專利名稱:一種采用無窗氣體靶的小型中子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種小型中子源。
技術(shù)背景
小型中子源主要有兩種，一種是放射源中子源，另一種是小型加速器中子源。放射源中子源的中子流強(qiáng)低，使用壽命有限，產(chǎn)生的是直流的中子束。而加速器中子源可以產(chǎn)生較高的中子流強(qiáng)，可以產(chǎn)生直流或脈沖的中子束，在不工作的時(shí)間沒有中子產(chǎn)生，放射性污染少?，F(xiàn)有的加速器中子源有中子管，中子管(中子管的研究進(jìn)展及應(yīng)用，喬亞華，核電子學(xué)與探測技術(shù)。2008第6期)是利用離子源產(chǎn)生的氘離子經(jīng)過加速管加速， 轟擊鈦吸附靶產(chǎn)生中子，由于鈦吸附靶的氘氣密度低，允許承受的束流密度也比較低，所以產(chǎn)生的中子產(chǎn)額會(huì)比較低。其他小型的加速器中子源采用固體靶或者薄窗氣體靶(A neutron production target for Franz, D. Petrich, Μ. Heil,et.al.Nuclear instrument and methods in physics research A. Vol. 596,2008 ；Development of high pressure deuterium gas targets for the generation of intense mono-energetic fast neutron beams, J. Guzek, K. Richardson, C. B. Franklyn, et. al. Nuclear instrument and methods in physics research B. Vol. 152，1999)，利用離子源直接進(jìn)行氘氚反應(yīng)可以得到較高的中子產(chǎn)額，但氚的使用成本很高，它的放射性處理和循環(huán)也是個(gè)很復(fù)雜的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的小型強(qiáng)流中子源，用以解決現(xiàn)有中子源的靶無法承受強(qiáng)束流，產(chǎn)生的中子流強(qiáng)不夠的問題。
本發(fā)明的中子源包括以下幾個(gè)部分，如圖1所示
1. ECR源，這種離子源具有引出流強(qiáng)高(可達(dá)SO-IOOmA)，體積小的特點(diǎn)，可產(chǎn)生氘
1 子。
2.低能束流傳輸線，它是由加速管及螺線管聚焦透鏡組成的，可將ECR離子源引出的氘離子加速到100-200keV，并將束流會(huì)聚成一個(gè)小束斑注入到氣體靶中。它具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小的特點(diǎn)。
3.使用等離子體窗密封的無窗氣體靶。這種氣體靶采用等離子體密封高壓氘氣。 等離子體密封窗具有能承受強(qiáng)流，離子穿過等離子體窗時(shí)的能損小的特點(diǎn)。
本發(fā)明利用100-200keV的強(qiáng)流氘離子束轟擊等離子窗密封的無窗氘氣體靶?？梢援a(chǎn)生單能強(qiáng)流中子流。
本發(fā)明采用ECR離子源產(chǎn)生氘離子，直接通過高壓引出電極引出，轟擊用等離子體密封的無窗氣體靶，由于無窗氘氣體靶是采用等離子體密封的，因此它允許承受很高的流強(qiáng)的束流，同時(shí)由于氘離子穿過等離子體窗時(shí)的能損很小，因此中子產(chǎn)額較高。與中子管相比，本發(fā)明提出的中子源允許的束流強(qiáng)度高，中子產(chǎn)額高。與加速器中子源相比，加速器中子源體積大，系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)高，本發(fā)明提出的中子源體積小，系統(tǒng)簡單，造價(jià)低。與離子源直接進(jìn)行氘氚反應(yīng)產(chǎn)生中子的中子源相比，該離子源系統(tǒng)簡單，造價(jià)低，沒有氚的放射性處理以及循環(huán)問題。


圖1 本發(fā)明中子源結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2 本發(fā)明的用等離子體密封的無窗氣體靶結(jié)構(gòu)圖；其中
1-氘氣的進(jìn)氣口 ；2-安裝陰極的陰極底座，帶有水冷管道；3-用鎢做的陰極; 4-用銅做的陽極板；5-中間夾有絕緣層的帶水冷的銅板；6-真空泵；7-真空閥門；8-加在等離子體通道上的磁鐵；9-等離子體通道；10-真空泵。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
無窗氣體靶的中子源主要分為以下幾個(gè)部分
1.ECR 離子源
2.低能束流傳輸線。
3.無窗氣體靶
氘離子束流從ECR離子源中產(chǎn)生，經(jīng)過低能束流傳輸線送至無窗氣體靶，與靶發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生中子。
