способ получения нейтронов

Формула изобретения

1. Способ получения нейтронов, основанный на ядерной реакции в активном материале динамической мишени, облучаемой потоком ускоренных заряженных частиц, отличающийся тем, что в качестве мишени используют перемещаемый перпендикулярно пучку заряженных частиц поток разреженных частиц твердого активного материала.

2. Способ получения нейтронов по п.1, отличающийся тем, что перемещение частиц активного материала осуществляют с использованием гравитационных сил.

3. Способ получения нейтронов по п.1, отличающийся тем, что перемещение частиц активного материала осуществляют в потоке легкого разреженного газа под действием перепада давлений между объемами подачи и приема частиц активного материала.

4. Способ получения нейтронов по п.3, отличающийся тем, что давление в объеме подачи частиц активного материала выбирают равным 10-100 мм рт.ст., а в объеме приема - менее 1 мм рт.ст.

5. Способ получения нейтронов по п.2, отличающийся тем, что на активный материал в объеме подачи частиц активного материала производят вибрационное воздействие.

6. Способ получения нейтронов по п.3 или 4, отличающийся тем, что осуществляют перемешивание активного материала в объеме подачи частиц активного материала.

7. Способ получения нейтронов по любому из пп.2-6, отличающийся тем, что объемную концентрацию и скорость перемещения частиц активного материала в рабочей зоне обеспечивают путем дросселирования и формирования сечения потока частиц активного материала на входе в рабочую зону.

8. Способ получения нейтронов по любому из пп.3-7, отличающийся тем, что размер частиц активного материала, толщину слоя частиц активного материала и их концентрацию выбирают из условия обеспечения полного пробега заряженных частиц в указанном слое.

9. Способ получения нейтронов по п.8, отличающийся тем, что в качестве активного материала используют твердый литийсодержащий материал, а в качестве заряженных частиц - протоны.

10. Способ получения нейтронов по п.9, отличающийся тем, что концентрацию частиц активного материала выбирают равной 10^-2-10^-3 исходной плотности твердого материала, а средний размер частиц выбирают, как минимум, на порядок меньше величины пробега .

11. Способ получения нейтронов по любому из пп.2-6, отличающийся тем, что толщину слоя частиц активного материала и его концентрацию выбирают из условия обеспечения пробега заряженных частиц в надкритической реакции, при этом стенку рабочей зоны в области выхода нейтронов охлаждают.

12. Способ получения нейтронов по п.11, отличающийся тем, что концентрацию частиц активного материала выбирают ˜ 10^-4 исходной плотности твердого материала, а средний размер частиц - примерно на порядок меньше величины надкритического пробега.

13. Способ получения нейтронов по п.12, отличающийся тем, что толщину слоя частиц активного материала выбирают в К·раз больше, при этом по толщине потока частиц активного материала в рабочей зоне прикладывают ускоряющее напряжение U=(K-1)·(1,91-1,88) МэВ, где К=2-10.

14. Способ получения нейтронов по любому из пп.2-13, отличающийся тем, что осуществляют герметичное разделение канала потока частиц активного материала от канала подачи заряженных частиц тонкой лентой из легкого металла с высокой теплоемкостью, которую перемещают перпендикулярно оси канала подачи ускоренных заряженных частиц.

15. Способ получения нейтронов по любому из пп.10-14, отличающийся тем, что охлаждение стенки рабочей зоны в области выхода нейтронов осуществляют потоком жидкости или газа.

16. Способ получения нейтронов по любому из пп.10-14, отличающийся тем, что охлаждение стенки рабочей зоны в области выхода нейтронов осуществляют путем перемещения относительно указанной стенки ленты, выполненной из материала с высокой теплопроводностью, при этом перемещение производят перпендикулярно оси канала подачи ускоренных заряженных частиц.

