Семинар прошел с участием гостей Ю.С. Мардынского и А.С. Сысоева - наших коллаборантов из Обнинска. К работе еженедельного семинара подключился также академик Л.М. Барков.
Ю.С. Мардынский привел данные о том, что нейтронная терапия пока обходится дороже традиционной гамма-терапии, но если появятся достаточно дешевые источники нейтронов, то ее стоимость снизится. Сейчас в США на одну только химиотерапию тратится около 80 млрд. долларов в год и на Западе, в отличие от России 80 % диагнозов рака ставится на ранних 1, 2-й стадиях заболевания. В развивающихся странах 80 % заболеваний раком диагностируются на 3,4-й стадиях заболевания и всего 20 % пациентов излечиваются с 5 летней выживаемостью. Поэтому на первый план выходят предупредительные меры и максимально широкий выбор средств воздействия на болезнь. В этом смысле очень полезно использовать нейтроны, так как есть опухоли резистентные к протонной и гамма терапии. Нейтроны обладают следующими преимуществами:

В начале семинара обсудили оргвопросы и перешли к разговору о стеклянном проходном изоляторе. Торцы колец изолятора должны быть отполированы для повышения его механической прочности. Далее разговор вернулся к институтскому семинару, проведенному Ю.С. Мардынским. Присутствующие пообсуждали необходимый диапазон энергий нейтронов, Энергия нейтронов для "глубоких" опухолей должна быть не менее 2 МэВ. В процессе обсуждения возникла интересная мысль использовать реакцию D+T для генерации нейтронов, но их энергия при этом составит около 14 МэВ и возникнет вопрос с защитой, который взялся проработать акадкемик Л.М. Барков. Другая проблема - необходимость работы с тритием, который радиоактивен и может представлять большую проблему, так как установка предназначена для работы в условиях госпиталя. В целом вопросов довольно много и они требуют значительной проработки, хотя такой источник может быть сделан довольно быстро благодаря опыту, накопленному в ИЯФ, в создании источников дейтонов с энергией в несколько сотен кэВ. На следующий семинар пригласили В.Л. Ауслендера с докладом про источник нейтронов на основе ускорителя ИЛУ-5, который разрабатывался в ИЯФ.
На семинаре также обсудили будущую публикацию препринта в качестве отчета за определенный период финансирования проекта. Препринт планируется выпустить в феврале 2001 г.

На семинаре выступил В.Л. Ауслендер с рассказом о работах с ИЛУ-5. Вкратце ИЛУ-5 это укороченный четвертьволновой резонатор, первый вариант был рассчитан на энергию 1.5 МэВ, ток определяется инжектором, длительность импульса 10 мкс. Потом в качестве инжектора использовали 20 кВт электронную пушку и планировалась замена резонатора для получения энергии частиц 5 МэВ/нуклон, то есть энергия дейтонов составила бы 10 МэВ и при частоте циклов 50 Гц, длительности импульсов 50 мкс и скважности 400 средний ток был бы ~ 1 мА. "Бочка" эта еще есть, есть и генератор на ГИ-27А, способный отдать 10 кВт в пучок. При таких параметрах можно получить поток нейтронов порядка 10¹³. Потери пучка были малые и был получен пучок протонов с энергией 2.5 МэВ. Ускоритель работал в расчетном режиме, не было сложностей в изготовлении и настройке. Далее прошла небольшая дискуссия, в конце которой решили о перспективности применения данного источника для терапии быстрыми нейтронами получаемыми в реакции D+T и для наработки изотопов. По мнению Р. Салимова перед началом работ необходимо оценить преимущества данного варианта и его коммерческую перспективность, да и пока у нас не хватает рабочих рук на эксперименты с ИЛУ-5. Далее решили закрыть теоретическую часть работы связанную с перезарядной мишенью и послушали выступление А. Н. Драничникова о вакуумной системе, обсудили скорость откачки криогенной ловушки, которая по расчетам составит около 30.000 л/с. Время работы азотной ловушки может составить 1 мес. без ее размораживания, при этом на ее поверхности образуется слой СО₂ толщиной 1 см. Также обсуждался вопрос о наработке углерода, ухудшающего электрическую прочность при использовании СО₂ в качестве вещества перезарядной мишени. Вопросы о намерзании двуокиси углерода и ее диссоциации требуют экспериментальной проверки.

