文摘

我们提出pitcher-catcher实验结果利用质子束生成纳米目标petawatt-class,短脉冲激光诱导设施proton-boron聚变反应在一个次要目标。45-fs激光脉冲与400 nm波长和7 J能量,或800海里和14 J,强烈的5×10²¹W /厘米²用于辐照薄箔目标或near-solid密度、纳米氮化硼(BN)制成的目标纳米管。特别是,800 nm波长照射,十亿纳米管目标创建一个质子束大约五倍最大能源和质子比箔十倍的目标。这种质子束用于照射氮化硼制成的厚板放置在靠近触发器¹¹B(p,α)2α聚变反应。组成的一套诊断汤森抛物线离子光谱分析仪,postshot核激活测量中子飞行时间探测器,和不同过滤固态核跟踪探测器是用来测量主要质子谱和融合产品。从主质子光谱,我们计算(p, n)和(α在《麦田,n)反应与我们的测量和比较。核激活结果同意定量和定性同意计算中子信号,给予信心,初级粒子分布可以从这些测量获得。这些结果提供新见解测量离子分布在proton-boron融合目标。

1。介绍

核聚变微反应器的新方案,利用一个超强激光脉冲辐照燃料的混合物组成的目标质子,硼和潜在的其他额外的燃料已经被鲁尔和科恩最近发表1]。在这个概念,一个ultrahigh-contrast,短波长、短脉冲激光用于照射一个周期安排的固体密度与控制纳米线直径和螺距合奏均分密度。纳米线阵列是由硼和氢的1:1的比例。这一目标配置允许激光传播到散装和连续激光能量损耗。在传播时,激光纳米线完全电离,兆电子伏能量加速释放电子,从高强度地区驱赶他们。剩下的带正电荷的离子的纳米线进行库仑爆炸,加速轻质子few-MeV能量。在较慢的硼离子碰撞,pB-fusion反应可以生成三个α粒子通过触发的反应(2]:

进一步的细节中概述的反应堆概念文献[1]。实验的实现这种集成的聚变反应堆概念提出了独特的挑战,在许多方面,例如,例如,实现激光驱动要求,目标制造,以准确的诊断要求条件下的激光目标交互在反应堆。大多数调查laser-driven proton-boron融合测量逃离阿尔法粒子(2- - - - - -11)来推断融合效率。然而,α粒子检测在此类实验中是富有挑战性的,因为目标也释放出质子和硼等其它离子,与相同或相似的能量和荷质比α粒子,导致重叠信号探测器。带电粒子,阿尔法受到电磁场可能围绕目标,从而进一步复杂化的分析主要字段可能加速或转移以来发射α(5,9]。因此,需要额外的诊断方法增加信心数据解释。例如,测量中子或激活产品二次反应是α粒子检测的补充,可以导致更好的理解物理过程发生聚变反应堆内。

上面讨论的反应堆设计需要与高纵横比有序纳米线阵列由硼和氢。few-nm-diameter,为我们研究无序氮化硼(BN)纳米线纳米管(BNNT)的目标是由BNNT材料,LLC联合在pitcher-catcher配置(2- - - - - -4,8,10,11)实验测量质子源与聚变反应。这种组合使质子束流的描述和优化和激光的依赖和目标参数pitcher-only实验。知道传入的质子束参数,二级反应方程如(1)- (3),但也中子——在麦田或photon-generating反应相比,目标可以测量和计算以横断面值(表12]。我们从中子飞行时间,包括测量数据postshot核激活,汤姆森抛物线离子谱仪,在我们分析和求购以固态核跟踪探测器。核激活结果同意定量和定性中子信号计算,以确保可靠的初级粒子分布的测量方法。然而,我们的分析另外强调了潜在问题的测量如果阿尔法粒子推断。

