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MotivationTheorieAufbau

ExperimentAuswertung

Zusammenfassung

Fusion durch Pyroelektrische Kristalle

Roland Stania

26. April 2010

Roland Stania Fusion durch Pyroelektrische Kristalle



Zusammenfassung

Inhaltsverzeichnis

1 Motivation

2 Theorie

3 Aufbau

4 Experiment

5 Auswertung

6 Zusammenfassung




Zusammenfassung

Motivation

Nutzung von Nanometerphysik in der Fusionsforschung

Tabletop-Ionenbeschleuniger

Tabletop-Fusionsgenerator

Neutronenkanone




Zusammenfassung

Pyroelektrische Kristalle

Ionenkristalle mit permanenter elektrischer Polarisation

Bei Temperaturanderung: elektrische Aufladungentgegengesetzter Flachen (Dipolmomente)

∆~Ppy = ~p ·∆T (1)

In unserem Fall: Lithiumtantalat (LiTaO3)

Heizleistung von 2W entspricht 12.4 Kmin und erzeugt einen

pyroelektrischen Strom von 22nA

Erwarumung von 240K auf 265K verursacht einePolarisationsanderung von ∆~P = 0.0037 C

m2




Zusammenfassung

Ablauf des Experimentes

Elektrisches Feld erzeugt ionisiert Deuterongas (0.7Pa) undbeschleunigt einen Deuteronstrahl (E > 100keV und I > 4nA)

Beim Auftreffen auf das ErD2-Target: Deuteronfluß ist 400mal großer als bei der Hintergrundstrahlung

D + D −→ 3He + n (2)

Nachweis der Teilchen in Szintillatoren: Flussigszintillator furdie 2.45MeV Neutronen, Plastikszintillator (=Target) fur die830keV 3He




Zusammenfassung

Geometrie des Experiments

1 Kristallgroße: d=3cm, h=1cm

2 Wolframspitze an der positiv aufgeladenen Seite des Kristalls:Basisdurchmesser=80µm; l=2.3mm; Spitzendurchmesser=100nm

3 Spannung U=80kV ⇒ Feldstarken von uber 25 Vnm

4 ErD2 (Erbiumdeuterid) Target




Zusammenfassung

Apparatur




Zusammenfassung

Detektor

Deuteron trifft auf eine dunneSchicht des deuterierten Plastikszin-tillators und fusioniert dort mit einemDeuteron

820 keV 3He und 2.45 MeV Neutronentstehen

Beide Teile werden in denentsprechenden Szintillatoren detek-tiert




Zusammenfassung

Experiment

Zeit [s] Ereignist=0 T=240kt=15 Heizung eingeschaltett=100 Rontgenstrahlen (durch freie

e−) gemessent=160 U = 80kV Feldionisation

startet, Sekundarelektronenverstarken dieRontgenstrahlung

t=170 Neutrale Ionen werden ander Spitze ionisiert, linearerAnstieg des Neutronenflusses

t=220 Abschalten der Heizung,Ladungsverlust durch Fel-dionisation

t=393 Spontane Entladung




Zusammenfassung

Bewertung der Messung

Kosmische Hintergrundstrahlung (ersten 100s): ElektronenRekombinationsstrahlung (900 counts / s) ⇒ Myonen,γ-Strahlung

Neutronenfluß-Peak: 800 Neutronen/s (bei Berucksichtigungder 18% Detektionswahrscheinlichkeit)

Theoriewert: (Ionenstrom von 4.2 nA undBeschleunigungspotential 115kV): 900 Neutronen/s

Abweichung ist stimmig wegen Oxydschicht auf dem Trigger




Zusammenfassung

Neutronenspektroskopie

Ratio des integrierten Lichtes imNachzug des PMT (Photomulti-plier) Signals, durch Event imFlussigszintillator zum integriertenLicht des Signal Peaks

Elektronenrekombination unten, Pro-tonenrekombination oben⇒ langererSzintillationszerfall

15’300 zulassige Neutronenmessun-gen in 400s

b: Spektrum der Protonenrekombi-nation im Vergleich zu simuliertenSpektren




Zusammenfassung

α-n Coincidator

Nachweis des Zusammenhangs zwis-chen den detektierten α-Teilchen undden Neutronen

Messung der Flugzeit




Zusammenfassung

Flugzeit

Oben: Neutronenflugzeit mit MonteCarlo Simulation

Peak: 5.6ns ⇒ entspricht fur 12cmeiner Geschwindigkeit von 0.07c

Kalibrierung mit einer 22Na Quelle(511keV γ-Quanten)




Zusammenfassung

Zusammenfassung

Nachweis: Pyroelektrische Kristalle konnen Ionenstrahlen erzeugen, diegenugend Energie und Stromstarke haben, um Kernfusion anzuregen.

Vergroßerung der Wolframnadel und tiefe Temperaturen undTritium-Target konnte das Signal wahrscheinlich auf 106 Neutronen/sverstarkt werden

Mogliche Anwendungen

Anwendung in elektrostatischen Fusionsgeneratoren (Farnsworth)

Mikro-Antriebe in Mikro-Raumfahrt


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