В начале прозвучали новости "BNCT в мире". В США открывается конкурс грантов по этой тематике. Далее В.В. Широков проинформировал участников семинара о том, что необходимо подвести итоги работ по перезарядной мишени и подготовить к публикации препринт. После короткой дискуссии о том, что осталось еще много вопросов и итоги подводить рано, присутствующим был представлен доклад А.С. Кривенко о геометрии перезарядной мишени, газовых потоках и т.п. Он предложил разместить диафрагмы между концами перезарядной трубки и высоковольтным электродом для уменьшения потоков газа в межэлектродное пространство, что может привести к пробоям. Далее произошла дискуссия в которой обсуждали длину перезарядной трубки, геометрию диафрагм, необходимость иметь холодные диафрагмы. А.С. Кривенко разрабатывает точечный датчик давления газа, который позволит уточнить результаты расчетов вакуума в системе. Затем выступил Г.Е.Деревянкин и рассказал о расчетах тепловыделения в перезарядной трубке и диссоциации СО₂. По его расчетам при токе пучка в 40 мА тепловыделение на высоковольтных электродах составит около 3 кВт, а энерговыделение в перезарядной трубке около 0.5 кВт. По поводу диссоциации СО₂ - есть вероятность очень большого выделения углерода, количественные данные можно получить только экспериментально.
В связи с написанием препринта для единообразия решили зафиксировать некоторые параметры перезарядной трубки. Длина L=25 см., внутренний диаметр 12 мм для тока 20-25 мА.  Диаметры отверстий в "капусте" - 30-50 мм.

В начале обсудили письмо из США о проекте позитронного источника с энергией 2-2.5 МэВ для наработки изотопов для ПЭТ. Для него вполне подойдет наш тандем, тем более, что необходим довольно небольшой ток - для протонов 5 мА, а для дейтонов 2.5 мА. Стоимость такого источника около 1.5 млн. долл., что в несколько раз дешевле циклотрона, который обычно применяется для этих целей.
Далее выступил В.Е. Пальчиков с обзором вариантов вещества для перезарядной мишени. Мишени из графитовой фольги были бы перспективны, так как не требуют криогенной откачки. Но они неприменимы в нашем случае, хотя бы из-за того что попросту быстро разрушатся. Можно рассмотреть также литиевую струйную мишень; на воде у нас получены плоские струи при скорости жидкости 10-30 м/с, но это требует значительной затраты времени на исследования. Г.И. Димов предложил рассмотреть также и паро-литиевую мишень. Затем В.Е. Пальчиков перечислил требования к веществу мишени связанные с ограничениями вносимыми криогенной откачкой. Эти требования следующие:

1. Упругость паров меньше 10^-6 торр
2. Отсутствие конденсации на электродах.
3. Вещество мишени не должно ухудшать электрическую прочность.
4. Не должно быть агрессивным по отношению к материалу деталей (например литий со стеклом - плохо).
5. Не должно быть ядовитым, так как потребуется обслуживание перезарядной мишени связанное с периодической разборкой тандема.

Если рассматривать паро-магниевую мишень, то даже при 10 % вылете атомов магния в межэлектродное пространство его количество за время ~1 месяц составит десятки граммов, что отрицательно скажется на электрической прочности. Можно, как предложил Г.И. Димов, охлаждать концы перезарядной трубки, но тогда возникнет проблема ее периодической замены. Далее разговор шел про газы удовлетворяющие вышеприведенным требованиям. СО₂ будет диссоциировать с выделением C, CO, О. NH₃ будет диссоциировать на NH, NH₂ и пока не понятно, что с ними будет. Можно также рассматривать хлор или ртуть, но лучше всего аргон, хотя он потребует гелиевой ловушки из-за высокой упругости паров при азотной температуре, что создаст дополнительные проблемы.
Присутствующие согласились, что надо пристальнее присмотреться к хлору и аммиаку, тем более, что баллон с этими газами можно разместить прямо в голове тандема. Пока только непонятно их влияние на электрическую прочность и потребуются соответствующие эксперименты. В.Е. Пальчиков отметил, что можно уменьшить толщину газовой мишени (уменьшив и выход газа из трубки) согласившись на 90 %, а не 99 % перезарядку пучка, и поглощая остающиеся нейтралы. Затем выступил С.Ю. Таскаев с некоторыми мыслями по поводу режима течения газа в трубке и его откачке. Возможно будет достаточна скорость откачки в 2-3 тыс. л/с. Если режим течения газа в трубке окажется бесстолкновительным, то тогда возможно использование аргона, 5 л. баллона которого хватит на год работы мишени. Эксперименты должны показать какой режим течения газа реализуется в нашем случае пока есть мнение, что промежуточный между вязкостным и бесстолкновительным.