2。材料和方法

先进的激光的实验进行极端光子学(行为)科罗拉多州立大学,柯林斯堡,美国有限公司13]。ALEPH是0.85 PW, 45 fs Ti:蓝宝石激光系统操作在波长800纳米。压缩后,脉冲转化为它的二次谐波(400海里)之前,是指向目标。五二向色镜> 99.5传输在800 nm用于有效地去除不改变的光产生的对比> 10¹²前5∼ps主脉冲(14]。一个dual-coatedf/ 2离轴抛物面镜用于聚焦激光脉冲的焦斑约1.5μ米半宽度(应用)。二次谐波发生后(宋惠乔),激光交付7 J目标,达到峰值强度5×10²¹W /厘米²。我们还做了实验的基本波长,绕过宋惠乔水晶和二向色镜。在这里,激光目标交付14.3 J。的时间对比低于宋惠乔脉冲由于∼10纳秒的ASE前脉冲持续时间⁻⁸强度对比。较强的前脉冲可能会导致降低耦合纳米目标。然而,高出两个激光能量抵消了减少耦合,导致总体产量较高的质子将如下所示。

2.1。目标

对于每个测量系列,30照片进行统计并确保结果是可再生的。然后平均数据后处理产生一次运算的结果。我们比较的效率从1.2 -质子束的一代μ米聚酯箔(400 nm脉冲),7 -μ米铝箔(800海里;厚铝箔减少预热的后侧在前脉冲),和BN纳米管目标(波长)。BN纳米管有一个类似的管状结构的碳纳米管中碳原子取代完全由硼和氮原子,安排在一个六角晶格。个人管直径2 nm - 8纳米,可以几十微米长。BN纳米管形成一个密集的,无序矩阵(巴基纸表),其中面向管是随机的和重叠形成厚(几微米)团孔隙中间。虽然个人BN纳米管near-solid密度(∼2 g / cm³), BN纳米管目标的平均密度为0.55克/厘米。

图1(一)显示了一个示意图的靶室相关的诊断。目标是连续的薄箔或BN纳米管。床单被夹在两个铝盘:一个厚板的样品400 -一侧μm薄板与32平方米螺丝螺栓应用甚至对BN纳米管样品的压力。数组3-mm-diameter孔板间距为8毫米的5×6孔模式启用一系列镜头在一个通风循环30次。左下角的插图显示了目标框架的照片。的目标是安装在房间的中心和辐照s-polarized在垂直入射激光脉冲。图1 (b)显示了pitcher-catcher配置,30 -μ14.3米厚BNNT目标辐照的J, 800海里在垂直入射脉冲。1.5毫米(1/16)厚,400年商用BN陶瓷板μ被用作捕手米距离。板由95% BN和B大约5%₂O₃。80%的自然使用由硼¹¹B和20%¹⁰b两个目标之间的差距是由使用第二个400年μ米板相同的BN纳米管目标框架上用于直接接触投手和捕手板块。为每个30目标,板上的洞就像一个圆柱形谐振腔直径3毫米和400μ米的长度。这种配置允许我们把麦田尽可能接近的来源而不中断TNSA机制(15),但接近受益于潜在预热热电子或x射线导致的生成热,稠密等离子体的麦田和潜在的增强了pB-fusion收益率(3]。

2.2。诊断

两个相同的,紧凑的汤姆森抛物线(TP)离子光谱分析仪是用于诊断加速离子。TPs定制的功能与设计类似于卡罗尔et al。16]。TPs配有富士女士或TR图像板检测抛物型离子痕迹。图像板进行扫描后20分钟最后一球在目标50帧的像素大小μm。图像板数据转换为质子数使用校准由阀盖等。17]。自图像板数字化进行了使用不同的扫描仪的使用在17),一个2×2厘米²块过滤求购以(Mi.am Srl,皮亚琴察,意大利)旁边的TP入口位置“B”以证实TP测量和验证校准。六种不同铝过滤器2、15、30、45、60、75μ米厚度是在求购以获取信息求购以质子和离子能量。求购以蚀刻30分钟在6.5 M氢氧化钠溶液在70°C,揭示了离子轨迹(“坑”)。坑直径不仅取决于离子阻止本领也腐蚀时间。长腐蚀优先增加跟踪的准确性分析(例如,18])。然而,薄的离子通量筛选已经接近饱和对大多数BN纳米管目标;因此,腐蚀时间必须控制在最小的程度。蚀刻后,图像数字化使用日本基恩士vhx - 7000数字显微镜配备了12.2像素vhx - 7100图像采集单元。显微镜分辨率决定了高分辨率显微镜美国空军测试图(Edmund光学)2400 lp /毫米,这是足以探测到- 0.5∼μ米质子坑。数字化后,坑被注册使用一个定制的MATLAB程序。

