચાડવી મુશ્કેલ હતી, અને આવા ઉપકરણોનો વ્યવહારિક ઉપયોગ અશક્ય માનવામાં આવતો હતો.અપર્યાપ્ત આયન પ્રવાહની સૌથી તીવ્ર સમસ્યા ડાયરેક્ટ પ્લાઝ્મા ઇમ્પ્લાન્ટેશન સ્કીમ લાગુ કરીને હલ કરવામાં આવી હતી.આ યોજનામાં, લિથિયમ ધાતુના વરખના લેસર એબ્લેશન દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ઉચ્ચ ઘનતાના સ્પંદિત પ્લાઝ્માને ઉચ્ચ-આવર્તન ક્વાડ્રપોલ એક્સિલરેટર (RFQ પ્રવેગક) દ્વારા અસરકારક રીતે ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે અને તેને ઝડપી બનાવવામાં આવે છે.અમે 1.43 MeV સુધી પ્રવેગિત 35 mA નો પીક બીમ કરંટ હાંસલ કર્યો છે, જે પરંપરાગત ઇન્જેક્ટર અને એક્સિલરેટર સિસ્ટમ્સ પ્રદાન કરી શકે તે કરતાં વધુ તીવ્રતાના બે ઓર્ડર છે.
એક્સ-રે અથવા ચાર્જ થયેલા કણોથી વિપરીત, ન્યુટ્રોન્સમાં ઘનિષ્ઠ પદાર્થ સાથે મોટી ઘૂંસપેંઠ ઊંડાઈ અને અનન્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા હોય છે, જે તેમને સામગ્રી 1,2,3,4,5,6,7ના ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવા માટે અત્યંત સર્વતોમુખી પ્રોબ બનાવે છે.ખાસ કરીને, ન્યુટ્રોન સ્કેટરિંગ તકનીકોનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે કન્ડેન્સ્ડ દ્રવ્યમાં રચના, બંધારણ અને આંતરિક તાણનો અભ્યાસ કરવા માટે થાય છે અને ધાતુના એલોયમાં ટ્રેસ સંયોજનો પર વિગતવાર માહિતી પ્રદાન કરી શકે છે જે એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી8 નો ઉપયોગ કરીને શોધવા મુશ્કેલ છે.મૂળભૂત વિજ્ઞાનમાં આ પદ્ધતિને શક્તિશાળી સાધન ગણવામાં આવે છે અને તેનો ઉપયોગ ધાતુઓ અને અન્ય સામગ્રીના ઉત્પાદકો દ્વારા કરવામાં આવે છે.તાજેતરમાં, ન્યુટ્રોન વિવર્તનનો ઉપયોગ યાંત્રિક ઘટકો જેમ કે રેલ અને એરક્રાફ્ટ ભાગો 9,10,11,12 માં અવશેષ તણાવ શોધવા માટે કરવામાં આવ્યો છે.ન્યુટ્રોનનો ઉપયોગ તેલ અને ગેસના કુવાઓમાં પણ થાય છે કારણ કે તે પ્રોટોન-સમૃદ્ધ સામગ્રીઓ દ્વારા સરળતાથી પકડી લેવામાં આવે છે.સિવિલ એન્જિનિયરિંગમાં પણ સમાન પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ થાય છે.બિન-વિનાશક ન્યુટ્રોન પરીક્ષણ એ ઇમારતો, ટનલ અને પુલોમાં છુપાયેલા ખામીઓ શોધવા માટે એક અસરકારક સાધન છે.ન્યુટ્રોન બીમનો ઉપયોગ વૈજ્ઞાનિક સંશોધન અને ઉદ્યોગમાં સક્રિયપણે થાય છે, જેમાંથી ઘણા ઐતિહાસિક રીતે પરમાણુ રિએક્ટરનો ઉપયોગ કરીને વિકસાવવામાં આવ્યા છે.
જો કે, પરમાણુ અપ્રસાર પર વૈશ્વિક સર્વસંમતિ સાથે, સંશોધન હેતુઓ માટે નાના રિએક્ટર બનાવવાનું વધુને વધુ મુશ્કેલ બની રહ્યું છે.તદુપરાંત, તાજેતરના ફુકુશિમા અકસ્માતે પરમાણુ રિએક્ટર બનાવવાનું લગભગ સામાજિક રીતે સ્વીકાર્ય બનાવ્યું છે.આ વલણના સંબંધમાં, પ્રવેગક પર ન્યુટ્રોન સ્ત્રોતોની માંગ વધી રહી છે2.પરમાણુ રિએક્ટરના વિકલ્પ તરીકે, ઘણા મોટા પ્રવેગક-વિભાજન ન્યુટ્રોન સ્ત્રોતો પહેલેથી જ કાર્યરત છે14,15.જો કે, ન્યુટ્રોન બીમના ગુણધર્મોના વધુ કાર્યક્ષમ ઉપયોગ માટે, એક્સિલરેટર્સ પર કોમ્પેક્ટ સ્ત્રોતોનો ઉપયોગ વિસ્તૃત કરવો જરૂરી છે, 16 જે ઔદ્યોગિક અને યુનિવર્સિટી સંશોધન સંસ્થાઓ સાથે સંબંધિત હોઈ શકે છે.એક્સિલરેટર ન્યુટ્રોન સ્ત્રોતોએ ન્યુક્લિયર રિએક્ટર14 માટે રિપ્લેસમેન્ટ તરીકે સેવા આપવા ઉપરાંત નવી ક્ષમતાઓ અને કાર્યો ઉમેર્યા છે.ઉદાહરણ તરીકે, લિનાક-સંચાલિત જનરેટર ડ્રાઇવ બીમમાં હેરફેર કરીને સરળતાથી ન્યુટ્રોનનો પ્રવાહ બનાવી શકે છે.એકવાર ઉત્સર્જિત થયા પછી, ન્યુટ્રોનને નિયંત્રિત કરવું મુશ્કેલ છે અને પૃષ્ઠભૂમિ ન્યુટ્રોન દ્વારા બનાવેલા અવાજને કારણે રેડિયેશન માપનનું વિશ્લેષણ કરવું મુશ્કેલ છે.પ્રવેગક દ્વારા નિયંત્રિત સ્પંદિત ન્યુટ્રોન આ સમસ્યાને ટાળે છે.પ્રોટોન એક્સિલરેટર ટેક્નોલોજી પર આધારિત કેટલાક પ્રોજેક્ટ સમગ્ર વિશ્વમાં પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યા છે17,18,19.પ્રતિક્રિયાઓ 7Li(p, n)7Be અને 9Be(p, n)9B નો પ્રોટોન-સંચાલિત કોમ્પેક્ટ ન્યુટ્રોન જનરેટરમાં વારંવાર ઉપયોગ થાય છે કારણ કે તે એન્ડોથર્મિક પ્રતિક્રિયાઓ છે20.જો પ્રોટોન બીમને ઉત્તેજિત કરવા માટે પસંદ કરવામાં આવેલી ઉર્જા થ્રેશોલ્ડ મૂલ્યથી થોડી ઉપર હોય તો વધારાનું રેડિયેશન અને કિરણોત્સર્ગી કચરો ઘટાડી શકાય છે.જો કે, લક્ષ્ય ન્યુક્લિયસનો સમૂહ પ્રોટોન કરતા ઘણો મોટો છે, અને પરિણામી ન્યુટ્રોન બધી દિશામાં વિખેરાઈ જાય છે.ન્યુટ્રોન પ્રવાહના આઇસોટ્રોપિક ઉત્સર્જનની આટલી નજીક અભ્યાસના હેતુ માટે ન્યુટ્રોનનું કાર્યક્ષમ પરિવહન અટકાવે છે.વધુમાં, ઑબ્જેક્ટના સ્થાન પર ન્યુટ્રોનની આવશ્યક માત્રા મેળવવા માટે, ફરતા પ્રોટોનની સંખ્યા અને તેમની ઊર્જા બંનેમાં નોંધપાત્ર વધારો કરવો જરૂરી છે.પરિણામે, ગામા કિરણો અને ન્યુટ્રોનની મોટી માત્રા મોટા ખૂણાઓ દ્વારા પ્રચાર કરશે, એન્ડોથર્મિક પ્રતિક્રિયાઓના ફાયદાને નષ્ટ કરશે.સામાન્ય પ્રવેગક-સંચાલિત કોમ્પેક્ટ પ્રોટોન-આધારિત ન્યુટ્રોન જનરેટરમાં મજબૂત રેડિયેશન શિલ્ડિંગ હોય છે અને તે સિસ્ટમનો સૌથી મોટો ભાગ છે.ડ્રાઇવિંગ પ્રોટોનની ઊર્જા વધારવાની જરૂરિયાત માટે સામાન્ય રીતે એક્સિલરેટર સુવિધાના કદમાં વધારાની વૃદ્ધિની જરૂર પડે છે.