Семинар оказался посвящен источнику медленных позитронов о котором говорили в начале предыдущего семинара. На него уже нашелся покупатель. Для генерации позитронов используется пучок протонов сбрасываемый на мишень из ¹⁹F . При токе протонов 1 мА поток позитронов составит 3 10⁹ частиц. Для получения медленных позитронов их приходится замедлять, при этом происходит значительная потеря интенсивности пучка (теряется примерно 2 порядка). Эффективность реактора как источника медленных позитронов составляет примерно 10⁴ позитронов/мА, эффективность нашего предполагаемого источника составит ~ 3 10⁹ позитронов/мА, в то время как специальные установки работающие с эффективностью 10⁸ позитронов/мА стоят ~ 100 млн. долл. Например, японцы предполагают использовать синхротронное излучение электронного пучка с энергией 8 Гэв из 10 Т магнита для рождения электрон-позитронных пар с последующим замедлением в вольфрамовой мишени.
Далее обсуждали предложенный Г.И. Сильвестровым вариант мишени такого источника.

Семинар был посвящен оптике нашего тандема. По этому вопросу слушали М.А. Тиунова. Предварительный расчет делался им при следующих параметрах тандема: 6 зазоров по 205 кВ на зазор. Полное напряжение 1230 кВ, 40 мм - величина каждого зазора. Максимальная напряженность поля 51 кВ/см. При этом на входе в ускоритель имеем сильную электростатическую линзу с фокусным расстояние ~ 2 см. По результатам расчетов получилось, что для проводки полностью компенсированного пучка с током 1 мА через перезарядную трубку необходимо иметь перед ней кроссовер пучка (при нескомпенсированном пучке с током 25 мА, кроссовера не будет из-за пространственного заряда). Для фокусировки используется 2 магнитных линзы. Оптика получается очень чувствительной. В расчетах по проводке 25 мА пучка не учтена его поперечная температура (приближение холодного пучка), радиальное распредление тока j(r) и компенсация объемного заряда. Далее М.А. Тиунов рассказал о параметрах имеющегося у нас источника Н^-. По словам его создателя ( Ю.И. Бельченко ) пучок обладает малым эмиттансом (нормализованный, 90%, <0.3 p мм мрад) при токе 5 мА. Согласно приведенным расчетам он может быть пропущен через перезарядную трубку диаметром 10 мм. В процессе дискуссии решили экспериментально уточнить поперечную температуру пучка источника Ю.И. Бельченко. Г.И. Димов предложил использовать в расчетах оптики гауссово распределение для j(r) и поперечную температуру взять равной 10 эВ.
Далее слушали Р.А. Салимова , который предложил уменьшить напряженность поля в "капусте" увеличив зазоры между электродами, а затем рассказал о новом варианте системы откачки в голове тандема. Это система дифференциальной откачки с рециркуляцией. Для нее необходимо разместить турбомолекулярный насос в вакууме в голове тандема. Доклад вызвал значительный интерес и присутствующие решили вернуться к этой теме после дополнительной проработки. Но пока решили не отказываться и от системы криогенной откачки.

В начале семинара продолжили разговор про дифференциаьную откачку, а затем перешли на оптику. В частности, Г.И. Сильвестров высказал предложение использовать дублет квадрупольных линз перед перезарядной трубкой. Это дает дополнительную степень свободы при проектировке оптики. Далее обсуждался вопрос вакуума в системе и его влияния на электрическую прочность. Исходя из опыта работы ускорителей Ван де Граафа вакуум должен быть ~10^-5 торр В начальной секции должен быть максимально высокий (~3 10^-6 торр) вакуум, чтобы избежать обдирки ионов H^- , то есть потерь пучка. В связи с этим запланировали вакуумные эксперименты.
Далее разговор шел про нейтронообразующую мишень. Докладчик рассказал об экспериментах по напылению лития на подложку и связанные с этим задачи, в частности необходимо измерять толщину напыленного слоя лития. Присутствующие увидели две керамические пластинки с напыленным слоем лития толщиной 60 А (слой не виден глазом) и 1 мкм. Необходимая толщина мишени составляет несколько микрон, толщина измеряется по сопротивлению напыленного слоя металла.
Г.И. Сильвестров напомнил основные параметры нейтронообразующей мишени. Плотность падающего на мишень потока энергии составляет 5 кВт/см² , поэтому мишень имеет жидко-металлическое охлаждение. Выбор материала мишени тоже непрост, так как он должен быть стоек к жидкому литию и галлиевому теплоносителю. Толщины вольфрамовой подложки в 2 мм достаточно для поглощения образующихся g - квантов. Толщину слоя лития предполагается контролировать по уровню g - излучения и нейтронов. Среди проблем требующих решения - проблема напыления пленки Li, проблема очистки подложки, которая наводораживается и время жизни мишени по оценкам составит около 50 дней. К тому же на поверхности будет накапливаться радиоактивный изотоп ⁷Be. По поводу поднятых проблем академик Л.М. Барков сказал, что главное вовремя остановиться на нужном уровне их решения, иначе ими можно заниматься очень долго.