测量中子(p,n)或(α,n)聚变反应目标,ej - 228塑料scintillator-photomultiplier管(PMT;滨松H2431-50)飞行时间探测器放置在3米距离目标位置沿激光轴。探测器被封闭在一个住房由5-cm-thick铅砖降低高能光子信号到达PMT。探测器是校准之前14,19]。然而,由于强烈的光子信号生成的800纳米波长的实验期间,PMT电压偏差必须显著减少避免饱和的跟踪,否定校准。

2.3。中子核反应创建和/或正电子发射体

除了在射门诊断,两个Scionix荷兰51 b51/2m-e1伽马光谱仪配备了51-mm-diameter 51-mm-long奈(Tl)闪烁体,耦合到卡昂DT5725S数字化仪,用于测量目标的激活后的残余。一个集成的时间5分钟被选在稍后的时间提供足够的数量。这个设置使我们测量样品的γ谱和时间,不仅激活(2),验证被测信号来自正电子发射体,而不是从其他衰减通道等,例如,兴奋的原子核从轫致辐射光致激发。

pitcher-catcher实验,加速质子可以创建大量的核反应(2,4]。表1列出了一些可能的(p,x)和(α,x)反应,创建一个中子和正电子发射体反应产品。的一些反应有负的Q值几兆电子伏,这意味着事件弹需要克服一个阈值能量引发的反应。第二列在表中列出了近似的反应截面值附近的山峰快速判断反应的可能性。下面讨论的分析使用了列表值,获得与基于java的核信息软件(詹尼斯)12跨多个数据库。第三列列表生成的正电子发射体的半衰期。最可能的激活产品半衰期约20分钟。早期的激活可能的贡献 ,和末次,测量可能检测的存在半衰期约2小时。

的同位素是用于2十亿年)来推断阿尔法粒子的存在通过反应捕手

然而,这个推理有两个潜在的问题。一个问题是相当低的横断面的价值只有5 mb。这种低价值排除α粒子探测路径在前面的工作看核反应诊断磁聚变装置(20.]。另一个问题是也可以当目标包含氧杂质通过

稳定的¹⁸O同位素在自然丰富的约0.2%的氧气。的¹⁸O(p,n)¹⁸F反应截面高∼500 mb兆电子伏(5点21,22]。由于这个反应是由主质子和阿尔法,如果检测实验精确知识的氧污染和传入的质子光谱需要推断质子和阿尔法粒子的相对贡献吗的一代。

3所示。结果与讨论

3.1。质子光谱2ω辐照,Pitcher-Only

从2开始ω辐照,图2比较质子光谱测量TP1和TP2 1.2 -μ米聚酯箔比十亿年纳米管的目标。BN纳米管的目标是在110年μ米厚,³平均密度为0.55克/厘米,比固体密度低2 - 3倍。情节显示质子光谱一枪,规范化1 J的激光能量。

数据2(一个)和2 (b)显示了聚酯箔质子光谱在前面(激光辐照)和背面,分别。光谱看起来几乎相同,证实了激光脉冲导致的高对比度TNSA质子加速两岸的目标(23]。最大的质子能量是4 - 5兆电子伏。光谱的形状可以描述的 在哪里N₀和k_BT_e合适的参数(橙色线)。除了图2 (c),N₀≈10⁸和k_BT_e≈0.1兆电子伏。使用过滤求购以板块(职位通过F),我们确认质子发射强烈在正常的方向,目标达到顶峰。

数据2 (c)和2 (d)显示110 -质子光谱μ米BN纳米管的目标。显著的区别是正面的质子光谱,这几乎达到10兆电子伏。在这里,N₀≈10⁷和k_BT_e≈0.5兆电子伏。后侧频谱类似于聚酯箔,即使BN纳米管比聚酯箔厚100倍。过滤后的求购以测量100倍正常粒子沿着目标方向,以及重要的粒子数量在所有测量离位的方向。我们这些发现解释为由于增强,容积吸收的激光脉冲为箔表面吸收目标相比由于纳米表面和整体密度减少。