17. Способ получения нейтронов по любому из пп.1-16, отличающийся тем, что скорость потока частиц активного материала выбирают равной 0,2-2,0 м/с.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к ядерной физике и медицине и может быть применено в источниках нейтронов, выполненных на основе ускорителей заряженных частиц. Такие источники преимущественно предназначены для использования в медицинской технике, используемой для нейтронной терапии, в основном в нейтронозахватной терапии (НЗТ).

Предшествующий уровень техники

Концепция нейтронозахватной терапии в онкологии была предложена в 1936 году, спустя 4 года после открытия нейтрона. Ее физический принцип заключается в следующим. Раствор, содержащий стабильный изотоп бор-10, вводится в кровь человека и через некоторое время бор сорбируется в клетках. Затем опухоль облучается потоком эпитепловых нейтронов. В результате поглощения нейтрона стабильным изотопом ¹⁰В происходит ядерная реакция, и образующиеся энергетические частица и ион ⁷Li быстро тормозятся на длине размера клетки опухоли, выделяя энергию ˜2,3 МэВ в пределах именно той клетки, которая содержала ядро бора, что приводит к ее поражению. Таким образом, если обеспечить более высокую концентрацию ¹⁰В в раковой клетке по сравнению со здоровой, то борнейтронозахватная терапия (БЗНТ) позволит осуществить избирательное поражение клеток злокачественных опухолей.

За прошедший с тех пор период времени концепция НЗТ и, в частности, БНЗТ испытывала падения и взлеты. Однако в конце 60-х годов интерес к НЗТ значительно вырос. В этом большую роль сыграли исследования японского ученого Хатанаки и прогресс в синтезировании содержащих изотоп ¹⁰В фармпрепаратов. Получены препараты, которые создают концентрацию изотопа ¹⁰В в опухолевой ткани до 40 мкг/г, что в 3,5 раза больше, чем в здоровой ткани. Такая концентрация позволяет обеспечить возможность избирательного поражения раковой опухоли, что невозможно было осуществить в ранних исследованиях из-за отсутствия подобных фармпрепаратов. Для получения пучка нейтронов использовались специальные медицинские реакторы, построенные для этой цели в Брукхевене и Массачусетсе (США).

На сегодняшний день интерес к БНЗТ проявляют во многих странах мира. Одновременно ведутся работы, направленные на получение нейтронов нужных для БНЗТ энергий без использования реакторных установок.

Предложены различные принципы построения систем БНЗТ на базе ускорителя с пучком частиц, взаимодействующим с мишенью для генерации нейтронов.

Многообещающим достижением является концепция протонный пучок - литиевая мишень, согласно которой пучок низкоэнергетических протонов (с энергией порядка 2 МэВ) ударяет в литиевую мишень, генерируя нейтроны путем (р, n) реакции. Привлекательными чертами концепции являются:

- относительно высокий выход нейтронов (около 10^-4 ),

- возможность обеспечения низкой максимальной энергии генерируемых нейтронов (не более 30 кэВ),

- относительно простой низкоэнергетический протонный ускоритель,

- возможность работы в "открытой" геометрии, когда расстояние от мишени до пациента минимально (10-20 см),

- минимально необходимое экранирование и приемлемая остаточная радиоактивность.

В России проработана концепция протонный пучок - литиевая мишень, включающая использование тандемного ускорителя протонов для воздействия на литиевую мишень с энергией, превышающей порог продуцирования 1,88 МэВ при реакции ⁷Li(р, n) ⁷ Ве, подобная описанной в патенте США №5976066, опубл. 02.11.99, Yanch J.С. и др., патентообладатель Massachusetts Institute of Technology, Newton Scientific, Inc. Предварительные исследования показали, что данное предложение является вполне приемлемым, при этом требуемый ток протонного пучка должен составлять 10 мА и более для обеспечения необходимой дозы в зоне лечения.