После новостей из мира BNCT слушали С.Ю. Таскаева о перезарядной трубке. Дело в том, что проводимые расчеты делаются в приближении бесстолкновительного течения газа в перезарядной трубке. В реальности это не так. Оказывается, и это было показано, что угловое распределение вылетающих частиц в предположении бесстолкновительного течения на расстоянии много большим диаметра выходного отверстия перезарядной трубки описывается простым красивым аналитическим решением, так что нет смысла в этом случае определять угловое распределение методом пробных частиц. Более того, существует простое аналитическое решение для учета столкновений. Реально, этот учет сильно изменяет угловое распределение частиц изнутри трубки, правильно его описавая. Неадекватность его сказывается только на конце трубки, на длине порядка длины свободного пробега, если она не слишком большая по сравнению с диаметром трубки. Но и это можно учесть и попытаться получить аналитическое выражение. С другой стороны надо провести эксперимент.
Далее поговорили о параметрах терапевтического пучка нейтронов. В принципе наш тандем можно использовать и для генерации нейтронов бомбардируя дейтонами бериллиевую(⁹Be) мишень. Для этого пучок дейтонов с энергией 1 МэВ должен иметь ток около 10 мА. Получающиеся в реакции 12-14 МэВ-ные нейтроны можно применять и для обнаружения азотсодержащих взрывчатых веществ. Для этого можно облучать мишень из ¹³С потоком протонов с энергией 2.5 МэВ и на выходе иметь монохроматичный пучок g - излучения с энергией квантов 9.172 ╠ 0.120 МэВ. Такой пучок "чувствует" азот. При токе протонов 10 мА вполне возможно просветить целый вагон. Так что даже вариант нашего ускорителя с током 5-10 мА может найти довольно широкое применение.

На этот семинар не была определено конкретной темы и разговор начали с обсуждения перезарядной мишени. По мнению Г.Е. Деревянкина может быть перспективным использование "объемных" тяжелых молекул в качестве вещества мишени (не H₂O, CO₂ а, например, C₃H₈, SF₄, SF₆, SI₆ ) Уж болно не хочется получить не перезарядную трубку, а генератор сажи при использовании CO₂. Ведь диссоциация того же SF₆ протекает за 6 этапов в отличие от 2-х этапной диссоциации CO₂. Но, по мнению Г.И. Димова, диссоциация увеличит количество частиц в перезарядной трубке и, возможно, позволит уменьшить количество напускаемого в перезарядную мишень газа. Сам он, как наилучший вариант, видит паро-ртутную мишень.
На настоящий момент есть некоторая определенность с высоковольтным вводом в вакуум и проблемой больших площадей высоковольтных электродов. Проблемы же перезарядной мишени в основном связаны с откачкой. Так как проводимость наверх через "капусту" недостаточная, то внешняя откачка не подходит и было решено разместить ее непосредственно в голове тандема. По мнению Р.А. Салимова у криогенной откачки есть несколько недостатков: это ограниченный выбор газа и циклический режим работы. Возможно что, выбрав оптимальную геометрию дифференциальной откачки, можно будет обойтись и одним турбомолекулярным насосом со скоростью откачки всего ~ 500 л/с. Даный насос достаточно компактный, чтобы его разместить в голове тандема. Далее выступил А.С. Кривенко с соображениями и оценками по поводу криогенной и дифференциальной откачки. Суть последней в том, что к перезарядной трубке добавляется в 2 дополнительных трубки и газ скачивается из зазоров между трубками турбомолекулярным насосом, находящимся в непосредственной близости. При этом для работы с мощным 50 мА пучком потребуется увеличить длину дополнительных трубок. Это, в свою очередь, изменяет условия проводки пучка. Далее разговор велся про оптику, виды фокусировки вплоть до квадрупольной (астигматичной) фокусировки, то есть некруглого пучка. Это проблемы более дальнего будущего, так как пока мы намерены работать с непрерывным пучком с током 10 мА, который сможет обеспечит существующий источник Ю.И. Бельченко.