3.2。质子光谱2ω与1ω辐照,Pitcher-Only

后验证BN纳米管导致热质子光谱与高对比度,400 nm照射,我们重复使用基本类似的测量波长和更高的激光能量。图3(一个)显示了一个直接比较的聚酯箔和BN纳米管目标背后质子光谱2ω辐照,图3 (b)相同的1ω,30 -μ7 - m BNNTs,μ米铝箔。光谱测量通过集成在10 (2ω20次为1ω再现性。图显示一枪的质子光谱处理,归一化1 J的激光能量。

2ω光谱非常相似的衬托和BN纳米管目标,尽管BN纳米管目标厚100倍。相对于2ω辐照,1ω光谱表现出100倍质子1兆电子伏。此外,BN纳米管目标加速质子20兆电子伏能量,大约五倍铝箔的目标。这个发现支持了假设薄BN纳米管目标比可比箔指标作为一个质子来源。倍高粒子数字没有预期;因此,TP痕迹为1ω照片是饱和的大部分抛物线痕迹。饱和部分被附近的分析和频谱分析的高和低能量色散的痕迹在TP足以减少粒子通量低于饱和(低能量)或粒子人数足够低(高的能量)。

策划后提取的粒子数量的TP痕迹,我们拟合光谱使用方程(6)来确定粒子的收益率和斜率。

7 -μm铝箔辐照在1ω,我们比较了粒子通量与求购以# B和TP跟踪检测。这个求购以探测器的粒子数达到5×10⁸质子/ sr / J / 75 -背后的拍摄μ米艾尔过滤器,对应于质子能量高于1.6兆电子伏。这个过滤器厚度求购以确保只有质子被检测到。阿尔法粒子需要∼12伏和碳或B、N离子需要渗透过滤器> 60兆电子伏。这背后的坑直径过滤器都是关于500海里,符合预期的质子坑直径为我们的腐蚀情况。集成的TP频谱能量高于1.6兆电子伏导致3×10的质子数⁸质子/ sr / J /拍摄,给信心TP校准。相比之下,大约十倍的质子创建的BN纳米管。

我们没有质子成像光谱仪等领域,例如,一堆radiochromic电影(24,25)测量光束大小或发散角。然而,通常TNSA梁展览的锥角±15°(24- - - - - -28能量越低),最有助于粒子数。假设这个值作为质子光束发散度的估计在4×10对目标类型结果⁹质子/铝箔和4×10¹⁰质子的BN纳米管的目标。这些收益是类似的结果(28从薄箔),而质子束foam-coated薄箔。那里,泡沫涂层导致增强激光吸收和质子收益率高于裸衬托大约四倍。我们的研究结果表明,BN纳米管目标能产生更好的吸收和更多的质子,可能由于跨越整个纳米结构材料。更高的质子能量预计从薄BN纳米管目标29日,30.),但这是超出了这次调查的范围。

3.3。Pitcher-Catcher实验1ω辐照

确定BN纳米管目标辐照后在1ω创造了最高的质子源粒子数和能量,pitcher-catcher实验进行的质子束是针对十亿年板图中描述1 (b)。最引人注目的结果是,我们在postshot伽马能谱测量重要核激活,以及一个中子飞行时间信号,这两个是核反应的明确证据。

3.4。核激活

一个例子测量如图4。γ谱由电子-正电子湮灭511 keV高峰,验证正电子发射体的存在(相比之下,例如,兴奋的原子核从轫致辐射光致激发)。第二个峰值约为250 keV 511 keV主要来自反散射光子的铅屏蔽附近。511 keV峰值的衰减是监控集成间隔5分钟,直到它达到背景水平。在测量之前,背景计数测定使用相同的积分时间。两个伽马光谱仪目标框架的两侧被用于监控几乎4∼1厘米距离π固体的角度。奈闪烁体的探测效率为511 keV光子被估计为35%20.]。

