Phòng thí nghiệm Sandia phát triển thành công máy phát nơ-tron siêu nhỏ

Thảo luận trong "Tin tức - Sự kiện công nghệ" bắt đầu bởi vanthoi_it, 3/9/12.

  1. vanthoi_it

    vanthoi_it Administrator

    • Hãy cố gắng vì ngày mai tươi sáng
    Bài viết:
    2,593
    Được thích:
    13,984
    Thành tích:
    113
    Đến từ:
    Bình Phục, Quảng Nam
    [​IMG]

    Máy phát nơ-tron mang lại những công cụ phân tích và thử nghiệm vật liệu cho nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực khác nhau bao gồm khai thác dầu mỏ, luyện kim nặng, bảo tồn tác phẩm nghệ thuật, điều tra khám nghiệm và y khoa. Tuy nhiên, rất nhiều ứng dụng trong số đó lại bị giới hạn bởi kích thước lớn của những chiếc máy phát nơ-tron. Để loại bỏ giới hạn này, hệ thống phòng thí nghiệm quốc gia Sandia (SNL) chuyên phát triển và hỗ trợ các thành phần không hạt nhân của vũ khí hạt nhân tại Hoa Kỳ đã phát minh ra một loại máy phát nơ-tron thu nhỏ với tên gọineutristor.

    Nơ-tron được phát hiện là một sản phẩm của các phản ứng nhiệt hạch hóa phóng xạ vào năm 1932. Trong một thập kỷ sau đó, nơ-tron được sử dụng chủ yếu bởi các mục đích khoa học. Trong chiến tranh thế giới thứ 2, 2 quả bom phát nổ tại Nhật đều được trang bị một máy phát nơ-tron để kích nổ một khối lượng lớn vật liệu dễ phân hạch vào đúng thời điểm. Sự kiện này đã góp phần tạo nên bức màn bí ẩn đằng sau những chiếc máy phát nơ-tron.

    Nguồn nơ-tron sẵn có cho khoa học và công nghiệp bao gồm các máy gia tốc hạt (kích thước bằng cả một căn phòng lớn), lò phản ứng hạt nhân (kích thước tương đương nhiều tòa nhà), và các vật liệu phóng xạ với kích thước chỉ bằng ngón tay. Trong khi hầu hết các nhà nghiên cứu và công ty sản xuất đều không dễ gì tiếp cận với lò phản ứng hay máy gia tốc thì việc phát triển một thiết bị phát nơ-tron nhỏ gọn để mở rộng các ứng dụng cho nguồn nơ-tron là một ý tưởng không tồi.

    Có 3 bước tiếp cận chính để sử dụng các đồng vị phóng xạ nhằm phát và thu hoạch nơ-tron. Đầu tiên là nguồn nơ-tron từ phản ứng phóng xạ nhiệt hạch. Một ví dụ là plutonium trộn lẫn vớiberyllium. Plutonium sản sinh ra các hạt alpha (hạt nhân Helium) phản ứng với các hạt nhân beryllium tạo thành một nơ-tron và một cặp hạt alpha. Thứ 2 là nguồn nơ-tron từ các đồng vị trải qua quá trình tự phân hạch. Những nguồn tự phân hạch thường chứa Californium-252, một đồng vị có tính phóng xạ cao, phân rã bằng cách chia tách làm 2 phần với sản phẩm còn lại là nơ-tron. Cuối cùng là quang nơ-tron, trong đó các tia gamma siêu mạnh sẽ phá vỡ beryllium thành chuỗi sản phẩm tương tự như nguồn phóng xạ nhiệt hạch nơ-tron.

    Những chiếc máy phát phóng xạ nơ-tron thông thường sẽ thải ra khoảng 1 tỉ nơ-tron mỗi giây với một động năng vài MeV (Megaelectron Volt). Năng lượng từ các nơ-tron sản sinh chỉ vào khoảng 1 milliwatt nhưng việc thu hoạch những nơ-tron này cũng đủ để đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau.

    Vấn đề với các nguồn phát phóng xạ nơ-tron là chúng quá nguy hiểm, khi đã vận hành thì không thể tắt giữa chừng và không phải lúc nào cũng được sử dụng theo khuyến cáo của những người hiểu biết. Trong nhiều trường hợp, việc thu hoạch còn yêu cầu những lớp vật liệu che chắn rất lớn so với với kích thước của nguồn nơ-tron. Mặc dù những nguồn cung cấp như vậy vẫn được sử dụng cho một số công tác nhất định nhưng suy cho cùng thì những chiếc máy gia tốc hạt hay máy phát nơ-tron với kích thước thu nhỏ, phù hợp với các hệ thống điện tử vẫn là giải pháp tối ưu hơn.