પ્રવેગક પર પરંપરાગત કોમ્પેક્ટ ન્યુટ્રોન સ્ત્રોતોની સામાન્ય ખામીઓને દૂર કરવા માટે, એક વ્યુત્ક્રમ-કાઇનેમેટિક પ્રતિક્રિયા યોજના પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી હતી21.આ યોજનામાં, હાઇડ્રોકાર્બન પ્લાસ્ટિક, હાઇડ્રાઇડ્સ, હાઇડ્રોજન ગેસ અથવા હાઇડ્રોજન પ્લાઝ્મા જેવી હાઇડ્રોજન-સમૃદ્ધ સામગ્રીને લક્ષ્ય બનાવીને, પ્રોટોન બીમને બદલે ભારે લિથિયમ-આયન બીમનો ઉપયોગ માર્ગદર્શક બીમ તરીકે થાય છે.બેરિલિયમ આયન-સંચાલિત બીમ જેવા વિકલ્પોની વિચારણા કરવામાં આવી છે, જો કે, બેરિલિયમ એ એક ઝેરી પદાર્થ છે જેને હેન્ડલિંગમાં વિશેષ કાળજી લેવાની જરૂર છે.તેથી, વ્યુત્ક્રમ-કાઇનેમેટિક પ્રતિક્રિયા યોજનાઓ માટે લિથિયમ બીમ સૌથી યોગ્ય છે.લિથિયમ ન્યુક્લીનો વેગ પ્રોટોન કરતા વધારે હોવાથી, પરમાણુ અથડામણના સમૂહનું કેન્દ્ર સતત આગળ વધી રહ્યું છે, અને ન્યુટ્રોન પણ આગળ ઉત્સર્જિત થાય છે.આ સુવિધા અનિચ્છનીય ગામા કિરણો અને ઉચ્ચ કોણ ન્યુટ્રોન ઉત્સર્જન22ને મોટા પ્રમાણમાં દૂર કરે છે.પ્રોટોન એન્જિનના સામાન્ય કેસ અને વિપરીત ગતિશાસ્ત્રના દૃશ્યની સરખામણી આકૃતિ 1 માં બતાવવામાં આવી છે.
પ્રોટોન અને લિથિયમ બીમ માટે ન્યુટ્રોન ઉત્પાદન ખૂણાઓનું ચિત્રણ (Adobe Illustrator CS5, 15.1.0, https://www.adobe.com/products/illustrator.html વડે દોરેલું).(a) ગતિશીલ પ્રોટોન લિથિયમ લક્ષ્યના વધુ ભારે અણુઓને અથડાવે છે તે હકીકતને કારણે પ્રતિક્રિયાના પરિણામે ન્યુટ્રોન કોઈપણ દિશામાં બહાર નીકળી શકે છે.(b) તેનાથી વિપરિત, જો લિથિયમ-આયન ડ્રાઈવર હાઈડ્રોજન-સમૃદ્ધ લક્ષ્ય પર બોમ્બમારો કરે છે, તો સિસ્ટમના દળના કેન્દ્રના ઉચ્ચ વેગને કારણે આગળની દિશામાં એક સાંકડા શંકુમાં ન્યુટ્રોન ઉત્પન્ન થાય છે.
જો કે, પ્રોટોનની તુલનામાં ઊંચા ચાર્જ સાથે ભારે આયનોના જરૂરી પ્રવાહને ઉત્પન્ન કરવામાં મુશ્કેલીને કારણે માત્ર થોડા જ વ્યસ્ત કિનેમેટિક ન્યુટ્રોન જનરેટર અસ્તિત્વમાં છે.આ તમામ છોડ ટેન્ડમ ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક એક્સિલરેટર્સ સાથે સંયોજનમાં નકારાત્મક સ્પુટર આયન સ્ત્રોતોનો ઉપયોગ કરે છે.બીમ પ્રવેગકતા 26 ની કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે અન્ય પ્રકારના આયન સ્ત્રોતોની દરખાસ્ત કરવામાં આવી છે.કોઈપણ કિસ્સામાં, ઉપલબ્ધ લિથિયમ-આયન બીમ પ્રવાહ 100 µA સુધી મર્યાદિત છે.Li3+27 ના 1 mA નો ઉપયોગ કરવાની દરખાસ્ત કરવામાં આવી છે, પરંતુ આ આયન બીમ પ્રવાહની આ પદ્ધતિ દ્વારા પુષ્ટિ કરવામાં આવી નથી.તીવ્રતાના સંદર્ભમાં, લિથિયમ બીમ એક્સિલરેટર્સ પ્રોટોન બીમ એક્સિલરેટર્સ સાથે સ્પર્ધા કરી શકતા નથી કે જેમનું પીક પ્રોટોન વર્તમાન 10 mA28 કરતાં વધી જાય છે.
લિથિયમ-આયન બીમ પર આધારિત પ્રાયોગિક કોમ્પેક્ટ ન્યુટ્રોન જનરેટરને અમલમાં મૂકવા માટે, આયનો વિના સંપૂર્ણપણે ઉચ્ચ-તીવ્રતા પેદા કરવી ફાયદાકારક છે.આયનોને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક દળો દ્વારા ઝડપી અને માર્ગદર્શન આપવામાં આવે છે, અને ઉચ્ચ ચાર્જ સ્તર વધુ કાર્યક્ષમ પ્રવેગમાં પરિણમે છે.લિ-આયન બીમ ડ્રાઇવરોને 10 mA કરતા વધુ Li3+ પીક કરંટની જરૂર પડે છે.
આ કાર્યમાં, અમે 35 mA સુધીના પીક કરંટ સાથે Li3+ બીમના પ્રવેગનું નિદર્શન કરીએ છીએ, જે અદ્યતન પ્રોટોન એક્સિલરેટર્સ સાથે તુલનાત્મક છે.મૂળ લિથિયમ આયન બીમ લેસર એબ્લેશન અને ડાયરેક્ટ પ્લાઝમા ઈમ્પ્લાન્ટેશન સ્કીમ (DPIS)નો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવ્યો હતો જે મૂળ C6+ ને વેગ આપવા માટે વિકસાવવામાં આવ્યો હતો.ચાર-રોડ રેઝોનન્ટ સ્ટ્રક્ચરનો ઉપયોગ કરીને કસ્ટમ-ડિઝાઇન કરેલ રેડિયો ફ્રીક્વન્સી ક્વાડ્રુપોલ લિનાક (RFQ લિનાક) બનાવવામાં આવી હતી.અમે ચકાસ્યું છે કે પ્રવેગક બીમમાં ગણતરી કરેલ ઉચ્ચ શુદ્ધતા બીમ ઊર્જા છે.એકવાર રેડિયો ફ્રીક્વન્સી (RF) પ્રવેગક દ્વારા Li3+ બીમને અસરકારક રીતે પકડી લેવામાં આવે અને તેને ઝડપી કરવામાં આવે, ત્યારપછીના લિનાક (એક્સિલરેટર) વિભાગનો ઉપયોગ લક્ષ્યમાંથી મજબૂત ન્યુટ્રોન પ્રવાહ પેદા કરવા માટે જરૂરી ઊર્જા પ્રદાન કરવા માટે થાય છે.
ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા આયનોનું પ્રવેગક એ એક સુસ્થાપિત ટેકનોલોજી છે.નવા અત્યંત કાર્યક્ષમ કોમ્પેક્ટ ન્યુટ્રોન જનરેટરને સાકાર કરવાનું બાકીનું કાર્ય એ છે કે મોટી સંખ્યામાં સંપૂર્ણપણે છીનવાઈ ગયેલા લિથિયમ આયનોનું નિર્માણ કરવું અને પ્રવેગકમાં RF ચક્ર સાથે સમન્વયિત આયન કઠોળની શ્રેણીનો સમાવેશ કરતું ક્લસ્ટર માળખું બનાવવું.આ ધ્યેય હાંસલ કરવા માટે રચાયેલ પ્રયોગોના પરિણામોનું વર્ણન નીચેના ત્રણ પેટાવિભાગોમાં કરવામાં આવ્યું છે: (1) લિથિયમ-આયન બીમથી સંપૂર્ણપણે વંચિત જનરેશન, (2) વિશિષ્ટ રીતે રચાયેલ RFQ લિનાકનો ઉપયોગ કરીને બીમ પ્રવેગક, અને (3) વિશ્લેષણનું પ્રવેગક તેના સમાવિષ્ટો તપાસવા માટે બીમનું.બ્રુકહેવન નેશનલ લેબોરેટરી (BNL) ખાતે, અમે આકૃતિ 2 માં દર્શાવેલ પ્રાયોગિક સેટઅપ બનાવ્યું છે.
લિથિયમ બીમના પ્રવેગક વિશ્લેષણ માટે પ્રાયોગિક સેટઅપની ઝાંખી (ઇંકસ્કેપ, 1.0.2, https://inkscape.org/ દ્વારા સચિત્ર).જમણેથી ડાબે, લેસર-અમૂલ્ય પ્લાઝ્મા લેસર-લક્ષ્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ચેમ્બરમાં જનરેટ થાય છે અને RFQ લિનાકને પહોંચાડવામાં આવે છે.RFQ પ્રવેગકમાં દાખલ થવા પર, આયનો પ્લાઝમાથી અલગ થઈ જાય છે અને ડ્રિફ્ટ પ્રદેશમાં એક્સ્ટ્રક્શન ઈલેક્ટ્રોડ અને RFQ ઈલેક્ટ્રોડ વચ્ચે 52 kV વોલ્ટેજ તફાવત દ્વારા સર્જાયેલા અચાનક ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ દ્વારા RFQ એક્સિલરેટરમાં દાખલ કરવામાં આવે છે.2 મીટર લાંબા RFQ ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ કરીને કાઢવામાં આવેલા આયનોને 22 keV/n થી 204 keV/n સુધી ઝડપી કરવામાં આવે છે.આરએફક્યુ લિનાકના આઉટપુટ પર ઇન્સ્ટોલ કરેલું વર્તમાન ટ્રાન્સફોર્મર (સીટી) આયન બીમ વર્તમાનનું બિન-વિનાશક માપ પૂરું પાડે છે.બીમ ત્રણ ચતુર્ભુજ ચુંબક દ્વારા કેન્દ્રિત છે અને તેને દ્વિધ્રુવીય ચુંબક તરફ નિર્દેશિત કરવામાં આવે છે, જે Li3+ બીમને ડિટેક્ટરમાં અલગ અને નિર્દેશિત કરે છે.સ્લિટની પાછળ, એક રિટ્રેક્ટેબલ પ્લાસ્ટિક સિન્ટિલેટર અને -400 V સુધીના પૂર્વગ્રહ સાથે ફેરાડે કપ (FC)નો ઉપયોગ પ્રવેગક બીમને શોધવા માટે થાય છે.