激活结果pitcher-catcher绘制在图5。pitcher-only枪执行之前并没有产生任何可测量的激活背景之上。因此,我们可以假设大多数的激活是BN捕手板而不是主要来源的目标。正如上面所讨论的,见表1要创建,最可能的同位素¹¹C,¹³N,¹⁸F。三个衰变安装到测量数据来获取每个核素的部分贡献。衰变曲线可以外推到t₀当最后一个激光枪发生的活动一个之后。整个活动一个_总后是11.5 kBq 30次。从活动和衰减常数λ= ln (2) /τ,在那里τ半衰期,激活核的数量可以很容易地计算N=一个/λ。

总结了适合结果表2在图和绘制虚线5。最丰富的同位素¹¹C从质子融合¹¹B创建¹¹C同位素和中子。

值得比较我们的结果和测量早些时候Labaune et al。2]。在[2),激光能量大约10 J。500 Bq核激活检测。我们的激光交付14.3 J和创建∼400 Bq /,同样有效,但不需要二次激光脉冲刺激激活水平。与[2),我们看到一个明显的贡献¹³N的测量放大视图,如图所示5 (b)。在年底的时候,¹⁸F出现3 Bq的活动,大约相同的活动以[2]。然而,三个不同的同位素的相对贡献是非常不同的。在[2),¹⁸F同位素相对丰度为0.6%,而我们的测量产生大约20 x低贡献。文献[2)解释¹⁸F创建一个概念起源的α粒子和二次反应是可能的。如果这是真的,阿尔法粒子还应该创建¹³N同位素。的测量2显示提示的¹³N创造,但不是决定性的。

我们的测量显示一个明确的证据¹³N同位素以及¹⁸F。在下面,我们计算同位素的预期假设beam-target聚变反应和使用1ωBN纳米管目标频谱图3作为输入。反应产物的数量N₂的数量取决于传入的炮弹N_弹、目标离子密度n_目标,横截面σ,弹范围R:

弹的范围R取决于传入的弹丸能量E₀和ion-stopping功率dE/ dx。弹慢下来的材料,它的能量减少,相应截面的变化。因此,该产品σR在方程(7)被一个积分截面和阻止本领来计算N₂(5]:

的阻止本领被SRIM软件包(31日),横截面数据是通过获得詹尼斯数据库(12]。proton-boron聚变反应¹¹B(p,α)2α作为一个例子,分析横截面从[32),传入质子的能量E₀= 1兆电子伏,他指出,这个反应创建三个每个质子阿尔法粒子,我们计算收益率为3.9×10⁻⁵阿尔法粒子/质子。的轻微差异获得的效率5)结果的不同密度BN板用于我们的工作。

接下来,我们将方程(8)1ωBN纳米管质子光谱计算激活核的总数。这里的能量间隔之间的集成是阈值能量的反应(负的问其他值,0)和19个兆电子伏最大能量。

结果总结在表3。第一列显示了α粒子计算收益率,也就是6×10⁶每拍摄j .第二列显示计算¹¹C产量匹配测量一个相当密切。假设的差异可能是由于±15°圆锥角,这高估了质子产生更高的能量。此外,《麦田目标后出现一些肤浅的烧蚀坑,这可能减少了目标激活由于一些失踪的材料。

第三列比较了计算和测量¹³N的一代。在纯BN,¹³N可以生成的阿尔法粒子(2),但因为我们的目标有重要的氧气污染,还有一个很可能的质子诱发反应通道。假设所有主p -阿尔法粒子生成的¹¹B反应(1)列1和5兆电子伏之间的能量,都停止了BN,最乐观的计算结果在不到一个¹³N核/ J .然而,创建我们的测量表明,大约1300核/ J创建。计算¹³N产量每α粒子∼8×10⁻⁸。如果我们认为所有的测量¹³N原子核是由α粒子,这导致∼2×10¹⁰阿尔法粒子每拍摄j .执行相同的估计¹⁸F收益率(使用一个常数σ= 5 mb由于缺乏详细的横截面数据)的结果¹⁸F产量每1.8×10的α粒子⁻⁷,翻译成∼4×10⁸阿尔法每拍摄j .这两个计算α收益率相互抵牾的50倍。的估计¹³N也是在一个因素的两个测量质子产生,出现过高的低概率融合由于beam-target交互。