    Máy phát nơ-tron thu nhỏ sẽ gia tốc các ion Deuterium (D) hoặc Tritium (T) để tăng động năng lên 100 KeV (Kiloelectron Volts) hoặc ít hơn, điều này phụ thuộc vào một mức nhiệt độ khoảng 1 tỉ độ Kelvin. Những ion này sau đó được dẫn thành một chùm bắn phá một mục tiêu có chứa Deuterium. Khi Deuterium được sử dụng trong chùm ion, 2 ion Deuterium sẽ phản ứng với nhau (D-D), trong khi nếu sử dụng Tritium, một ion Deuterium và một ion Tritium sẽ phản ứng với nhau (D-T). Trong cả 2 trường hợp, sản phẩm phụ của phản ứng nhiệt hạch đều là nơ-tron.

    Có 2 vấn đề chính với những chiếc máy phát nơ-tron dựa trên phương pháp gia tốc đó là kích thước và chi phí. Xy-lanh với đường kính 7,5 cm của máy phát là quá lớn đối với những ứng dụng như thử nghiệm các liệu pháp cấy ghép điều trị ung thư hay tập trung nguồn nơ-tron vào một mục tiêu nào đó (Vd: kiểm tra các mối hàn). Thêm vào đó, giá khởi điểm cho những chiếc máy phát nơ-tron không hề rẻ, thường trên dưới 100 nghìn USD.

    Máy phát nơ-tron nhỏ gọn của SNL:

    [​IMG]

    Bỏ qua những lo ngại về kích thước và chi phí, SNL đã công bố phát triển thành công một loại máy phát nơ-tron giúp giải quyết những vấn đề trên bằng việc tích hợp một máy gia tốc hạt vào một con chip. Thiết bị có tên gọi neutristor bao gồm nhiều lớp cách ly bằng gốm do sử dụng điện áp rất lớn. Thêm vào đó, thiết bị được cho là sẽ tạo ra nơ-tron thông qua phản ứng D-D. Phản ứng D-T thực ra dễ thực hiện hơn nhưng D-D lại giúp loại trừ việc sử dụng các vật liệu phóng xạ trong thiết bị.

    Một điện áp sẽ được đặt vào giữa nguồn ion và mục tiêu bắn phá chứa Deuterium, qua đó các ion Deuterium từ nguồn phát có thể được thu hút bởi mục tiêu. Ion tăng tốc trong một "miền trôi" nằm giữa nguồn ion và mục tiêu bắn phá. Miền trôi phải được đặt trong môi trường chân không để các ion không bị phân tán với phân tử khí. Khi các ion mang năng lượng đập vào mục tiêu, một phần nhỏ của chúng sẽ gây ra phản ứng D-D từ đó tạo ra nơ-tron. SNL không công bố về điện áp gia tốc được sử dụng với neutristor. Các máy phát nơ-tron thương mại thường sử dụng điện áp khoảng 100 kV nhưng để thu hoạch nơ-tron tốt nhất thì điện áp phải dưới 10 kV.

    Thấu kính ion làm biến đổi từ trường giữa nguồn ion và mục tiêu bắn phá, vì vậy, các ion được gia tốc sẽ tập trung vào mục tiêu chứa Deuterium nạp sẵn. SNL cũng không đề cập tới cách thức lưu trữ khí Deuterium nhưng một trong những phương pháp phổ biến là bao phủ nguồn ion và/hoặc mục tiêu bắn phá bằng Palladium hoặc các kim loại khác dễ hình thành hydride và trong trường hợp này là deuteride. Một ví dụ, lớp phủ Palladium có thể lưu trữ gần một nguyên tử Deuterium cho mỗi nguyên tử Palladium. Dòng ion đủ thấp để ngay cả một lượng nhỏ Deuterium cũng có thể tồn tại lâu dài trong neutristor. Neutristor có thể được vận hành liên tục hoặc từng đợt tùy theo yêu cầu.

    Neutristor hiện tại có khu vực miền trôi với kích thước chỉ vài mm, góp phần tạo nên hình dáng nhỏ gọn của hệ thống cho nhiều ứng dụng mới. Chi phí sản xuất của các neutristor theo tính toán sẽ vào khoảng 2000 USD, chỉ 1/50 so với giá của các máy phát nơ-tron gia tốc thương mại. Thế hệ tiếp theo của neutristor dự kiến sẽ không cần đến môi trường chân không để vận hành qua đó giảm giá thành đồng thời tăng độ bền của thiết bị. Ngoài ra, SNL cũng đang phát triển các mẫu neutristor với kích thước nhỏ hơn 2 đến 3 lần theo đặt hàng. Thiết bị có thể được đúc bằng công nghệ MEMS (microelectromechanical systems).

    Dưới đây là video giới thiệu về neutristor và công nghệ bên trong:



    Theo: Gizmag
     
    :
    love_bloger, tuyetlientuhoangtuhoahongdx thích bài này.
  2. hoangtuhoahongdx

    hoangtuhoahongdx Moderator

    • sống cần làm những điều có ích
    Bài viết:
    848
    Được thích:
    3,883
    Thành tích:
    93
    Đến từ:
    Nam Định
    ka nhanh ghê đó nhỉ
     
    love_blogertuyetlientu thích bài này.

Chia sẻ trang này