Тем не менее, концепция литиевой мишени на базе ускорителя все еще имеет нерешенные критические проблемы, включающие требования больших протонных токов, излишки энергетических нейтронов и охлаждение мишени из лития, имеющего низкую температуру плавления. Как альтернатива, в качестве мишенного материала рассмотрен бериллий, который имеет более высокую температуру плавления по сравнению с литием, легче охлаждается и успешно используется в клиническом оборудовании при терапии быстрыми нейтронами. Например, для реакции ⁹ Be(d, n)¹⁰ Be при Е=2,5 МэВ и 1=10 мА выход нейтронов S˜4·10¹³ н/с, что в 4 раза больше, чем для другой реакции ⁷Li(p, n)⁷Be для тех же условий. Однако при этом в спектре наблюдаются высокоэнергетические нейтроны с энергией 100-800 кэВ, и для превращения их в эпитепловые нейтроны с энергией 1-30 кэВ, которые нужны для НЗТ, используют замедлители на основе оксида бериллия, оксида алюминия и тяжелой воды. При этом требуются расстояния от мишени до пациента не менее 50 см, что снижает на порядок плотность потока эпитепловых нейтронов в опухоли.

Использование реакции ⁷ Li(р, n)⁷Ве в ближней надкритической области энергии протонов, когда разность между порогом реакции Екр.=1,88 МэВ и падающей на мишень энергией составляет 0-30 кэВ, позволяет:

- приблизить пациента к мишени на расстояние 10-20 см, т.е. работать в "открытой геометрии",

- использовать, так называемую "кинематическую коллимацию", когда эпитепловые нейтроны распространяются прямо в пределах пространственного угла 20-30°.

В экспериментах последняя реакция изучена при токах 1-2 мА. Это соответствует мощности пучка 2-4 кВт. Современный уровень развития НЗТ с учетом достижений медицины, технологий и фармпрепаратов требует увеличения мощности примерно на порядок.

Известные способы получения нейтронов для использования в НЗТ можно разделить на два вида. Первый способ заключается в облучении пучком заряженных частиц с выхода ускорителя неподвижной мишени с активным материалом. Второй способ предполагает облучение аналогичным пучком подвижной мишени, содержащей активный материал, на котором происходит нейтронопродуцирующая реакция.

Первый из указанных способов реализован, например, в устройствах, защищенных патентами США №4666651, опубл. 19.05.1987 г., Barjon Robert, патентообладатель: Commissariat a l Energie Atomique (Paris, Fr), Centre Antoine-Lacassagne (Nice, Fr.) и №5920601, опубл. 06.07.1999 г., Nigg David W. и др., патентообладатель: Lockheed Martin Idaho Technologies Company (Idaho Falls, ID). Недостаток способа в необходимости использования интенсивного охлаждения активного материала статической мишени. Второй способ реализован в устройствах, защищенных патентом США №4582673, опубл. 15.04.1986 г., Gunter Bauer, патентообладатель: Kernforschungsanlage Juljich Gesellschaft, Fed. Rep. of Germany. При подвижной мишени снижаются требования к системе охлаждения, но требуются специальные устройства для приведения мишени в движение.

Статическая и подвижная мишени нейтронопродуцирующего узла выполняются из твердого или жидкого активного материала.

В качестве прототипа выбран способ получения нейтронов, основанный на ядерной реакции в активном материале динамической мишени, облучаемой потоком ускоренных заряженных частиц. В качестве динамической мишени в данном решении используется поток жидкого лития, перетекающий под действием силы тяжести из одной емкости в другую, образуя тонкий пристенный слой, в котором и происходит ядерная реакция (патент США №3993910, опубл. 23.11.1976, Don M.Parkin, Norman D.Dudey, патентообладатель United States Energy Research & Development Administration).