执行¹³N计算的假设下proton-oxygen反应结果在类似数量的测量。比较适用于相同¹⁸F的一代。

因此,我们得出这样的结论:pitcher-catcher实验中,大部分的放射性同位素测量质子相互作用的结果¹¹B或氧污染。然而,一些计算和测量数据之间的差异仍然盛行。特别是,计算¹¹C号码是高而计算¹³N低于测量,留下余地α数字可能高于计算。

3.5。中子光谱

前一节的数据表明,大多数的激活¹¹B(p,n)¹¹C每次创建,创建一个中子¹¹C原子核。14 J激光能量,这将创造约10⁶-10年⁷中子/激光枪。这个中子产生可检测在早期作品ALEPH如图所示(14,19]。图6(一)显示了pitcher-catcher中子飞行时间跟踪拍摄镜头相比,只使用一个半岛投手。痕迹是平均30次。最初的高能光子flash非常强烈的所有照片和创建了一个临时饱和度痕迹,然后是一个指数衰减。尽管如此,我们发现调节的痕迹在衰变的闪烁体pitcher-catcher镜头与BN纳米管目标不在基地目标时使用。找出这些调节是否对应中子,和更好的对比参考pitcher-catcher, multi-exponential函数和常数抵消被安装到衰变曲线和减去从数据揭示一个中子信号。光子的快速上升时间flash显示目标激光脉冲的到达时间,这是相应的用于计算中子飞行时间。即使背景减法,数据表现出高频噪声和信噪比很差由于存在强烈的电磁脉冲。使用Al的噪声幅值数据,我们不会测量中子,我们定义一个基线噪音水平的±0.35 V(在图的阴影区域6(一))。pitcher-catcher信号的振幅在延迟时间大约100至150 ns明显强于这噪音水平,表明它可能从中子。

产生一个中子光谱,我们忽视数据的噪声水平时,通过设置这些值为零。中子飞行时间数据被转换为动能,然后分为0.1直方图与兆电子伏步长。我们假设一个常数探测器从TOF转换成频谱响应。因为我们必须改变PMT的偏置电压水平超出了我们的校准,我们不能把PMT中子通量响应。除此之外,中子信号发生在闪烁体的衰减由于强烈的伽马flash。仪器响应与中子通量在这个操作模式尚不清楚。因此,频谱在“信号- / - 0.1兆电子伏”单元,将只允许为定性而不是定量计算比较。

2和7之间的频谱对应中子兆电子伏,误差为±0.5兆电子伏由于探测器距离的不确定性。频谱向更高的中子能量衰减。光谱的形状不规则部分是由于上述高频噪声低,部分是由于中子统计(∼10⁶中子排放到4π每拍摄,大约10中子撞击探测器)。我们还观察到一个信号的峰值约为1.3兆电子伏∼200 ns,噪音水平。目前不清楚这是一个工件由于噪音;我们已经计划调查在未来。

帮助中子的解释数据,我们模拟一个期望中子频谱使用1ωBN纳米管质子谱作为输入,连同的横截面(p,n)和(α,n)反应表1。中子光谱是使用一个自定义生成蒙特卡罗代码生成一个指数衰减10人口⁶质子与实测谱,乘以一个倍增因子的实际数量占质子。第二,高斯谱集中在3伏的应用1兆电子伏被用来模拟一个假定的人口10⁶阿尔法粒子,再乘以一个倍增因子为实际数量正确。对于每个人口,创建一个中子的能量依赖性概率通过横截面数据的插值计算表。中子能量是由核反应运动学为二进制中子的碰撞中产生前进的方向。由此产生的中子数被转换为一个直方图生成频谱。中子总数由初级粒子数加权计算相对从质子和中子收益率α粒子。图7(一)显示了初始粒子分布的情节(灰色和黑色线条),加上横截面产生中子的反应。α粒子的产生被认为是由1兆电子伏质子的数量,用蓝色圆圈表示。