સંપૂર્ણ આયનાઈઝ્ડ લિથિયમ આયનો (Li3+) પેદા કરવા માટે, તેની ત્રીજી આયનીકરણ ઊર્જા (122.4 eV) કરતાં વધુ તાપમાન ધરાવતું પ્લાઝ્મા બનાવવું જરૂરી છે.અમે ઉચ્ચ-તાપમાન પ્લાઝ્મા બનાવવા માટે લેસર એબ્લેશનનો ઉપયોગ કરવાનો પ્રયાસ કર્યો.આ પ્રકારના લેસર આયન સ્ત્રોતનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે લિથિયમ આયન બીમ બનાવવા માટે થતો નથી કારણ કે લિથિયમ મેટલ રિએક્ટિવ હોય છે અને તેને ખાસ હેન્ડલિંગની જરૂર પડે છે.અમે વેક્યૂમ લેસર ઇન્ટરએક્શન ચેમ્બરમાં લિથિયમ ફોઇલ ઇન્સ્ટોલ કરતી વખતે ભેજ અને હવાના દૂષણને ઘટાડવા માટે લક્ષ્ય લોડિંગ સિસ્ટમ વિકસાવી છે.સામગ્રીની તમામ તૈયારીઓ શુષ્ક આર્ગોનના નિયંત્રિત વાતાવરણમાં કરવામાં આવી હતી.લેસર ટાર્ગેટ ચેમ્બરમાં લિથિયમ ફોઇલ ઇન્સ્ટોલ કર્યા પછી, ફોઇલને સ્પંદિત Nd:YAG લેસર રેડિયેશન સાથે 800 mJ પ્રતિ પલ્સ ની ઊર્જા પર ઇરેડિયેટ કરવામાં આવ્યું હતું.લક્ષ્ય પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવા પર, લેસર પાવર ઘનતા આશરે 1012 W/cm2 હોવાનો અંદાજ છે.જ્યારે સ્પંદિત લેસર શૂન્યાવકાશમાં લક્ષ્યનો નાશ કરે છે ત્યારે પ્લાઝમા બનાવવામાં આવે છે.સમગ્ર 6 ns લેસર પલ્સ દરમિયાન, પ્લાઝ્મા ગરમ થવાનું ચાલુ રાખે છે, મુખ્યત્વે રિવર્સ બ્રેમસ્ટ્રાહલંગ પ્રક્રિયાને કારણે.ગરમીના તબક્કા દરમિયાન કોઈ મર્યાદિત બાહ્ય ક્ષેત્ર લાગુ પડતું ન હોવાથી, પ્લાઝ્મા ત્રણ પરિમાણોમાં વિસ્તરણ કરવાનું શરૂ કરે છે.જ્યારે પ્લાઝ્મા લક્ષ્ય સપાટી પર વિસ્તરણ કરવાનું શરૂ કરે છે, ત્યારે પ્લાઝમાના સમૂહનું કેન્દ્ર 600 eV/n ની ઊર્જા સાથે લક્ષ્ય સપાટી પર લંબરૂપ વેગ મેળવે છે.ગરમ કર્યા પછી, પ્લાઝ્મા લક્ષ્યથી અક્ષીય દિશામાં આગળ વધવાનું ચાલુ રાખે છે, આઇસોટ્રોપિકલી વિસ્તરણ કરે છે.
આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, એબ્લેશન પ્લાઝ્મા ધાતુના કન્ટેનરથી ઘેરાયેલા શૂન્યાવકાશના જથ્થામાં વિસ્તરે છે જે લક્ષ્યની સમાન સંભવિતતા ધરાવે છે.આમ, પ્લાઝ્મા ક્ષેત્ર-મુક્ત પ્રદેશમાંથી RFQ પ્રવેગક તરફ વહી જાય છે.શૂન્યાવકાશ ચેમ્બરની આસપાસ સોલેનોઇડ કોઇલના ઘા દ્વારા લેસર ઇરેડિયેશન ચેમ્બર અને RFQ લિનાક વચ્ચે અક્ષીય ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે.સોલેનોઇડનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર RFQ બાકોરું પહોંચાડવા દરમિયાન ઉચ્ચ પ્લાઝ્મા ઘનતા જાળવી રાખવા માટે ડ્રિફ્ટિંગ પ્લાઝ્માના રેડિયલ વિસ્તરણને દબાવી દે છે.બીજી બાજુ, ડ્રિફ્ટ દરમિયાન પ્લાઝ્મા અક્ષીય દિશામાં વિસ્તરણ કરવાનું ચાલુ રાખે છે, એક વિસ્તૃત પ્લાઝ્મા બનાવે છે.RFQ ઇનલેટ પર એક્ઝિટ પોર્ટની સામે પ્લાઝ્મા ધરાવતા મેટલ જહાજ પર ઉચ્ચ વોલ્ટેજ પૂર્વગ્રહ લાગુ કરવામાં આવે છે.RFQ લિનાક દ્વારા યોગ્ય પ્રવેગ માટે જરૂરી 7Li3+ ઇન્જેક્શન દર પ્રદાન કરવા માટે પૂર્વગ્રહ વોલ્ટેજ પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું.
પરિણામી એબ્લેશન પ્લાઝમા માત્ર 7Li3+ જ નહીં, પરંતુ અન્ય ચાર્જ સ્ટેટ્સમાં લિથિયમ અને પ્રદૂષક તત્વો પણ ધરાવે છે, જે એક સાથે RFQ રેખીય પ્રવેગકમાં પરિવહન થાય છે.RFQ લિનાકનો ઉપયોગ કરીને પ્રવેગક પ્રયોગો પહેલાં, પ્લાઝ્મામાં આયનોની રચના અને ઊર્જા વિતરણનો અભ્યાસ કરવા માટે ઑફલાઇન સમય-ઓફ-ફ્લાઇટ (TOF) વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.વિગતવાર વિશ્લેષણાત્મક સેટઅપ અને અવલોકન કરેલ સ્ટેટ-ઓફ-ચાર્જ વિતરણ પદ્ધતિઓ વિભાગમાં સમજાવવામાં આવ્યા છે.વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે 7Li3+ આયનો મુખ્ય કણો હતા, જે તમામ કણોમાં લગભગ 54% હિસ્સો ધરાવે છે, જેમ કે ફિગ. 3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે. વિશ્લેષણ મુજબ, આયન બીમ આઉટપુટ પોઈન્ટ પર 7Li3+ આયન પ્રવાહ 1.87 mA હોવાનો અંદાજ છે.ત્વરિત પરીક્ષણો દરમિયાન, 79 mT સોલેનોઇડ ક્ષેત્ર વિસ્તરતા પ્લાઝમા પર લાગુ થાય છે.પરિણામે, પ્લાઝમામાંથી કાઢવામાં આવેલ અને ડિટેક્ટર પર અવલોકન કરાયેલ 7Li3+ પ્રવાહ 30 ના પરિબળથી વધ્યો.
લેસર-જનરેટેડ પ્લાઝમામાં આયનોના અપૂર્ણાંકો ફ્લાઇટના સમયના વિશ્લેષણ દ્વારા મેળવે છે.7Li1+ અને 7Li2+ આયનો અનુક્રમે આયન બીમના 5% અને 25% બનાવે છે.6Li કણોનો શોધાયેલ અપૂર્ણાંક પ્રાયોગિક ભૂલની અંદર લિથિયમ ફોઇલ લક્ષ્યમાં 6Li (7.6%) ની કુદરતી સામગ્રી સાથે સંમત છે.થોડું ઓક્સિજન દૂષણ (6.2%) જોવા મળ્યું હતું, મુખ્યત્વે O1+ (2.1%) અને O2+ (1.5%), જે લિથિયમ ફોઇલ લક્ષ્યની સપાટીના ઓક્સિડેશનને કારણે હોઈ શકે છે.
અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, લિથિયમ પ્લાઝ્મા RFQ લિનાકમાં પ્રવેશતા પહેલા ક્ષેત્રવિહીન પ્રદેશમાં વહી જાય છે.RFQ લિનાકના ઇનપુટમાં મેટલ કન્ટેનરમાં 6 મીમી વ્યાસનું છિદ્ર છે, અને બાયસ વોલ્ટેજ 52 kV છે.જો કે RFQ ઇલેક્ટ્રોડ વોલ્ટેજ 100 MHz પર ±29 kV ઝડપથી બદલાય છે, વોલ્ટેજ અક્ષીય પ્રવેગનું કારણ બને છે કારણ કે RFQ પ્રવેગક ઇલેક્ટ્રોડની સરેરાશ સંભાવના શૂન્ય છે.છિદ્ર અને RFQ ઇલેક્ટ્રોડની ધાર વચ્ચેના 10 મીમીના અંતરમાં ઉત્પન્ન થયેલા મજબૂત ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રને કારણે, છિદ્ર પરના પ્લાઝ્મામાંથી માત્ર હકારાત્મક પ્લાઝ્મા આયનો કાઢવામાં આવે છે.પરંપરાગત આયન વિતરણ પ્રણાલીઓમાં, આયનોને પ્લાઝ્માથી ઇલેક્ટ્રીક ફિલ્ડ દ્વારા RFQ પ્રવેગકની સામે નોંધપાત્ર અંતરે અલગ કરવામાં આવે છે અને પછી બીમ ફોકસિંગ તત્વ દ્વારા RFQ છિદ્રમાં કેન્દ્રિત કરવામાં આવે છે.જો કે, તીવ્ર ન્યુટ્રોન સ્ત્રોત માટે જરૂરી તીવ્ર ભારે આયન બીમ માટે, સ્પેસ ચાર્જની અસરોને કારણે બિન-રેખીય પ્રતિકૂળ બળો આયન પરિવહન પ્રણાલીમાં નોંધપાત્ર બીમ વર્તમાન નુકસાન તરફ દોરી શકે છે, જે પીક કરંટને મર્યાદિત કરે છે જે ઝડપી થઈ શકે છે.અમારા DPIS માં, ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળા આયનોને ડ્રિફ્ટિંગ પ્લાઝ્મા તરીકે સીધા RFQ છિદ્રના એક્ઝિટ પોઈન્ટ પર લઈ જવામાં આવે છે, તેથી સ્પેસ ચાર્જને કારણે આયન બીમનું કોઈ નુકસાન થતું નથી.આ પ્રદર્શન દરમિયાન, ડીપીઆઈએસને પ્રથમ વખત લિથિયમ-આયન બીમ પર લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું.
RFQ માળખું ઓછી ઉર્જા ઉચ્ચ વર્તમાન આયન બીમ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવા અને વેગ આપવા માટે વિકસાવવામાં આવ્યું હતું અને તે પ્રથમ ઓર્ડર પ્રવેગક માટે પ્રમાણભૂત બની ગયું છે.અમે 22 keV/n થી 204 keV/n ની ઇમ્પ્લાન્ટ ઉર્જાથી 7Li3+ આયનોને વેગ આપવા માટે RFQ નો ઉપયોગ કર્યો.જોકે પ્લાઝમામાં ઓછા ચાર્જ સાથે લિથિયમ અને અન્ય કણો પણ પ્લાઝમામાંથી કાઢવામાં આવે છે અને RFQ છિદ્રમાં ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે, RFQ લિનાક માત્ર 7Li3+ ની નજીકના ચાર્જ-ટુ-માસ રેશિયો (Q/A) સાથે આયનોને વેગ આપે છે.
અંજીર પર.આકૃતિ 4 ચુંબકનું વિશ્લેષણ કર્યા પછી RFQ લિનેક અને ફેરાડે કપ (FC) ના આઉટપુટ પર વર્તમાન ટ્રાન્સફોર્મર (CT) દ્વારા શોધાયેલ વેવફોર્મ્સ બતાવે છે, જેમ કે ફિગમાં બતાવ્યા પ્રમાણે.2. ડિટેક્ટરના સ્થાન પર ફ્લાઇટના સમયના તફાવત તરીકે સિગ્નલો વચ્ચેના સમયની પાળીને અર્થઘટન કરી શકાય છે.સીટી પર માપવામાં આવેલ પીક આયન વર્તમાન 43 mA હતો.RT પોઝિશનમાં, રજિસ્ટર્ડ બીમમાં માત્ર ગણતરી કરેલ ઉર્જા માટે પ્રવેગિત આયનો જ નહીં, પરંતુ 7Li3+ સિવાયના અન્ય આયનો પણ હોઈ શકે છે, જે પૂરતા પ્રમાણમાં પ્રવેગિત નથી.જો કે, QD અને PC દ્વારા મળેલા આયન વર્તમાન સ્વરૂપોની સમાનતા સૂચવે છે કે આયન પ્રવાહ મુખ્યત્વે પ્રવેગક 7Li3+ ધરાવે છે, અને PC પર વર્તમાનના ટોચના મૂલ્યમાં ઘટાડો એ QD અને વચ્ચે આયન ટ્રાન્સફર દરમિયાન બીમના નુકસાનને કારણે થાય છે. પીસી.નુકસાન આ પરબિડીયું સિમ્યુલેશન દ્વારા પણ પુષ્ટિ થયેલ છે.7Li3+ બીમ વર્તમાનને ચોક્કસ રીતે માપવા માટે, આગળના વિભાગમાં વર્ણવ્યા મુજબ બીમનું દ્વિધ્રુવીય ચુંબક વડે વિશ્લેષણ કરવામાં આવે છે.
ડિટેક્ટર પોઝિશન્સ CT (કાળો વળાંક) અને FC (લાલ વળાંક) માં રેકોર્ડ કરાયેલ એક્સિલરેટેડ બીમના ઓસિલોગ્રામ્સ.લેસર પ્લાઝ્મા જનરેશન દરમિયાન ફોટોડિટેક્ટર દ્વારા લેસર રેડિયેશનની શોધ દ્વારા આ માપન શરૂ થાય છે.કાળો વળાંક RFQ લિનાક આઉટપુટ સાથે જોડાયેલ સીટી પર માપવામાં આવેલ વેવફોર્મ બતાવે છે.RFQ લિનાકની નિકટતાને કારણે, ડિટેક્ટર 100 MHz RF અવાજ ઉઠાવે છે, તેથી ડિટેક્શન સિગ્નલ પર સુપરઇમ્પોઝ કરાયેલા 100 MHz રેઝોનન્ટ RF સિગ્નલને દૂર કરવા માટે 98 MHz લો પાસ FFT ફિલ્ટર લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું.વિશ્લેષણાત્મક ચુંબક 7Li3+ આયન બીમને નિર્દેશિત કર્યા પછી લાલ વળાંક FC પર વેવફોર્મ બતાવે છે.આ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં, 7Li3+ સિવાય, N6+ અને O7+ પરિવહન કરી શકાય છે.
આરએફક્યુ લિનાક પછીનો આયન બીમ ત્રણ ક્વાડ્રપોલ ફોકસિંગ ચુંબકની શ્રેણી દ્વારા કેન્દ્રિત છે અને પછી આયન બીમમાં અશુદ્ધિઓને અલગ કરવા માટે દ્વિધ્રુવ ચુંબક દ્વારા વિશ્લેષણ કરવામાં આવે છે.0.268 Tનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર 7Li3+ બીમને FC માં દિશામાન કરે છે.આ ચુંબકીય ક્ષેત્રનું ડિટેક્શન વેવફોર્મ આકૃતિ 4 માં લાલ વળાંક તરીકે બતાવવામાં આવ્યું છે. પીક બીમ કરંટ 35 mA સુધી પહોંચે છે, જે હાલના પરંપરાગત ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક એક્સિલરેટરમાં ઉત્પાદિત લાક્ષણિક Li3+ બીમ કરતા 100 ગણા વધારે છે.બીમ પલ્સ પહોળાઈ 2.0 µs છે પૂર્ણ પહોળાઈ પર અડધા મહત્તમ.દ્વિધ્રુવ ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે 7Li3+ બીમની શોધ સફળ બંચિંગ અને બીમ પ્રવેગક સૂચવે છે.દ્વિધ્રુવના ચુંબકીય ક્ષેત્રને સ્કેન કરતી વખતે FC દ્વારા શોધાયેલ આયન બીમ પ્રવાહ આકૃતિ 5 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. એક સ્વચ્છ એક શિખર જોવામાં આવ્યું હતું, જે અન્ય શિખરોથી સારી રીતે અલગ હતું.RFQ લિનાક દ્વારા ડિઝાઇન ઉર્જા માટે પ્રવેગિત તમામ આયનોની સમાન ગતિ હોવાથી, સમાન Q/A સાથેના આયન બીમને દ્વિધ્રુવીય ચુંબકીય ક્ષેત્રો દ્વારા અલગ કરવા મુશ્કેલ છે.તેથી, અમે N6+ અથવા O7+ થી 7Li3+ ને અલગ કરી શકતા નથી.જો કે, પડોશી ચાર્જ રાજ્યોમાંથી અશુદ્ધિઓની માત્રાનો અંદાજ લગાવી શકાય છે.ઉદાહરણ તરીકે, N7+ અને N5+ સરળતાથી અલગ કરી શકાય છે, જ્યારે N6+ અશુદ્ધતાનો ભાગ હોઈ શકે છે અને N7+ અને N5+ જેટલી જ માત્રામાં હાજર હોવાની અપેક્ષા છે.અંદાજિત પ્રદૂષણ સ્તર લગભગ 2% છે.
દ્વિધ્રુવીય ચુંબકીય ક્ષેત્રને સ્કેન કરીને મેળવેલ બીમ ઘટક સ્પેક્ટ્રા.0.268 T પરની ટોચ 7Li3+ અને N6+ ને અનુલક્ષે છે.ટોચની પહોળાઈ સ્લિટ પરના બીમના કદ પર આધારિત છે.વ્યાપક શિખરો હોવા છતાં, 7Li3+ 6Li3+, O6+ અને N5+ થી સારી રીતે અલગ પડે છે, પરંતુ O7+ અને N6+ થી ખરાબ રીતે અલગ પડે છે.