При использовании данного способа относительно просто решается вопрос с охлаждением системы, но возникают трудноразрешимые проблемы, связанные с очисткой системы и лития от радиоактивного загрязнения. Это происходит, в том числе, от интенсивного испарения активного материала - лития в объем ускорителя.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на создание способа, позволяющего устранить или существенно уменьшить указанные недостатки.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения нейтронов, основанном на ядерной реакции в активном материале динамической мишени, облучаемой потоком ускоренных заряженных частиц, согласно изобретению в качестве мишени используют перемещаемый перпендикулярно пучку заряженных частиц поток разреженных твердых частиц активного материала.

Таким образом, предлагается использовать иное агрегатное состояние активного материала - взвесь, которая в отличие от тонкого покрытия активным материалом в жидком или твердом состоянии занимает в 10²-10⁴ раз больший объем и обеспечивает нейтронопродуцирующую реакцию при взаимодействии заряженных частиц с разреженными частицами активного материала. Тепловая энергия при этом выделяется на существенно большей поверхности, чем это имеет место в известных мишенях и достаточно равномерно распределяется по всему объему, практически не нагревая другие элементы устройства, взаимодействующие с активным материалом. Кроме того, данный способ позволяет использовать активный материал с более высокой температурой плавления по сравнению с чистым литием, что существенно снижает испарение активного материала и загрязнение радиоактивными парами элементов системы.

Перемещение частиц может происходить под воздействием гравитационных сил.

Такое перемещение можно организовать, разместив объем, подающий частицы активного материала в рабочую зону, над приемным объемом.

В другом варианте перемещение частиц активного материала может быть осуществлено в потоке легкого разреженного газа под действием перепада давлений между объемами подачи и приема частиц активного материала. В этом случае величину давления в объеме подачи частиц активного материала целесообразно выбирать в диапазоне 10-100 мм рт.ст., а в объеме приема - менее 1 мм рт.ст.

На активный материал, находящийся в объеме подачи частиц активного материала, можно воздействовать вибрацией, что обеспечит более равномерное перемещение и однородность взвеси.

При использовании перепада давлений можно осуществлять перемешивание частиц активного материала в объеме подачи частиц активного материала, что также обеспечит получение однородной взвеси.

Для обеспечения заданной объемной концентрации и скорости перемещения частиц активного материала в рабочей зоне на ее входе осуществляют регулируемое дросселирование и формирование сечения потока частиц активного материала. Изменением размеров впускного отверстия, соединяющего подающую емкость с каналом рабочей зоны, обеспечивают поступление в канал заданного количества частиц активного материала за единицу времени.

Размер частиц активного материала, толщину слоя частиц и их концентрацию следует выбирать из условия обеспечения полного пробега заряженных частиц в таком слое. Другими словами, толщина слоя частиц не должна быть меньше, чем длина пробега заряженных частиц в активном материале мишени.

В качестве активного материала может быть использован один из твердых литийсодержащих материалов, а в качестве заряженных частиц - протоны.

При этом концентрация активных частиц в рабочей зоне может быть выбрана равной 10^-2-10^-3, а средний размер частиц выбирают, как минимум, на порядок меньше величины пробега . При такой концентрации продуцирование нейтронов происходит в относительно тонком верхнем слое сечения мишени. В остальной части рабочей зоны будет происходить нагрев частиц потока за счет энергии торможения заряженных частиц в активном материале.

В другом варианте толщину слоя частиц активного материала и его концентрацию выбирают из условия обеспечения пробега заряженных частиц только в надкритической реакции. При этом необходимо стенку рабочей зоны в области выхода нейтронов охлаждать. Такое охлаждение необходимо, т.к. протоны выделяют свою энергию на всем пробеге и наиболее заметно в области т.н. пика Брэгга.

Концентрацию частиц активного материала в этом случае целесообразно выбирать ˜ 10^-4 исходной плотности твердого материала, а средний размер частиц - примерно на порядок меньше величины надкритического пробега .