图7 (b)显示了光谱计算中子和质子和阿尔法粒子的相对贡献。注意,α谱乘以1000成为可见。这图显示预期的中子能量从两种能量炮弹重叠,这里为beam-target交互假设从质子中子产量远远超过中子从阿尔法收益。由于触发的反应阈值能量之间的相互作用和它的横截面,频谱是主导¹⁴N(p,n)¹⁴O反应的能量低于2兆电子伏。以上,由中子能谱¹¹B(p,n)¹¹C反应。proton-neutron频谱衰减到更高的能量由于指数质子谱。

因为我们假设一个高斯粒子谱集中在3兆电子伏,由此产生的中子频谱转移到大约4兆电子伏由于运动学的反应。中子能量大致集中中间proton-neutron能量。总的来说,中子光谱是由(p,n)反应在我们的实验。

图7 (c)定性比较计算中子能谱测量nTOF频谱。测量能量和斜率是很好的复制;然而,测量光谱似乎属于一个比较狭窄的能量范围。这可能是由于测量数据的背景校正不足原因上面所提到的,以及由于低粒子统计在闪烁体,导致附近的单一事件。

4所示。摘要和结论

本研究讨论的测量和结果证明了BN纳米管的目标是更有效的质子源比常规的衬托,可能比以前公布的纳米目标(7,28]。这需要进一步调查其使用有效的质子来源的应用程序。

最强的质子束流是由辐射十亿纳米管目标1ω脉冲导致收益率6×10⁸质子/ sr / J /。假设的锥角±15°(24- - - - - -28),这导致4×10¹⁰质子/ J /。当这个质子束是针对十亿年捕手目标,它创造了核与超过10 kBq激活,以及一个可测量的中子信号。我们的分析表明,核主要是由于激活¹¹B(p,n)¹¹C反应,用小的贡献¹³N和¹⁸F。使用列表核反应截面值和输入质子光谱测量没有麦田,我们能够复制激活核的数量在一个两倍。通过这些计算,我们从理论上推断计算出α粒子产生由于proton-boron beam-target 6×10的交互⁶/ J。这是与类似pitcher-catcher实验刊登在[3),但没有额外的激光加热。

比较我们的核激活测量和计算的预期收益率由于入射质子谱,我们表明,¹³N和¹⁸F核中创建BN样本最可能是由于质子激活氧污染在散装材料和不太可能由于阿尔法粒子创建二级反应。事实上,把所有的测量¹³N原子核是由α粒子通过¹⁰B(α,n)¹³N,¹⁸F核通过¹⁴N(α,γ)¹⁸F书中建议的那样(2),在我们的案例中,导致α收益率不仅彼此不一致,还在两倍的测量主要质子产生,出现过高的预期低收益率beam-target聚变反应。然而,更仔细的检查表明,我们的计算¹¹C由于质子反应数高于测量而计算¹³N数低于测量由于质子反应,这可能是由于α的贡献高于预期由于纯beam-target融合。未来的调查与改善诊断和更好的控制捕手板块可能揭示高α收益率比计算。

激活测量和相应的计算表明,应该有可能设计一个捕手材料组成,触发选择多个核反应可以用来推断主粒子能量分布具有足够精度。同样,我们表明,在中子能谱BN目标可能不是作为诊断工具用于阿尔法粒子快质子存在时,密切的相似之处的质子的测量和计算数据表明其高潜力的诊断质子分布。这样的核诊断将成为相关诊断综合融合设备内部的粒子分布,例如,例如,新兴,laser-driven,混合油微反应器概念(1]。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者在获得合理的请求。

的利益冲突

女士,VS CC、sv和门将是或被奇迹融合GmbH是一家。

确认

作者要感谢麦茨勒朱莉安娜和马可·托斯卡帮助求购以分析和哈特穆特•鲁尔的富有成果的讨论laser-driven粒子加速和proton-boron融合。j·j·罗卡承认国防部Vannevar Bush学院奖学金的支持,N000142012842 ONR奖。ALEPH激光的实验设施科罗拉多州立大学的支持给我们下LaserNetUS DE-SC0019076从美国能源部。这项工作是由奇迹融合GmbH是一家。