એફસીના સ્થાન પર, બીમ પ્રોફાઇલને પ્લગ-ઇન સિન્ટિલેટર વડે કન્ફર્મ કરવામાં આવી હતી અને આકૃતિ 6 માં બતાવ્યા પ્રમાણે ઝડપી ડિજિટલ કેમેરા સાથે રેકોર્ડ કરવામાં આવી હતી. 35 mA ના વર્તમાન સાથે 7Li3+ સ્પંદનીય બીમ ગણતરી કરેલ RFQ માટે પ્રવેગિત હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. 204 keV/n ની ઉર્જા, જે 1.4 MeV ને અનુરૂપ છે, અને FC ડિટેક્ટરમાં પ્રસારિત થાય છે.
પૂર્વ-એફસી સિન્ટિલેટર સ્ક્રીન પર અવલોકન કરાયેલ બીમ પ્રોફાઇલ (ફિજી દ્વારા રંગીન, 2.3.0, https://imagej.net/software/fiji/).વિશ્લેષણાત્મક દ્વિધ્રુવીય ચુંબકના ચુંબકીય ક્ષેત્રને Li3+ આયન બીમના પ્રવેગને ડિઝાઈન ઊર્જા RFQ તરફ દિશામાન કરવા માટે ટ્યુન કરવામાં આવ્યું હતું.લીલા વિસ્તારમાં વાદળી બિંદુઓ ખામીયુક્ત સિન્ટિલેટર સામગ્રીને કારણે થાય છે.
અમે ઘન લિથિયમ ફોઇલની સપાટીના લેસર એબ્લેશન દ્વારા 7Li3+ આયનોની જનરેશન હાંસલ કરી છે, અને DPIS નો ઉપયોગ કરીને ખાસ ડિઝાઇન કરાયેલ RFQ લિનેક સાથે ઉચ્ચ વર્તમાન આયન બીમને પકડવામાં આવ્યો હતો અને તેને ઝડપી બનાવવામાં આવ્યો હતો.1.4 MeV ની બીમ ઉર્જા પર, ચુંબકના વિશ્લેષણ પછી FC પર 7Li3+ નો ટોચનો પ્રવાહ 35 mA હતો.આ પુષ્ટિ કરે છે કે વ્યસ્ત ગતિશાસ્ત્ર સાથે ન્યુટ્રોન સ્ત્રોતના અમલીકરણનો સૌથી મહત્વપૂર્ણ ભાગ પ્રાયોગિક રીતે લાગુ કરવામાં આવ્યો છે.પેપરના આ ભાગમાં, કોમ્પેક્ટ ન્યુટ્રોન સ્ત્રોતની સમગ્ર ડિઝાઇનની ચર્ચા કરવામાં આવશે, જેમાં ઉચ્ચ ઊર્જા પ્રવેગક અને ન્યુટ્રોન લક્ષ્ય સ્ટેશનનો સમાવેશ થાય છે.ડિઝાઇન અમારી લેબોરેટરીમાં હાલની સિસ્ટમો સાથે મેળવેલ પરિણામો પર આધારિત છે.એ નોંધવું જોઇએ કે લિથિયમ ફોઇલ અને RFQ લિનાક વચ્ચેના અંતરને ટૂંકાવીને આયન બીમનો ટોચનો પ્રવાહ વધુ વધારી શકાય છે.ચોખા.7 પ્રવેગક પર સૂચિત કોમ્પેક્ટ ન્યુટ્રોન સ્ત્રોતની સમગ્ર વિભાવનાને સમજાવે છે.
પ્રવેગક પર પ્રસ્તાવિત કોમ્પેક્ટ ન્યુટ્રોન સ્ત્રોતની કલ્પનાત્મક ડિઝાઇન (ફ્રીકેડ, 0.19, https://www.freecadweb.org/ દ્વારા દોરવામાં આવેલ).જમણેથી ડાબે: લેસર આયન સ્ત્રોત, સોલેનોઇડ મેગ્નેટ, RFQ લિનાક, મીડીયમ એનર્જી બીમ ટ્રાન્સફર (MEBT), IH લિનેક અને ન્યુટ્રોન જનરેશન માટે ઇન્ટરેક્શન ચેમ્બર.ઉત્પાદિત ન્યુટ્રોન બીમના સાંકડા નિર્દેશિત સ્વભાવને કારણે રેડિયેશન પ્રોટેક્શન મુખ્યત્વે આગળની દિશામાં પ્રદાન કરવામાં આવે છે.
આરએફક્યુ લિનાક પછી, ઇન્ટર-ડિજિટલ એચ-સ્ટ્રક્ચર (આઇએચ લિનાક)30 લિનાકના વધુ પ્રવેગકની યોજના છે.IH લિનાક્સ ગતિની ચોક્કસ શ્રેણી પર ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ ગ્રેડિયન્ટ્સ પ્રદાન કરવા માટે π-મોડ ડ્રિફ્ટ ટ્યુબ સ્ટ્રક્ચરનો ઉપયોગ કરે છે.વૈચારિક અભ્યાસ 1D રેખાંશ ગતિશીલતા સિમ્યુલેશન અને 3D શેલ સિમ્યુલેશનના આધારે હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો.ગણતરીઓ દર્શાવે છે કે વાજબી ડ્રિફ્ટ ટ્યુબ વોલ્ટેજ (450 kV કરતાં ઓછું) અને મજબૂત ફોકસિંગ મેગ્નેટ સાથે 100 MHz IH લિનાક 1.8 મીટરના અંતરે 1.4 થી 14 MeV સુધીના 40 mA બીમને વેગ આપી શકે છે.પ્રવેગક સાંકળના અંતે ઉર્જા વિતરણનો અંદાજ ± 0.4 MeV છે, જે ન્યુટ્રોન રૂપાંતરણ લક્ષ્ય દ્વારા ઉત્પાદિત ન્યુટ્રોનના ઉર્જા સ્પેક્ટ્રમને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરતું નથી.વધુમાં, બીમની ઉત્સર્જન ક્ષમતા સામાન્ય રીતે મધ્યમ તાકાત અને કદના ચતુર્ભુજ ચુંબક માટે જરૂરી હોય તેના કરતા નાના બીમ સ્પોટમાં બીમને ફોકસ કરવા માટે પૂરતી ઓછી છે.RFQ linac અને IH linac વચ્ચે મધ્યમ ઊર્જા બીમ (MEBT) ટ્રાન્સમિશનમાં, બીમફોર્મિંગ સ્ટ્રક્ચરને જાળવવા માટે બીમફોર્મિંગ રેઝોનેટરનો ઉપયોગ થાય છે.બાજુના બીમના કદને નિયંત્રિત કરવા માટે ત્રણ ક્વાડ્રપોલ મેગ્નેટનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.આ ડિઝાઇન સ્ટ્રેટેજીનો ઉપયોગ ઘણા એક્સિલરેટર્સમાં કરવામાં આવ્યો છે31,32,33.આયન સ્ત્રોતથી લક્ષ્ય ચેમ્બર સુધીની સમગ્ર સિસ્ટમની કુલ લંબાઈ 8 મીટર કરતાં ઓછી હોવાનો અંદાજ છે, જે પ્રમાણભૂત અર્ધ-ટ્રેલર ટ્રકમાં ફિટ થઈ શકે છે.
ન્યુટ્રોન રૂપાંતર લક્ષ્ય લીનિયર એક્સિલરેટર પછી સીધું ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવશે.અમે વિપરિત કિનેમેટિક દૃશ્યો23 નો ઉપયોગ કરીને અગાઉના અભ્યાસોના આધારે લક્ષ્ય સ્ટેશન ડિઝાઇનની ચર્ચા કરીએ છીએ.નોંધાયેલા રૂપાંતરણ લક્ષ્યોમાં ઘન સામગ્રી (પોલીપ્રોપીલિન (C3H6) અને ટાઇટેનિયમ હાઇડ્રાઇડ (TiH2)) અને વાયુયુક્ત લક્ષ્ય પ્રણાલીઓનો સમાવેશ થાય છે.દરેક ધ્યેયના ફાયદા અને ગેરફાયદા છે.નક્કર લક્ષ્યો ચોક્કસ જાડાઈ નિયંત્રણને મંજૂરી આપે છે.લક્ષ્ય જેટલું પાતળું, ન્યુટ્રોન ઉત્પાદનની અવકાશી ગોઠવણી વધુ સચોટ.જો કે, આવા લક્ષ્યોમાં હજુ પણ અમુક અંશે અનિચ્છનીય પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ અને રેડિયેશન હોઈ શકે છે.બીજી બાજુ, હાઇડ્રોજન લક્ષ્ય પરમાણુ પ્રતિક્રિયાના મુખ્ય ઉત્પાદન 7Be ના ઉત્પાદનને દૂર કરીને સ્વચ્છ વાતાવરણ પ્રદાન કરી શકે છે.જો કે, હાઇડ્રોજનની અવરોધ ક્ષમતા નબળી છે અને પૂરતી ઉર્જા છોડવા માટે મોટા ભૌતિક અંતરની જરૂર છે.TOF માપન માટે આ થોડું પ્રતિકૂળ છે.વધુમાં, જો હાઇડ્રોજન લક્ષ્યને સીલ કરવા માટે પાતળી ફિલ્મનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, તો તે પાતળી ફિલ્મ અને ઘટના લિથિયમ બીમ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ગામા કિરણોના ઊર્જા નુકસાનને ધ્યાનમાં લેવું જરૂરી છે.