В следующем варианте исполнения толщину слоя частиц следует выбирать в К раз больше, где К=2-10, но при этом по толщине потока частиц активного материала в рабочей зоне прикладывают ускоряющее напряжение U=(К-1)·(1,91-1,88) МэВ. Это вызвано тем, что в увеличенном слое будет происходить в К раз больше столкновений частиц с энергией выше 1,88 МэВ с частицами активного материала и, как следствие, большие потери ими энергии, которые будут компенсироваться ускорением заряженных частиц в процессе их пролета через рабочую зону.

Обеспечить герметичное разделение канала потока частиц активного материала от канала подачи заряженных ускоренных частиц можно тонкой лентой из легкого металла с высокой теплоемкостью, которую перемещают перпендикулярно оси канала подачи в рабочую зону ускоренных заряженных частиц.

Охлаждение стенки рабочей зоны в области выхода нейтронов можно осуществлять разными путями. Наиболее традиционный способ заключается в охлаждении потоком жидкой или газовой среды. В другом варианте охлаждение можно осуществлять путем перемещения относительно указанной стенки ленты, выполненной из материала с высокой теплопроводностью, при этом перемещение производят перпендикулярно оси канала подачи ускоренных заряженных частиц. С помощью такой ленты производят утилизацию выделяемого тепла.

Скорость потока частиц активного материала в рабочей зоне целесообразно выбирать в диапазоне 0,2-2,0 м/с.

Краткое описание чертежей

Заявляемый способ иллюстрируется фигурами 1-10.

На фиг.1 приведена схема мишенного узла, реализующего способ с использованием гравитационной силы, на которой показаны:

1 - объем подачи активного материала;

2 - тонкодисперсный активный материал (порошок LiH, Li ₂O, LiF и т.п.);

3 - пучок заряженных частиц от ускорителя, например, протонов Р;

4 - канал поступления заряженных частиц в рабочую зону;

5 - приемный объем;

6 - поток разреженных частиц активного материала;

7 - кран-дроссель;

8 - узел вибрации объема подачи;

v - скорость перемещения частиц взвеси;

n - продуцируемые нейтроны.

На фиг.2 приведена схема мишенного узла, реализующего способ получения нейтронов с использованием истечения взвеси частиц в легком газе, где дополнительно к вышеприведенным позициям показаны:

9 - объем формирования взвеси;

10 - устройство формирования взвеси.

На фиг.3 приведена схема, иллюстрирующая эффект увеличения активной поверхности за счет наклонной стенки, где:

S₀ - площадь стенки, перпендикулярной потоку заряженных частиц;

S₁=S₀/ sin - площадь наклонной стенки.

На фиг.4 приведена схема, иллюстрирующая эффект наклонной стенки в объеме пылевидной взвеси, где:

- размер частиц взвеси 11;

а - расстояние между частицами.

На фиг.5 показан условный пример пролета протона с энергией 1,91 МэВ через три частицы активного материала в надкритической реакции.

На фиг.6 - схема полного торможения потока заряженных частиц в потоке 6 разреженных частиц активного материала, где:

- полный пробег протонов;

m - число условных слоев в полном пробеге протонов ;

а·m - размер пробега протонов в надкритической реакции.

На фиг.7 приведена схема рабочей зоны с глубиной канала перемещения взвеси, несколько большей надкритического пробега заряженных частиц, где:

12 - канал перемещения разреженной взвеси;

13 - канал охлаждения;

Vж - скорость перемещения охлаждающей жидкости.

На фиг.8 схематически показано перекрытие канала перемещения взвеси от объема канала поступления заряженных частиц тонкой лентой, перемещающейся перпендикулярно оси указанного канала, где 14 - лента из фольги легкого металла (Al, Be), перематываемая с барабана на барабан.

На фиг.9 показана схема канала перемещения взвеси с нагревом дополнительной ленты, аккумулирующей остаточную тепловую энергию потока заряженных частиц, где 15 - лента из материала с большой теплоемкостью, перематываемая с барабана на барабан.

