Томские ученые улучшили ионные ускорители для ядерной энергетики с помощью литиевых мишеней

Специалисты Томского политехнического университета в составе международной коллаборации модифицировали литиевые мишени для импульсных ускорителей ионов.

Российские ученые сделали шаг к созданию более экономичных и компактных источников нейтронов — ключевого элемента для ядерной энергетики, медицинской диагностики и терапии. Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) в составе международной коллаборации проанализировали характеристики генерации нейтронов в импульсных ускорителях на основе литиевых мишеней. Как сообщили ТАСС в Минобрнауки РФ, полученные данные помогут при проектировании установок нового поколения.

Технологии с использованием нейтронных источников на основе импульсных ускорителей ионов открывают широкие возможности: от исследований в области ядерной энергетики и химического анализа легких элементов до нейтронно-захватной терапии — метода лечения онкологических заболеваний, который считается одним из самых перспективных. Ключевой элемент таких установок — мишени из лития, и именно их решили модифицировать томские ученые.

Вместо чистого лития исследователи применили его соединения — фторид лития и оксид лития. Эти материалы стабильны при комнатной температуре и давлении, обладают более высокой температурой плавления и испарения. У них есть важный недостаток: выход нейтронов ниже, чем у чистого лития. Однако их высокая термостойкость позволяет использовать более мощные протонные потоки. И главное — энергетические характеристики нейтронов остаются такими же, как и при использовании чистого лития, что делает новые мишени пригодными для импульсных ускорителей легких ионов.

Особое внимание ученые уделили толщине литиевого слоя — наиболее уязвимому компоненту мишени. Как отметили в Минобрнауки, увеличение толщины за пределы диапазона протонов не повышает выход нейтронов, а лишь усиливает нежелательное выделение тепла и гамма-излучение. Оптимизация этого параметра критически важна для максимизации выхода нейтронов при сохранении работоспособности мишени.

Исследователи определили точные параметры. Для мишени из чистого лития максимальный выход нейтронов достигается при толщине около 90–110 микрометров. Для фторида лития оптимальный показатель составляет 18–24 микрометра, для оксида лития — 24–32 микрометра.