氘離子ECR離子源是一種產(chǎn)生氘離子的裝置，它使用微波饋送功率，使離子源的放電室里的氘氣電離產(chǎn)生等離子體。在放電室的端部安裝有引出電極系統(tǒng)，將等離子體中的氘離子引出?？刹捎帽贝笾仉x子所研制的氘離子ECR離子源，該離子源產(chǎn)生的束流流強(qiáng)很高。具體的技術(shù)指標(biāo)是離子源的引出電壓為50kV，微波功率是1. 5kW，引出的束流強(qiáng)度為 50mA-80mA 可調(diào)。
低能束流傳輸線的作用是將ECR離子源中引出的束流進(jìn)行加速和傳輸，保證束流在傳輸?shù)綗o窗氣體靶的過程中損失盡可能的小。低能傳輸線主要由一段碟形的靜電加速管和一個(gè)螺線管聚焦透鏡組成的，加速管負(fù)責(zé)把氘離子從50kV加速至200kV。螺線管聚焦透鏡的作用是將無窗氣體靶入口處的束流聚焦成所要求的小束斑。該段束流傳輸線的傳輸效率可以達(dá)到90%。
無窗氣體靶是利用小孔中的等離子體兩端有非常大壓力差的特性來密封靶內(nèi)的高壓氣體。無窗氣體靶的結(jié)構(gòu)如圖2所示。它的工作原理為由進(jìn)氣口 1先送出少量的氘氣，使等離子體通道9內(nèi)的氣壓約為幾帕。在陰極和陽極之間加上一個(gè)IkV左右的引弧高壓，可使等離子體通道內(nèi)發(fā)生放電，放電后，通道內(nèi)的電阻降低，陰極和陽極之間維持一個(gè) 100V左右的電壓，通道中通過的電流從50-200A可調(diào)。通道內(nèi)通過的電流越大，在等離子體通道兩端產(chǎn)生的壓力差越大。此時(shí)可以通過進(jìn)氣口 1將氘氣充入到氣室中。此時(shí)氣室中的氘氣壓強(qiáng)P1可以達(dá)到105Pa。加在等離子孔道外的磁鐵8是用來約束孔道中的等離子體的，這樣可以改善等離子體的密封性能，降低等離子體窗所需的功耗以及提高兩端的壓強(qiáng)差。通過真空泵6和真空泵10的真空泵口抽氣，可使P2的壓強(qiáng)保持在10_2-10-3!^。P3處的壓強(qiáng)保持在10_4Pa。符合氘離子束傳輸?shù)恼婵斩鹊囊蟆?br>氘離子束和氣室中的氘氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生中子，在束流強(qiáng)度50mA、能量為200kV、氣室中氣壓為105 的情況下，中子產(chǎn)額可達(dá)IO11個(gè)/秒的量級，這個(gè)產(chǎn)額比現(xiàn)有的國內(nèi)中子管產(chǎn)品產(chǎn)額高1到2個(gè)量級。
最后需要注意的是，公布實(shí)施例的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求
的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求
書界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種小型中子源，其特征在于，包括ECR離子源、低能束流傳輸線和無窗氣體靶，從 ECR離子源中產(chǎn)生的離子束流，經(jīng)過低能束流傳輸線送至無窗氣體靶，與靶內(nèi)氣體發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生中子，其中，無窗氣體靶采用等離子體密封，所述低能束流傳輸線包括一段碟形的靜電加速管和一個(gè)螺線管聚焦透鏡，加速管用于將離子束流加速，螺線管聚焦透鏡用于將無窗氣體靶入口處的束流聚焦成小束斑。
2.如權(quán)利要求
1所述的中子源，其特征在于，所述無窗氣體靶包括依次連接的進(jìn)氣裝置、氣室、等離子體窗和真空泵，其中，等離子體窗包括一等離子體通道，在等離子體通道兩端分別設(shè)有陰極和陽極，在等離子體通道的外側(cè)設(shè)有磁鐵來約束等離子體。
3.如權(quán)利要求
1所述的中子源，其特征在于，ECR離子源產(chǎn)生氘離子。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種采用無窗氣體靶的小型中子源，屬于核技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明采用ECR離子源產(chǎn)生氘離子，直接通過高壓引出電極引出，轟擊用等離子體密封的無窗氣體靶，由于無窗氘氣體靶是采用等離子體密封的，因此它允許承受很高的流強(qiáng)的束流，同時(shí)由于氘離子穿過等離子體窗時(shí)的能損很小，因此中子產(chǎn)額較高。與中子管相比，本發(fā)明提出的中子源允許的束流強(qiáng)度高，中子產(chǎn)額高。與加速器中子源相比，加速器中子源體積大，系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)高，本發(fā)明提出的中子源體積小，系統(tǒng)簡單，造價(jià)低。與離子源直接進(jìn)行氘氚反應(yīng)產(chǎn)生中子的中子源相比，該離子源系統(tǒng)簡單，造價(jià)低，沒有氚的放射性處理以及循環(huán)問題。本發(fā)明具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號G21G4/02GKCN101916607SQ201010238639
公開日2012年6月13日 申請日期2010年7月28日
發(fā)明者彭士香, 朱昆, 鄒宇斌, 郭之虞, 陸元榮, 黃勝 申請人:北京大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (1),