На фиг.10 показана схема канала для перемещения потока взвеси, глубина которого равна нескольким надкритическим пробегам К а·m, а по глубине прикладывается ускоряющее напряжение, равное (К-1)· Е, где Е - надкритическая потеря энергии протонов ( Е=1,91 МэВ - 1,88 МэВ=0,03 МэВ).

Варианты осуществления изобретения

Способ реализуется следующим образом.

В объеме 1 (фиг.1) или 6 (фиг.2) подачи активного материала размещают определенное количество активного материала в виде тонкодисперсного порошка твердого материала. Это может быть литийсодержащий материал: гидрид лития LiH, оксид лития Li₂O или фторид лития LiF. В этом случае при бомбардировке протонами происходит ядерная реакция ⁷Li(р, n)⁷Ве. В другом случае в качестве активного материала может быть использован бериллий (реакция ⁹Be(p, n)¹⁰Be). Возможно использование также других активных материалов.

Из объема 1 или 6 сыпучий активный материал в форме плоской разреженной стенки определенной толщины с заданной скоростью перемещают в приемный объем. В простейшем случае такое устройство можно выполнить по аналогии с песочными часами, когда перемещение активного материала происходит под действием гравитационных сил (фиг.1). Открывают кран 7 с дросселем и формирователем сечения потока частиц, после чего подают поток Р заряженных частиц. Например, для НЗТ необходим следующий режим: энергия протонов Е₀=1,91 МэВ, диаметр пучка - 50 мм, ток - 10 мА, длительность - 500 с. Для утилизации ˜ 10 мДж тепловой энергии, возникающей при нагреве на 500°С, достаточно 5-6 кг порошка гидрида лития. Расход порошка при этом составит около 10 г/с. Если задаться глубиной канала взвеси =5 мм, то концентрация частиц активного материала по центру пятна будет равна 10^-2, а скорость их перемещения ˜0,4 м/с. При среднем размере частиц, равном 1 мкм, поток частиц будет состоять из 50 слоев.

Для надежной и повторяемой процедуры целесообразно воздействовать на объем подачи активного материала вибрацией от простого внешнего устройства.

В другом варианте (фиг.2) активный материал предварительно располагается в среде легкого газа, например в водороде или гелии, с небольшим остаточным давлением 10-100 мм рт.ст. При этом объем 9 подачи на порядок больше объема активного материала 2 (если активного материала, к примеру, 5 л, то объем подачи должен быть >50 л. Далее включается устройство 9 формирования взвеси в объеме, в простейшем случае - вентилятор. При этом концентрация взвеси в объеме 9 подачи составит 10^-1. Если открыть кран 7 с дросселем и формирователем сечения, то под действием перепада давлений (в объеме подачи P₁=100 мм рт.ст., в объеме приема, который много больше объема подачи, Р₂=1 мм рт.ст.) в канале рабочей зоны 6 сформируется поток частиц, из которых протоны Р начнут выбивать эпитепловые нейтроны n. Режимы и параметры в этом варианте аналогичны примеру, рассмотренному выше.

Использование наклонной рабочей поверхности активного материала по отношению к направлению потока заряженных частиц известно. Упрощенная схема такого решения показана на фиг.3. Если, к примеру, сечение канала поступления заряженных частиц, в нашем случае - протонопровода, составляет 50 мм, а рабочая поверхность при этом ˜20 см², то наклон рабочей поверхности на угол =30° вдвое увеличивает поверхность и, как следствие, удельная тепловая нагрузка снижается с 1 кВт/см² до 0,5 кВт/см², а это существенно.

При использовании в качестве рабочего материала взвеси многократно увеличивается рабочая поверхность активного материала.

Несложно показать (см. фиг.4), что при концентрации, составляющей 10^-3 от исходной, а/ =10, и поверхность активного материала также увеличивается более чем на порядок. Если выбрать размер частиц взвеси меньше величины пробега (см. фиг.5), то эту величину следует умножить на число слоев, укладывающихся в пробеге (для фиг.5 это число составляет 3).

