中性子源についてiwashita/neutron/slides/...AccLab BmSci ICR KyotoUniversity 中性子源についてーあれこれー岩下芳久京都大学 Cross Section 7MeV Proton

AccLab BmSci ICRKyotoUniversity

中性子源についてーあれこれー

岩下芳久　京都大学

Cross Section 7MeV Proton Linac AFRD, LBL (courtesy of Jani Reionen) LINAC SYSTEMS Applied Pulsed Power Plasma Target D+D reaction driven by LASER

もくじ

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M.R. Hawkesworth, Neutron Radiography: Equipment and Methods,

Atomic Energy Review 15, No. 2, 169-220, 1977.

n⋅µC-1 = n/(µA⋅s)

→ ~1012 n/s @ 1mAave

Neutron yield

D + T → 4He + n (14MeV)

D + D → T + p → 3He + n (2.5MeV)

p + 7Li → 7Be + n [全237keV]



n⋅µC-1 = n/(µA⋅s) → ~1012 n/s @ 1mAave

繰り返し最大:25Hz パルス幅最大:1ms

→　duty=0.025 40mA peak @ 2.5MeVGood for RFQ

繰り返し最大:25Hz パルス幅 = 1µs

→　duty=2.5x10-5 40A peak ????

May be for Induction Accelerator



ICR 7MeV Proton LinacRFQ-2MeVDTL-7MeV

design value: 50mApk

<180pps, 50µsduty <~1%

Klystron: L5773duty<6%, tw<1ms

<1.25MWpk


PAC05

AccLab BmSci ICRKyotoUniversityAccelerator and Fusion Research Division Ion Beam Technology ProgramLBNL

PAC ’05, 5/20/05 Slide 1

High Voltage Shielded Axial Neutron Generator

RF-induction ion source with external antenna

Secondary electron filter shroud

Titanium coated water-cooled target

High voltage insulator

Voltage feed-through with coiled water cooling line

• D-D neutron yield of 108 n/s

• 1-2 mA of beam current and 80 kV of acceleration voltage

• Designed and fabricated for Nuclear Engineering Department, U.C. Berkeley

• Replaces the 252Cf radioactive source

Courtsy of Jani Reijonen

108n/s1-2mA, 80kV


PAC ’05, 5/20/05 Slide 2

High Yield Coaxial D-D Neutron Generator for NCT (Neutron Capture Therapy) Application

High Voltage Shield

Target Water Manifold

Al2O3 High Voltage Insulator

Target Cylinder

Secondary Electron Filter Electrode

Ion Source

RF-Induction Antenna

Vacuum Chamber

RF-Antenna Guide

Vacuum Pump


1011n/s350mA120kV


PAC ’05, 5/20/05 Slide 3

Coaxial D-D Neutron Generator for EUROSIA in Turin, Italy

— D-D neutron output 1011 n/s

• 120 kV of acceleration voltage

• 350 mA of extracted D+

current

— Coaxial design with multi extraction slits

— Delivered to the University of Turin, Italy in November 2004 for NCT studies



200 MHz, 0.75 MeV, 2.5 MeV, 20 mA (operating value, not current limit), and 100%.

RFQ has a space charge limit of 60 mA. Common practice says not to exceed half of that.

Date: Sat, 12 Nov 2005 12:14:50 -0700

The RFQ conditioned up very nicely, and continues to do that after each exposure to air. When putting 10 mA of current into the RFQ, we accelerate about 6 mA of protons. Some unknown fraction of the input beam is H2+.

We are tuning the resonant coupler today in preparation for exciting the combined structures with rf power. Soon thereafter, we will be looking for accelerated beam through the entire system.

Linac Systems



Typical MAP I System Specifications for Ion Beam Surface Treatment

Accelerating voltage 400 kVBeam current 40 kABeam current density (at anode) 200 A/cm2Pulse width 100 nsRepetition rate 5 pulses/sEnergy density at target > 5 J/cm2Target area >100 cm2Design lifetime (excluding consumables) >107


Pulselac


MAP Ion diode (Magnetically Accelerated Plasma)


1MV

GND-0.5MV

Ion Source1MV?

Acceleration+1MV?

Target-0.5MV

beam dump

(<2MeV)

冷中性子減速材

熱中性子減速材Gas or plasma target

ガスまたはプラズマターゲット


proton beam

Li

Laser

Li Plasma

Vacuum Pump

-0.5MV?

プラズマターゲット


黎明研究報告書テーブルトップ中性子源の具現化に

向けての基礎研究

京都大学化学研究所岩下芳久

平成１６年２月２４日


実験セットアップ広島大学１TWレーザー

トムソンパラボラ

レーザービーム

●結晶 Ti:Sapphire　　　　●波長 ~800nm●エネルギー ~25mJ●パルス幅 ~50fs

●集光径 ~ 7.5 m

●集光強度 ~2 x 1017W/cm2

OAPミラー

ポリエチブロック

ターゲット

鉛板


45deg

ターゲット

トムソンパラボラポリエチブロック

30mm5mm

鉛板

CR39

150mm

ボロン入りゴム

He3検出器

鉛シート

400mm

検出器の配置

実験チェンバー内

OAP


ターゲット

CD2 ~30 m

レーザー

CD2 ~300 m

SUS製ターゲットホルダー

D+n(?)

　厚さ30 mのCD2にレーザーを照射し

てD+イオンを生成し、それをター

ゲットホルダー裏側の厚さ300 mの

CD2に入射することで、ｄｄ反応が起こり、中性子が生成される。

　ターゲットは一度照射すると穴が開くため、照射ごとにターゲット位置は移動させる。


実験結果●He3検出器：実験チェンバー内においたHe3検出器からはほぼ各ショットごとに信号が得られたが、チェンバー外に置いたHe3検出器からは希にしか信号が得られなかった。このことから、チェンバー内のHe3検出器のX線に対するシールドや配置の選択が十分ではなかった可能性があり、観測された信号が中性子によるものか同定することはできなかった。　　　　●中性子用イメージングプレート：バックグラウンドと信号の区別がつかず、ボロン入りゴムの陰も観測できなかった。

●トムソンパラボラ：

1cm

q/E

q/p

C4+C3+

C1+340keV@C2+760keV@C3+

3MeV@C6+1MeV@D+


0

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

1 8

2 0

Front

0

1

2

3

4

Rear

1/2.5mm2 1/20mm2

01020304050607080

0 0.5 1 1.5 2 2.5X [mm]

0246810121416

0 0.5 1 1.5 2 2.5X [mm]

●CR39 ：

ピット総数表面：500個裏面：50個

100n/cm2/shot

　このピットが中性子によるものかどうかは、セッティングの変更やフィルターの等を用いて検証する必要がある。

n

ポリエチブロック

p+

p+

CR39ボロン入りゴム

C+


●レーザーを照射した上流側に１MeV程度の重水素イオンを確認した。これは核融合反応を起こして中性子を発生させるには十分なエネルギーである。　　　●レーザーを照射した下流側において、CR39によって観測されたピットが中性子によるものだと仮定すると、100n/cm2/shotのフルエンスに相当する。1kHz駆動のレーザーが開発された暁には106n/cm2/secが見込める量である。




まとめ• 反応様式？　→　7Li(p,n)7Be , 9Be(p,n)9B

• ICR 7MeV Proton Linac

• D+D netron ready

• Linac system underway

• APP MAP ion diode?

• Laser Accelerated Protons?

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