Seminar of the Section of Physics of Charged Particle Beams and Accelerator Equipment

Date and Time: Monday, 18 July 2022, at 3:00 PM

Место: Oval hall of the JINR Scientists’ Club, online on Zoom

Join meeting on Zoom

1. Seminar topic: “Research and optimisation of a thin lithium target for neutron generation”

   Speaker: E. O. Sokolova (Budker Institute of Nuclear Physics, Novosibirsk)

   Abstract:
   
   

   Для широкого внедрения бор-нейтронозахватной терапии злокачественных опухолей в клиническую практику требуются мощные компактные источники эпитепловых нейтронов на основе ускорителей заряженных частиц и нейтроногенерирующих мишеней. Наилучшей реакцией для формирования пучка эпитепловых нейтронов общепризнана реакция ⁷Li(p,n)⁷Be. В работе исследована и оптимизирована литиевая мишень, выполненная в виде тонкого слоя лития, нанесенного на эффективно охлаждаемую медную подложку. Показано, что радиационный блистеринг меди при имплантации протонов не влияет на выход нейтронов в пороговой реакции ⁷Li(p,n)⁷Be. Обнаружена люминесценция поверхности литиевой мишени под действием протонов. Регистрация люминесценции обеспечивает измерение и контроль положения и размера пучка протонов на поверхности литиевой мишени. Предложена и реализована методика in situ измерения толщины слоя лития путем сравнения интенсивности излучения фотонов в реакции ⁷Li(p,p’)⁷Li из исследуемого литиевого слоя и из толстого при их облучении протонами. Использование пучка протонов с энергией 1,85 МэВ, ниже порога реакции ⁷Li(p,n)⁷Be, обеспечивает измерение пространственного распределения толщины литиевого слоя вплоть до 100 мкм без его повреждения. Применение предложенного метода измерения толщины литиевого слоя мишени и регистрация люминесценции поверхности литиевой мишени позволили оптимизировать напыление лития для получения однородного по толщине слоя лития. Тонкая литиевая мишень, стойкая к радиационному блистерингу и однородная по толщине, оптимальна для применения в источнике эпитепловых нейтронов для бор-нейтронозахватной терапии злокачественных опухолей. Разработанная литиевая мишень обеспечивает длительную стабильную генерацию нейтронов для развития методики БНЗТ, изучения радиационного блистеринга поверхности металлов при имплантации протонов, измерения сечения ядерных реакций, радиационного тестирования материалов ИТЭР и ЦЕРН и ряда других приложений. Тонкой литиевой мишенью оснащена первая клиника БНЗТ в Китае и ей оснащаются первые клиники БНЗТ в Италии и в России.

   (based on the materials of the dissertation for the degree of the Candidate of Physics and Mathematics)




2. Seminar topic: “Research and optimisation of transport and acceleration of an ion beam in a tandem accelerator with vacuum insulation”

   Speaker: Ya. A. Kolesnikov (Budker Institute of Nuclear Physics, Novosibirsk)

   Abstract:
   
   

   Для широкого внедрения бор-нейтронозахватной терапии злокачественных опухолей в клиническую практику требуются мощные компактные источники эпитепловых нейтронов на основе ускорителей заряженных частиц. В работе исследована и оптимизирована транспортировка и ускорение ионов в ускорителе-тандеме с вакуумной изоляцией – электростатическом тандемном ускорителе оригинальной конструкции. Показано, что инжекция пучка отрицательных ионов водорода в ускоритель сопровождается действием пространственного заряда, и для оптимального ускорения ионов при изменении тока требуется корректировка силы фокусирующей линзы. Установлено, что получаемый пучок протонов характеризуется диаметром 10 мм, угловой расходимостью до ± 1,5 мрад, нормализованным эмиттансом 0,2 мм мрад. Транспортировка пучка протонов на расстояние до 10 м не сопровождается заметным влиянием пространственного заряда. Измерение потока сопутствующих атомов водорода обеспечивает оперативный контроль эффективности газовой обдирочной мишени. Ток пучка ионов аргона, выходящего из газовой обдирочной мишени и сопутствующего пучку протонов, пренебрежимо мал. Разработанные и внедренные диагностические средства обеспечивают стабильное и долговременное получение пучка протонов или дейтронов с энергией в диапазоне от 0,6 до 2,2 МэВ и с током в диапазоне от 0,5 до 3 мА. Освоенные режимы работы ускорителя позволяют использовать его для развития методики БНЗТ, изучения радиационного блистеринга поверхности металлов при имплантации протонов, измерения сечения ядерных реакций, радиационного тестирования материалов ИТЭР и ЦЕРН и ряда других приложений. Ускорителем-тандемом с вакуумной изоляцией оснащена первая клиника БНЗТ в Китае и им оснащаются первые клиники БНЗТ в Италии и в России.

   (based on the materials of the dissertation for the degree of the Candidate of Physics and Mathematics)