LICORNE પોલીપ્રોપીલીન ટાર્ગેટનો ઉપયોગ કરે છે અને ટાર્ગેટ સિસ્ટમને ટેન્ટેલમ ફોઇલથી સીલ કરાયેલ હાઇડ્રોજન કોષોમાં અપગ્રેડ કરવામાં આવી છે.7Li34 માટે 100 nA નો બીમ કરંટ ધારી રહ્યા છીએ, બંને લક્ષ્ય સિસ્ટમો 107 n/s/sr સુધી ઉત્પાદન કરી શકે છે.જો આપણે આ દાવો કરેલ ન્યુટ્રોન ઉપજ રૂપાંતરણને અમારા સૂચિત ન્યુટ્રોન સ્ત્રોતમાં લાગુ કરીએ, તો દરેક લેસર પલ્સ માટે 7 × 10–8 C નો લિથિયમ સંચાલિત બીમ મેળવી શકાય છે.આનો અર્થ એ છે કે લેસરને પ્રતિ સેકન્ડમાં માત્ર બે વાર ફાયરિંગ કરવાથી LICORNE સતત બીમ સાથે એક સેકન્ડમાં ઉત્પન્ન કરી શકે છે તેના કરતાં 40% વધુ ન્યુટ્રોન ઉત્પન્ન કરે છે.લેસરની ઉત્તેજના આવર્તન વધારીને કુલ પ્રવાહ સરળતાથી વધારી શકાય છે.જો આપણે ધારીએ કે બજારમાં 1 kHz લેસર સિસ્ટમ છે, તો સરેરાશ ન્યુટ્રોન પ્રવાહને લગભગ 7 × 109 n/s/sr સુધી સરળતાથી માપી શકાય છે.
જ્યારે આપણે પ્લાસ્ટિક લક્ષ્યો સાથે ઉચ્ચ પુનરાવર્તન દર પ્રણાલીઓનો ઉપયોગ કરીએ છીએ, ત્યારે લક્ષ્યો પર ગરમીના ઉત્પાદનને નિયંત્રિત કરવું જરૂરી છે કારણ કે, ઉદાહરણ તરીકે, પોલીપ્રોપીલિનનું ગલનબિંદુ 145–175 °C અને 0.1–0.22 W/ ની ઓછી થર્મલ વાહકતા છે. m/K14 MeV લિથિયમ-આયન બીમ માટે, 7 µm જાડા પોલીપ્રોપીલીન ટાર્ગેટ બીમની ઊર્જાને પ્રતિક્રિયા થ્રેશોલ્ડ (13.098 MeV) સુધી ઘટાડવા માટે પૂરતું છે.લક્ષ્ય પરના એક લેસર શોટ દ્વારા પેદા થતા આયનોની કુલ અસરને ધ્યાનમાં લેતા, પોલીપ્રોપીલીન દ્વારા લિથિયમ આયનોનું ઊર્જા પ્રકાશન 64 mJ/પલ્સ હોવાનો અંદાજ છે.10 મીમીના વ્યાસવાળા વર્તુળમાં તમામ ઉર્જા ટ્રાન્સફર થાય છે એમ ધારી રહ્યા છીએ, દરેક પલ્સ આશરે 18 કે/પલ્સ તાપમાનના વધારાને અનુરૂપ છે.પોલીપ્રોપીલીન લક્ષ્યો પર ઉર્જાનું પ્રકાશન એ સરળ ધારણા પર આધારિત છે કે તમામ ઉર્જાનું નુકસાન ઉષ્મા તરીકે સંગ્રહિત થાય છે, જેમાં કોઈ રેડિયેશન અથવા અન્ય ઉષ્મા નુકશાન નથી.પ્રતિ સેકન્ડ કઠોળની સંખ્યામાં વધારો કરવા માટે ગરમીના સંચયને દૂર કરવાની જરૂર હોવાથી, અમે સમાન બિંદુ23 પર ઊર્જાના પ્રકાશનને ટાળવા માટે સ્ટ્રીપ લક્ષ્યોનો ઉપયોગ કરી શકીએ છીએ.100 Hz ના લેસર રિપીટિશન રેટ સાથે લક્ષ્ય પર 10 mm બીમ સ્પોટ ધારીએ તો, પોલીપ્રોપીલિન ટેપની સ્કેનિંગ ઝડપ 1 m/s હશે.જો બીમ સ્પોટ ઓવરલેપને મંજૂરી આપવામાં આવે તો ઉચ્ચ પુનરાવર્તન દર શક્ય છે.
અમે હાઇડ્રોજન બેટરી વડે લક્ષ્યોની પણ તપાસ કરી, કારણ કે લક્ષ્યને નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના મજબૂત ડ્રાઇવ બીમનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.ન્યુટ્રોન બીમને ગેસ ચેમ્બરની લંબાઈ અને અંદરના હાઈડ્રોજન દબાણને બદલીને સરળતાથી ટ્યુન કરી શકાય છે.ટાર્ગેટના વાયુયુક્ત વિસ્તારને વેક્યૂમથી અલગ કરવા માટે પાતળા ધાતુના વરખનો ઉપયોગ પ્રવેગકમાં થાય છે.તેથી, વરખ પર ઊર્જાના નુકસાનની ભરપાઈ કરવા માટે ઘટના લિથિયમ-આયન બીમની ઊર્જા વધારવી જરૂરી છે.અહેવાલ 35 માં વર્ણવેલ લક્ષ્ય એસેમ્બલીમાં 1.5 એટીએમના H2 ગેસ પ્રેશર સાથે 3.5 સેમી લાંબું એલ્યુમિનિયમ કન્ટેનર હતું.16.75 MeV લિથિયમ આયન બીમ એર-કૂલ્ડ 2.7 µm Ta વરખ દ્વારા બેટરીમાં પ્રવેશે છે અને બેટરીના અંતમાં લિથિયમ આયન બીમની ઉર્જા પ્રતિક્રિયા થ્રેશોલ્ડ સુધી મંદ થાય છે.લિથિયમ-આયન બેટરીની બીમ એનર્જીને 14.0 MeV થી 16.75 MeV સુધી વધારવા માટે, IH લિનાકને લગભગ 30 સેમી લંબાવવું પડ્યું.
ગેસ સેલ લક્ષ્યોમાંથી ન્યુટ્રોનના ઉત્સર્જનનો પણ અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો.ઉપરોક્ત LICORNE ગેસ લક્ષ્યો માટે, GEANT436 સિમ્યુલેશન દર્શાવે છે કે શંકુની અંદર અત્યંત લક્ષી ન્યુટ્રોન ઉત્પન્ન થાય છે, [37] માં આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે.સંદર્ભ 35 મુખ્ય બીમના પ્રસારની દિશાની તુલનામાં 19.5° ની મહત્તમ શંકુ ઓપનિંગ સાથે 0.7 થી 3.0 MeV સુધીની ઊર્જા શ્રેણી દર્શાવે છે.ઉચ્ચ લક્ષી ન્યુટ્રોન મોટા ભાગના ખૂણાઓ પર રક્ષણાત્મક સામગ્રીની માત્રાને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકે છે, માળખાના વજનને ઘટાડે છે અને માપન સાધનોની સ્થાપનામાં વધુ સુગમતા પ્રદાન કરે છે.કિરણોત્સર્ગ સંરક્ષણના દૃષ્ટિકોણથી, ન્યુટ્રોન ઉપરાંત, આ વાયુ લક્ષ્ય 478 keV ગામા કિરણોને સેન્ટ્રોઇડ કોઓર્ડિનેટ સિસ્ટમમાં આઇસોટ્રોપિકલી બહાર કાઢે છે38.આ γ-કિરણો 7Be સડો અને 7Li ડીએક્સીટેશનના પરિણામે ઉત્પન્ન થાય છે, જે ત્યારે થાય છે જ્યારે પ્રાથમિક Li બીમ ઇનપુટ વિન્ડો Ta ને અથડાવે છે.જો કે, જાડા 35 Pb/Cયુ સિલિન્ડ્રિકલ કોલિમેટર ઉમેરીને, પૃષ્ઠભૂમિ નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકાય છે.
વૈકલ્પિક લક્ષ્ય તરીકે, વ્યક્તિ પ્લાઝ્મા વિન્ડો [39, 40] નો ઉપયોગ કરી શકે છે, જે પ્રમાણમાં ઉચ્ચ હાઇડ્રોજન દબાણ અને ન્યુટ્રોન જનરેશનના નાના અવકાશી ક્ષેત્રને પ્રાપ્ત કરવાનું શક્ય બનાવે છે, જો કે તે નક્કર લક્ષ્યોથી હલકી ગુણવત્તાવાળા છે.
અમે GEANT4 નો ઉપયોગ કરીને લિથિયમ આયન બીમના અપેક્ષિત ઉર્જા વિતરણ અને બીમના કદ માટે ન્યુટ્રોન રૂપાંતરણ લક્ષ્યીકરણ વિકલ્પોની તપાસ કરી રહ્યા છીએ.અમારા સિમ્યુલેશન્સ ઉપરોક્ત સાહિત્યમાં ન્યુટ્રોન ઊર્જા અને હાઇડ્રોજન લક્ષ્યો માટે કોણીય વિતરણનું સતત વિતરણ દર્શાવે છે.કોઈપણ લક્ષ્ય પ્રણાલીમાં, હાઇડ્રોજન-સમૃદ્ધ લક્ષ્ય પર મજબૂત 7Li3+ બીમ દ્વારા સંચાલિત વ્યસ્ત ગતિશીલ પ્રતિક્રિયા દ્વારા અત્યંત લક્ષી ન્યુટ્રોન ઉત્પન્ન કરી શકાય છે.તેથી, નવા ન્યુટ્રોન સ્ત્રોતો પહેલેથી અસ્તિત્વમાં છે તે તકનીકોને જોડીને અમલમાં મૂકી શકાય છે.