В наиболее простом для реализации и рассмотрения случае вся энергия пучка заряженных частиц утилизируется в потоке разреженных частиц активного материала. Сечение по потоку при этом показано на фиг.6. Протоны полностью тормозятся на глубине . На приповерхностной глубине "а·m" происходит надкритическая реакция (формируются нейтроны).

В таблице для анализа реакции ⁷Li(р, n)⁷Ве представлены характеристики некоторых активных литийсодержащих материалов.

Характеристики	Материалы
	Li	LiH	Li 2O	LiF
Плотность, , г/см2	0,534	0,78	2,01	2,63
Температура плавления,°С	180	691	1727	849
Теплоемкость, Дж/кг·К	3800	3600	2500	2200
Относительный выход нейтронов	1	0,72	0,47	0,33
Пробег в твердом веществе, мкм	140	77	40	33
Надкритический пробег, мкм	2,2	1,21	0,63	0,52

По комплексу теплофизических, технологических свойств и стоимости наиболее подходящим материалом для реализации способа является оксид лития.

Зададимся перегревом Li₂ O, равным 500°С. При этом потребуется для вышеоговоренного режима НЗТ около 8 кг или примерно 4 л порошка.

Необходимо будет выполнить следующие требования:

- средний размер зерен <0,63 мкм, выбираем 0,5 мкм,

- расход порошка 8000/500=16 г/с,

- концентрация 10^-2 (плотность 2,01 кг/м³), при глубине канала 5 мм это соответствует средней скорости перемещения порошка в рабочем объеме ˜0,5 м/с.

Возможно использование известной системы охлаждения, например охлаждение задней стенки канала потоком жидкости или газа (фиг.7).

При этом можно резко снизить количество и расход реакционного материала Li₂O и использовать его только для надкритической реакции. Зададимся средним размером зерна порошка 0,2 мкм (три надкритических пробега, m=3), возьмем прежнее сечение канала истечения 5×50 мм. Теперь при вышеуказанных режимах расход порошка будет в ˜60 раз меньше и потребуется только 125 г порошка (или ˜60 см³).

Разделение объемов канала взвеси и протонопровода можно реализовать с использованием перемещающейся по окну протонопровода тонкой ленты из легких металлов (бериллий, алюминий), перематываемой с барабана на барабан. При этом необходимо поднять энергию протонов на величину потерь, которая в ленте из бериллия толщиной 10 мкм составит ˜20 кэВ. Потребуется всего лишь 300 г ленты шириной 60 мм.

Аналогичное решение можно использовать также взамен традиционного охлаждения противоположной стенки для аккумулирования тепловой энергии. При этом ленту толщиной 0,3-0,5 мм из бериллия или алюминия (фиг.9) перематывают с барабана на барабан со скоростью V ₁ вдоль противоположной стенки канала перемещения взвеси. Поскольку материал ленты обладает высокой теплоемкостью, она будет эффективно аккумулировать тепло, выделяемое при торможении заряженных частиц. Однако в этом случае такой ленты из алюминия потребуется уже около 10 кг.

Наконец, можно в К раз при тех же исходных режимах увеличить выход нейтронов (фиг.10), если увеличить слой надкритического пробега в К раз и приложить по вектору протонного потока в рабочей зоне взвеси ускоряющее напряжение, равное (К-1)·(1,91-1,88) МэВ. При этом потерявшие энергию протоны, ускорившись, снова будут способны вступить в ядерную реакцию, сечение которой как бы увеличится в К раз.

Промышленная применимость.

С помощью заявляемого способа могут быть созданы нейтронопродуцирующие мишенные узлы для использования в нейтронозахватной терапии. Проведенные расчеты и эксперименты показали, что создание такого узла может быть осуществлено с использованием существующих на сегодняшний день технологий. Использование иного агрегатного состояния активного материала обеспечивает упрощение и удешевление получения нейтронов для использования в медицинских целях.