محاسبه ضخامت بهینه تارگت بور برای گداخت پروتون-بور11 در دستگاه پلاسمای کانونی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسنده
امیر رئیس دانا
پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، تهران، ایران
10.22034/jmrph.2026.122909.0
چکیده
گداخت پروتون-بور11 یک واکنش گداخت غیرنوترونی است که 3 ذره α تولید می­کند. مزیت این واکنش نسبت به گداخت D-T آنست که نوترون تولید نمی­شود و فعالسازی نوترونی و تولید پسماند وجود ندارد. انرژی گداخت پروتون-بور11 پاک و اقتصادی است. با توجه به اینکه 3 ذره آلفا تولید می­شود و هر ذره آلفا دو بار مثبت دارد امکان تبدیل مستقیم به انرژی الکتریکی بدون نیاز به چرخه ترمودینامیک وجود دارد. این موضوع بازدهی تولید برق را بالا می­برد. معایب گداخت p-11B نسبت به گداخت D-T نیاز به انرژی بالاتر جهت شروع واکنش است. سطح مقطع این واکنش، دو پیک در انرژی 160 keV و 675 keV دارد. در این پژوهش، دستگاه پلاسمای کانونی جهت انجام واکنشهای گداخت p-11B پیشنهاد شده است بطوریکه با روش پرتو-هدف و گسیل پروتونها به سمت تارگت بور بتوان به گداخت p-11B دست یافت. به منظور آشکارسازی ذرات آلفای گسیل شده از آشکارساز ردپای هسته­ای CR39 و پلی کربنات استفاده می­شود. برای آشکارسازی آلفای خالص بدون پروتونها، چیدمان آشکارسازهای ردپای هسته­ای بسیار مهم است و نیاز به دقت بالایی دارد. با توجه به گسیل همزمان پروتونها و ذرات آلفا، چیدمان آشکارسازها و انتخاب ضخامت فویل بور بایستی به گونه­ای باشد که بتوان تنها ذرات آلفا را آشکارسازی کرد. در این پژوهش، بهینه ضخامت تارگت بور به منظور آشکارسازی ذرات آلفا در پشت تارگت، با استفاده از کد SRIM محاسبه شده است. نوآوری این پژوهش، آرایش جدیدی برای قرارگیری آشکارسازها و کاهش سهم پروتونهای زمینه است.
کلیدواژه‌ها
گداخت p-11B
دستگاه پلاسمای کانونی
کد SRIM
بهینه ضخامت بور
آشکارسازی ذرات آلفا
موضوعات

عنوان مقاله English

Computation of Optimum Thickness of Boron Target for p-11B Fusion by Plasma Focus Device

نویسنده English

Amir Raeisdana
Plasma and Nuclear Fusion Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Atomic Energy Organization of Iran, Tehran, Iran
چکیده English

Proton-boron11 fusion is an aneutronic fusion reaction that produces 3 α particles. The advantage of this reaction over D-T fusion is that no neutrons are produced and there is no neutron activation and no waste production. The proton-boron11 fusion energy is clean and economical. Given that 3 alpha particles are produced and each alpha particle has double positive charge, it can be directly converted into the electrical energy without the need for the thermodynamic cycle. This increases the efficiency of electricity generation. The disadvantage of p-11B fusion compared to D-T fusion is requiring to higher energy to initiate the reaction. The cross-section of this reaction has two peaks at energies of 160keV and 675 keV. In this study, a plasma focus device has been proposed to perform p-11B fusion reactions, so that p-11B fusion can be achieved by using the beam-target method and emitting protons towards the boron target. In order to detect the emitted alpha particles, the CR39 and polycarbonate nuclear track detectors are used. For the detection of pure alpha without protons, the arrangement of nuclear track detectors is very important and requires high accuracy. Considering the simultaneous emission of protons and alpha particles, the arrangement of detectors and the selection of the boron thickness foil should be such that only alpha particles can be detected. In this study, the optimal thickness of the boron target for the detection of alpha particles behind the target has been calculated using SRIM code.

کلیدواژه‌ها English

p-11B Fusion Reaction
Plasma Focus Device
SRIM code
Optimum Thickness of Boron ; Alpha particle detection
[1]
M. Scholz and e. al, "On the Possibility of Initiating the Proton–Boron Nuclear Fusion Reaction in the Plasma-Focus Device," Journal of Fusion Energy , vol. 38, no. https://doi.org/10.1007/s10894-019-00225-5, p. 522–530, 2019.
[2]
X. Ribeyre and e. al, "Multiscale study of high energy attosecond pulse interaction with matter and application to proton–Boron fusion," Scientific Reports, vol. 12, no. https://doi.org/10.1038/s41598-022-08433-4, 2022.
[3]
M. Aladi and e. al, "Alpha particle yield in femtosecond laser-driven proton–boron fusion," THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL, vol. 234, no. https://doi.org/10.1140/epjs/s11734-025-01674-0, p. 2999–3005, 2025.
[4]
D. P. Molloy and e. al, "Alpha particle production from novel targets via laser-driven proton-boron fusion," PHYSICAL REVIEW RESEARCH, vol. 7, 2025.
[5]
E. J. Lerner and e. al, "Focus Fusion: Overview of Progress Towards p-B11 Fusion with the Dense Plasma Focus," Journal of Fusion Energy , vol. 42, no. 7, pp. https://doi.org/10.1007/s10894-023-00345-z, 2023.
[6]
A. Picciotto and e. al, "Ammonia borane-based targets for new developments in laser-driven," Applied Surface Science, vol. 672, p. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.160797, 2024.
[7]
M. Tosca and e. al, "Hydrogen boron fusion in confined geometries," High Power Laser Science and Engineering, p. https://doi.org/10.1017/hpl.2025.10055, 2025.
[8]
M. J. Sadowski and e. al, "Recent Achievements of Plasma Studies within PF-1000U Facility," ACTA PHYSICA POLONICA A , vol. 138, no. 4, 2020.
[9]
K. TAKAO and e. al, "Characteristics of Ion Beams Produced in a Plasma Focus Device," Jpn. J. Appl. Phys. , vol. 40, pp. 1013-1015, 2001.