લેસર ઇરેડિયેશનની સ્થિતિએ પ્રવેગક પ્રદર્શન પહેલા આયન બીમ જનરેશન પ્રયોગોનું પુનઃઉત્પાદન કર્યું.લેસર એ ડેસ્કટોપ નેનોસેકન્ડ Nd:YAG સિસ્ટમ છે જેમાં 1012 W/cm2 ની લેસર પાવર ઘનતા, 1064 nmની મૂળભૂત તરંગલંબાઇ, 800 mJ ની સ્પોટ એનર્જી અને 6 ns ની પલ્સ અવધિ છે.લક્ષ્ય પર હાજર વ્યાસ 100 µm હોવાનો અંદાજ છે.લિથિયમ મેટલ (આલ્ફા એસર, 99.9% શુદ્ધ) એકદમ નરમ હોવાને કારણે, ચોક્કસ રીતે કાપેલી સામગ્રીને ઘાટમાં દબાવવામાં આવે છે.ફોઇલના પરિમાણો 25 mm × 25 mm, જાડાઈ 0.6 mm.જ્યારે લેસર તેને અથડાવે છે ત્યારે ટાર્ગેટની સપાટી પર ક્રેટર જેવું નુકસાન થાય છે, તેથી દરેક લેસર શોટ સાથે લક્ષ્યની સપાટીનો નવો ભાગ પૂરો પાડવા માટે મોટરના પ્લેટફોર્મ દ્વારા લક્ષ્યને ખસેડવામાં આવે છે.શેષ ગેસને કારણે પુનઃસંયોજન ટાળવા માટે, ચેમ્બરમાં દબાણ 10-4 Pa ની રેન્જથી નીચે રાખવામાં આવ્યું હતું.
લેસર પ્લાઝ્માનું પ્રારંભિક વોલ્યુમ નાનું છે, કારણ કે લેસર સ્પોટનું કદ 100 μm છે અને તેની પેઢી પછી 6 ns ની અંદર છે.વોલ્યુમને ચોક્કસ બિંદુ તરીકે લઈ શકાય છે અને વિસ્તૃત કરી શકાય છે.જો ડિટેક્ટરને લક્ષ્ય સપાટીથી xm ના અંતરે મૂકવામાં આવે છે, તો પ્રાપ્ત સિગ્નલ સંબંધનું પાલન કરે છે: આયન વર્તમાન I, આયન આગમન સમય t, અને પલ્સ પહોળાઈ τ.
લેસર ટાર્ગેટથી 2.4 મીટર અને 3.85 મીટરના અંતરે સ્થિત એફસી અને એનર્જી આયન વિશ્લેષક (EIA) સાથે TOF પદ્ધતિ દ્વારા જનરેટેડ પ્લાઝમાનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો.એફસી પાસે ઇલેક્ટ્રોનને રોકવા માટે -5 kV દ્વારા પૂર્વગ્રહયુક્ત સપ્રેસર ગ્રીડ છે.EIAમાં 90 ડિગ્રી ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ડિફ્લેક્ટર હોય છે જેમાં સમાન વોલ્ટેજ સાથે બે કોક્સિયલ મેટલ સિલિન્ડ્રિકલ ઈલેક્ટ્રોડ હોય છે પરંતુ ધ્રુવીયતા વિરુદ્ધ હોય છે, બહારથી સકારાત્મક અને અંદરથી નકારાત્મક હોય છે.વિસ્તરતું પ્લાઝ્મા સ્લોટની પાછળના ડિફ્લેક્ટરમાં નિર્દેશિત થાય છે અને સિલિન્ડરમાંથી પસાર થતા ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ દ્વારા ડિફ્લેક્ટર થાય છે.E/z = eKU સંબંધને સંતોષતા આયનો સેકન્ડરી ઇલેક્ટ્રોન ગુણક (SEM) (Hamamatsu R2362) નો ઉપયોગ કરીને શોધવામાં આવે છે, જ્યાં E, z, e, K, અને U એ આયન ઊર્જા, ચાર્જની સ્થિતિ અને ચાર્જ EIA ભૌમિતિક પરિબળો છે. .ઇલેક્ટ્રોન, અનુક્રમે, અને ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે સંભવિત તફાવત.સમગ્ર ડિફ્લેક્ટરમાં વોલ્ટેજ બદલીને, વ્યક્તિ પ્લાઝ્મામાં આયનોની ઊર્જા અને ચાર્જ વિતરણ મેળવી શકે છે.સ્વીપ વોલ્ટેજ U/2 EIA 0.2 V થી 800 V ની રેન્જમાં છે, જે ચાર્જ સ્ટેટ દીઠ 4 eV થી 16 keV ની રેન્જમાં આયન ઊર્જાને અનુરૂપ છે.
લેસર ઇરેડિયેશનની શરતો હેઠળ પૃથ્થકરણ કરાયેલ આયનોની ચાર્જ સ્થિતિનું વિતરણ “સંપૂર્ણપણે સ્ટ્રીપ્ડ લિથિયમ બીમનું જનરેશન” વિભાગમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.8.
આયનોના ચાર્જની સ્થિતિના વિતરણનું વિશ્લેષણ.અહીં આયન વર્તમાન ઘનતા સમય પ્રોફાઇલનું EIA સાથે વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું છે અને સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને લિથિયમ ફોઇલથી 1 મીટર પર માપવામાં આવ્યું છે.(1) અને (2)."સંપૂર્ણ રીતે એક્સ્ફોલિએટેડ લિથિયમ બીમનું જનરેશન" વિભાગમાં વર્ણવેલ લેસર ઇરેડિયેશનની સ્થિતિનો ઉપયોગ કરો.દરેક વર્તમાન ઘનતાને એકીકૃત કરીને, પ્લાઝ્મામાં આયનોના પ્રમાણની ગણતરી કરવામાં આવી હતી, જે આકૃતિ 3 માં બતાવેલ છે.
લેસર આયન સ્ત્રોતો ઉચ્ચ ચાર્જ સાથે તીવ્ર મલ્ટી-એમએ આયન બીમ આપી શકે છે.જો કે, સ્પેસ ચાર્જ રિસ્પ્લેશનને કારણે બીમ ડિલિવરી ખૂબ જ મુશ્કેલ છે, તેથી તેનો વ્યાપક ઉપયોગ થતો ન હતો.પરંપરાગત યોજનામાં, આયન બીમને પ્લાઝ્મામાંથી કાઢવામાં આવે છે અને પ્રવેગકની પિકઅપ ક્ષમતા અનુસાર આયન બીમને આકાર આપવા માટે ઘણા ધ્યાન કેન્દ્રિત ચુંબક સાથે બીમ લાઇન સાથે પ્રાથમિક પ્રવેગક પર લઈ જવામાં આવે છે.સ્પેસ ચાર્જ ફોર્સ બીમમાં, બીમ બિન-રેખીય રીતે અલગ પડે છે, અને બીમમાં ગંભીર નુકસાન જોવા મળે છે, ખાસ કરીને ઓછા વેગના પ્રદેશમાં.મેડિકલ કાર્બન એક્સિલરેટર્સના વિકાસમાં આ સમસ્યાને દૂર કરવા માટે, નવી DPIS41 બીમ ડિલિવરી યોજના પ્રસ્તાવિત છે.અમે નવા ન્યુટ્રોન સ્ત્રોતમાંથી શક્તિશાળી લિથિયમ-આયન બીમને વેગ આપવા માટે આ તકનીકનો ઉપયોગ કર્યો છે.
ફિગ માં બતાવ્યા પ્રમાણે.4, જગ્યા કે જેમાં પ્લાઝ્મા ઉત્પન્ન થાય છે અને વિસ્તરણ થાય છે તે મેટલ કન્ટેનરથી ઘેરાયેલું છે.બંધ જગ્યા સોલેનોઇડ કોઇલની અંદરના વોલ્યુમ સહિત RFQ રેઝોનેટરના પ્રવેશદ્વાર સુધી વિસ્તરે છે.કન્ટેનર પર 52 kV નો વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવ્યો હતો.RFQ રેઝોનેટરમાં, RFQ ને ગ્રાઉન્ડ કરીને 6 મીમી વ્યાસના છિદ્ર દ્વારા આયનોને સંભવિત દ્વારા ખેંચવામાં આવે છે.બીમ લાઇન પર બિન-રેખીય પ્રતિકૂળ દળો નાબૂદ થાય છે કારણ કે આયનો પ્લાઝ્મા અવસ્થામાં પરિવહન થાય છે.વધુમાં, ઉપર જણાવ્યા મુજબ, અમે નિષ્કર્ષણ છિદ્રમાં આયનોની ઘનતાને નિયંત્રિત કરવા અને વધારવા માટે DPIS સાથે સંયોજનમાં સોલેનોઇડ ફીલ્ડ લાગુ કર્યું છે.
