Общая схема установки ИРЕН

Линейный ускоритель электронов ЛУЭ-200 разработан в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (Новосибирск), как драйвер интенсивного импульсного источника резонансных нейтронов бустерного типа ИРЕН. Ускоритель состоит из импульсной электронной пушки, ускоряющей системы, источников СВЧ – мощности на базе клистронов 10-см диапазона с модуляторами, системы фокусировки - транспортировки пучка, системы диагностики с широкополосным магнитным спектрометром и вакуумной системы. Ускоритель размещается вертикально в трёхэтажном здании бывшей установки ИБР-30 Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ.

Принципиальная схема ускорителя

ЭП – электронная пушка;
МЛ1, МЛ2, МЛ3 – короткие соленоидальные магнитные линзы;
КГ – короткий соленоид группирователя;
С1 – фокусирующий соленоид первой ускоряющей секции;
КИЭ, КС1, КС2, К3, К4, К5 – корректирующие магниты;
Q1 – первая квадрупольная линза;
Q2-Q3, Q4-Q5 – дублеты широкоапертурных квадрупольных линз;
Q6-Q7, Q8-Q9 – дублеты квадрупольных линз;
Гр – СВЧ-группирователь;
УС1 – первая ускоряющая секция;
УС2 – вторая ускоряющая секция;
МС – магнитный спектрометр;
М – мишень – конвертер;
BV1, BV2, BV3, BV4, BV5 – бимвьюеры;
ПР1, ПР2, ПР3, ПР4, ПР5 – магнитоиндукционные датчики тока пучка (пояса Роговского).

Ускоряющая секция, клистрон и модулятор устанавливаются при развитии ускорителя. На первом этапе предусмотрена работа источника нейтронов на основе неразмножающей нейтронопроизводящей мишени.

Электронная пушка

В качестве источника электронов в ускорителе используется двухэлектродная электронная пушка с оксидным термокатодом Ø 12 мм от СВЧ-лампы ГС-34. Пушка обеспечивает импульсный ток пучка до 6 A с продолжительностью импульса 250 ÷ 300 нс с частотой циклов 50 Гц и эмиттансом ≤ 0.01 π ·cм·мрад.

Ускоряющая система

Ускоряющая система состоит из СВЧ - группирователя и двух коротких (по 3 метра) ускоряющих секций с предельно высоким темпом ускорения. Ускоряющие секции разработаны и изготовлены в ИЯФ СО РАН. Секции представляют собой круглый диафрагмированный волновод с постоянным импедансом, в который подается СВЧ – мощность. Секции запитываются от клистронов - усилителей СВЧ - мощности 10-ти см диапазона (2856 МГц). Прототип ускоряющей системы протестирован на форинжекторе комплекса ВЭПП-5 в ИЯФ СО РАН, где достигнуты максимальное ускоряющее поле ? 45 МВ/м и средний ускоряющий градиент ~ 35 МэВ/м [4,5]. Проектом ускорителя предусмотрена сборка из двух секций длиной по 3 м, обеспечивающих проектную энергию электронов. В составе первой очереди ускорителя смонтирована одна ускоряющая секция. Вместо второй ускоряющей секции установлен участок дрейфа с двумя квадрупольными дублетами.

Измерение энергии и энергетических спектров пучка

Для измерений спектров энергий пучка электронов используется широкополосный магнитостатический анализатор с магнитным полем, поперечным к направлению движения частиц пучка. Магнит спектрометра Ш-образной формы с магнитной жёсткостью, изменяемой в пределах 0.166 – 0.7 Тл м, размещается в промежутке между проектируемой второй ускоряющей секцией и дублетом квадрупольных линз Q6 – Q7. Пучок электронов в магнитном поле спектрометра поворачивается на угол, близкий к 90°, через закрытое фольгой окно (50 мкм, нерж. сталь) выводится из вакуумной камеры в атмосферу на позиционно – чувствительный коллектор пучка полного поглощения. Сигналы с ламелей коллектора измеряются в одном цикле и обрабатываются в режиме "off line". Конструктивные особенности магнитного анализатора позволяют производить измерения спектров энергий с относительной точностью ΔE/Е не хуже ± 5%.

Неразмножающая нейтронопроизводящая мишень

В качестве материала для нейтронопроизводящей неразмножающей мишени был выбран сплав на основе вольфрама ВНЖ-90. Нейтроны в мишени рождаются в результате двухступенчатого процесса. Вначале ускоренные электроны останавливаются в мишени, рождая тормозные гамма-кванты. Энергетический спектр гамма-квантов ограничен сверху максимальной энергией ускоренных электронов. Затем в результате взаимодействия высокоэнергетичных гамма-квантов с ядрами изотопов вольфрама в реакциях ^AW(γ, n)^A-1W рождаются нейтроны. Мишень представляет собой цилиндр из ВНЖ диаметром 40 мм и высотой 100 мм, размещенный внутри алюминиевого бачка диаметром 160 мм, через который прокачивается дистиллированная вода из замкнутого контура для охлаждения мишени и формирования нейтронного спектра. Толщина водяного слоя в радиальном направлении 50 мм. Ускоренные электроны проходят внутрь бачка через полусферическое бериллиевое окно диаметром 36 мм и толщиной 1 мм. На переднем торце мишени установлена термопара для оперативного контроля температуры мишени.