Старший научный сотрудник Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ Сергей Доля предложил новый способ получения нейтронов при помощи импульсного нейтронного генератора. По его словам, возможно создать прибор, который производит нейтроны для прикладных исследований и при этом в выключенном состоянии не излучает радиацию и долговечен.
Нейтроны чрезвычайно востребованы в исследованиях структуры наноматериалов, исторических артефактов, лекарств, экологического состояния местности и во многих других областях. Очередь пользователей исследовательского реактора ОИЯИ ИБР-2 расписана на месяцы вперед. Помимо ядерного реактора, есть и другие способы получения нейтронов. В России разрабатывается программа создания источников нейтронов на основе протонных ускорителей. Существуют также способы получения нейтронов в результате реакции термоядерного синтеза, например, на токамаках или с помощью компактных нейтронных генераторов, в которых происходит реакция слияния ядер двух изотопов водорода – дейтерия и трития.
При термоядерном синтезе затраты энергии на получение нейтронов меньше, но, в отличие от дейтерия, тритий радиоактивен, его период полураспада – 12,5 лет. Это означает, что даже выключенный прибор небезопасен, тритиевые трубки нейтронных генераторов нужно использовать до истечения «срока годности», а затем – заменять.
«Тритий набивается в титановую матрицу, и из него делается анод трубки, а дейтерий ускоряется. Пучок дейтерия ударяется в титановую мишень, в одном из ста тысяч раз попадает по тритию, и выделяются нейтроны. В трубках энергия расходуется неэффективно – большая ее часть уходит на ионизацию, а не на рождение нейтронов», — рассказывает Сергей Доля.
У автора изобретения появилась идея заменить тритий в трубках на вещество, которое будет распадаться на тритий лишь тогда, когда источник нейтронов будет находиться в рабочем состоянии.
«Если мы ускорим две палочки дейтерида лития-6 одну навстречу другой, тритий будет нарабатываться в результате ядерной реакции. После этого дейтерий реагирует с тритием, и получаются нейтроны. Достаточно много нейтронов – не столько, сколько дает ИБР-2, но они получаются безопасным образом», — рассуждает Сергей Доля.
Для ускорения можно использовать способ, называемый абляционным. Если поджечь каждый отрезок дейтерида лития лазером с одной стороны, то с этой стороны он будет испаряться, и импульс испарившегося тела будет передаваться оставшемуся отрезку.
Нейтроны в реакции дейтерия с дейтерием получатся не настолько высокоэнергетическими, как в нейтронных генераторах, где идет напрямую реакция дейтерий – тритий: примерно 4 МэВ против 14 МэВ. Однако и те, и другие необходимо замедлять до холодных или ультрахолодных, поскольку для исследований в области физики твердого тела нужны нейтроны, у которых длины волн сравнимы с размерами дефектов слоистых структур.