RFQ પ્રવેગક અંજીરમાં બતાવ્યા પ્રમાણે નળાકાર વેક્યુમ ચેમ્બર ધરાવે છે.9 એ.તેની અંદર, ઓક્સિજન-મુક્ત તાંબાના ચાર સળિયા બીમની ધરી (ફિગ. 9b) ની આસપાસ ચતુર્ભુજ-સપ્રમાણતાપૂર્વક મૂકવામાં આવે છે.4 સળિયા અને ચેમ્બર રેઝોનન્ટ RF સર્કિટ બનાવે છે.પ્રેરિત RF ક્ષેત્ર સમગ્ર સળિયા પર સમય-વિવિધ વોલ્ટેજ બનાવે છે.અક્ષની આસપાસ રેખાંશ રૂપે રોપાયેલા આયનો ચતુર્ભુજ ક્ષેત્ર દ્વારા બાજુમાં રાખવામાં આવે છે.તે જ સમયે, અક્ષીય ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર બનાવવા માટે સળિયાની ટોચને મોડ્યુલેટ કરવામાં આવે છે.અક્ષીય ક્ષેત્ર ઇન્જેક્ટેડ સતત બીમને બીમ સ્પલ્સની શ્રેણીમાં વિભાજિત કરે છે જેને બીમ કહેવાય છે.દરેક બીમ ચોક્કસ RF ચક્ર સમય (10 ns) ની અંદર સમાયેલ છે.અડીને આવેલા બીમ રેડિયો ફ્રિક્વન્સી પીરિયડ પ્રમાણે અંતરે છે.RFQ લિનાકમાં, લેસર આયન સ્ત્રોતમાંથી 2 µs બીમને 200 બીમના ક્રમમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે.પછી ગણતરી કરેલ ઊર્જા માટે બીમને ઝડપી કરવામાં આવે છે.
લીનિયર એક્સિલરેટર RFQ.(a) (ડાબે) RFQ લિનાક ચેમ્બરનું બાહ્ય દૃશ્ય.(b) (જમણે) ચેમ્બરમાં ચાર-રોડ ઇલેક્ટ્રોડ.
RFQ લિનાકના મુખ્ય ડિઝાઇન પરિમાણો રોડ વોલ્ટેજ, રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સી, બીમ હોલ ત્રિજ્યા અને ઇલેક્ટ્રોડ મોડ્યુલેશન છે.સળિયા પર વોલ્ટેજ પસંદ કરો ± 29 kV જેથી તેનું ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર ઇલેક્ટ્રિકલ બ્રેકડાઉન થ્રેશોલ્ડની નીચે હોય.રેઝોનન્ટ ફ્રિક્વન્સી જેટલી ઓછી, બાજુની ફોકસિંગ ફોર્સ વધુ અને સરેરાશ પ્રવેગક ક્ષેત્ર જેટલું નાનું.મોટા બાકોરું ત્રિજ્યા બીમના કદમાં વધારો કરવાનું શક્ય બનાવે છે અને પરિણામે, નાના અવકાશ ચાર્જ રિસ્પ્લેશનને કારણે બીમ પ્રવાહમાં વધારો કરે છે.બીજી તરફ, મોટા છિદ્ર ત્રિજ્યાને RFQ લિનાકને પાવર કરવા માટે વધુ RF પાવરની જરૂર પડે છે.વધુમાં, તે સાઇટની ગુણવત્તા જરૂરિયાતો દ્વારા મર્યાદિત છે.આ બેલેન્સના આધારે, રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સી (100 MHz) અને બાકોરું ત્રિજ્યા (4.5 mm) ઉચ્ચ-વર્તમાન બીમ પ્રવેગક માટે પસંદ કરવામાં આવી હતી.મોડ્યુલેશન બીમના નુકશાનને ઘટાડવા અને પ્રવેગક કાર્યક્ષમતાને મહત્તમ કરવા માટે પસંદ કરવામાં આવે છે.RFQ લિનાક ડિઝાઇન બનાવવા માટે ડિઝાઇનને ઘણી વખત ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવી છે જે 2 m ની અંદર 22 keV/n થી 204 keV/n સુધી 40 mA પર 7Li3+ આયનને વેગ આપી શકે છે.પ્રયોગ દરમિયાન માપવામાં આવેલ RF પાવર 77 kW હતી.
RFQ લિનાક્સ ચોક્કસ Q/A શ્રેણી સાથે આયનોને વેગ આપી શકે છે.તેથી, રેખીય પ્રવેગકના અંત સુધી ખવડાવવામાં આવતા બીમનું વિશ્લેષણ કરતી વખતે, આઇસોટોપ્સ અને અન્ય પદાર્થોને ધ્યાનમાં લેવું જરૂરી છે.વધુમાં, ઇચ્છિત આયનો, આંશિક રીતે પ્રવેગિત, પરંતુ પ્રવેગકની મધ્યમાં પ્રવેગક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ નીચે ઉતર્યા છે, તે હજુ પણ બાજુની કેદને પૂરી કરી શકે છે અને અંત સુધી પરિવહન કરી શકાય છે.એન્જિનિયર્ડ 7Li3+ કણો સિવાયના અનિચ્છનીય કિરણોને અશુદ્ધિઓ કહેવામાં આવે છે.અમારા પ્રયોગોમાં, 14N6+ અને 16O7+ અશુદ્ધિઓ સૌથી વધુ ચિંતાજનક હતી, કારણ કે લિથિયમ મેટલ ફોઇલ હવામાં ઓક્સિજન અને નાઇટ્રોજન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે.આ આયનોમાં Q/A ગુણોત્તર છે જેને 7Li3+ સાથે ઝડપી કરી શકાય છે.અમે RFQ લિનાક પછી બીમ વિશ્લેષણ માટે વિવિધ ગુણવત્તા અને ગુણવત્તાના બીમને અલગ કરવા માટે દ્વિધ્રુવીય ચુંબકનો ઉપયોગ કરીએ છીએ.
RFQ લિનાક પછીની બીમ લાઇન દ્વિધ્રુવ ચુંબક પછી FC ને સંપૂર્ણ પ્રવેગિત 7Li3+ બીમ પહોંચાડવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવી છે.-400 વી બાયસ ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ કપમાં સેકન્ડરી ઇલેક્ટ્રોનને દબાવવા માટે આયન બીમ વર્તમાનને ચોક્કસ રીતે માપવા માટે થાય છે.આ ઓપ્ટિક્સ સાથે, આયન માર્ગને દ્વિધ્રુવોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે અને Q/A પર આધાર રાખીને વિવિધ સ્થળોએ કેન્દ્રિત થાય છે.મોમેન્ટમ ડિફ્યુઝન અને સ્પેસ ચાર્જ રિસ્પ્યુઝન જેવા વિવિધ પરિબળોને લીધે, ફોકસમાં બીમ ચોક્કસ પહોળાઈ ધરાવે છે.બે આયન પ્રજાતિઓના કેન્દ્રીય સ્થાનો વચ્ચેનું અંતર બીમની પહોળાઈ કરતા વધારે હોય તો જ પ્રજાતિઓને અલગ કરી શકાય છે.સૌથી વધુ શક્ય રિઝોલ્યુશન મેળવવા માટે, બીમની કમરની નજીક એક આડી ચીરો સ્થાપિત કરવામાં આવે છે, જ્યાં બીમ વ્યવહારીક રીતે કેન્દ્રિત હોય છે.સ્લિટ અને પીસીની વચ્ચે સેન્ટ-ગોબેઇન, 40 mm × 40 mm × 3 mm ની એક સિન્ટિલેશન સ્ક્રીન (CsI(Tl), સ્થાપિત કરવામાં આવી હતી.સિન્ટિલેટરનો ઉપયોગ સૌથી નાનો સ્લિટ નક્કી કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો કે જેમાં ડિઝાઇન કરેલા કણોને શ્રેષ્ઠ રીઝોલ્યુશન માટે પસાર થવું પડતું હતું અને ઉચ્ચ વર્તમાન ભારે આયન બીમ માટે સ્વીકાર્ય બીમ માપો દર્શાવવા માટે.સિન્ટિલેટર પરની બીમની છબી સીસીડી કેમેરા દ્વારા વેક્યૂમ વિન્ડો દ્વારા રેકોર્ડ કરવામાં આવે છે.સમગ્ર બીમની પલ્સ પહોળાઈને આવરી લેવા માટે એક્સપોઝર ટાઈમ વિન્ડોને સમાયોજિત કરો.
વર્તમાન અભ્યાસમાં વપરાયેલ અથવા વિશ્લેષણ કરાયેલ ડેટાસેટ્સ વાજબી વિનંતી પર સંબંધિત લેખકો પાસેથી ઉપલબ્ધ છે.
માંકે, આઇ. એટ અલ.ચુંબકીય ડોમેન્સનું ત્રિ-પરિમાણીય ઇમેજિંગ.રાષ્ટ્રીય સમુદાય.1, 125. https://doi.org/10.1038/ncomms1125 (2010).
એન્ડરસન, IS એટ અલ.પ્રવેગક પર કોમ્પેક્ટ ન્યુટ્રોન સ્ત્રોતોનો અભ્યાસ કરવાની શક્યતાઓ.ભૌતિકશાસ્ત્રરેપ. 654, 1-58.https://doi.org/10.1016/j.physrep.2016.07.007 (2016).
ઉર્ચુઓલી, એ. એટ અલ.ન્યુટ્રોન-આધારિત કમ્પ્યુટેડ માઇક્રોટોમોગ્રાફી: પ્લિયોબેટ્સ કેટાલોનીયા અને બાર્બેરાપીથેકસ હ્યુર્ઝેલેરી પરીક્ષણ કેસ તરીકે.હા.જે. ભૌતિકશાસ્ત્ર.માનવશાસ્ત્ર166, 987–993.https://doi.org/10.1002/ajpa.23467 (2018).