一種等效微焦靶的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種等效微焦靶，所述裝置在加速器將氘或氘氚混合離子束加速到額定能量后，采用四極透鏡將大直徑截面的束斑，在一個(gè)平行于靶表面的方向上，聚焦至所需要的微焦斑尺寸，而在其垂直方向上散焦展開到一定長度，形成扇形離子束。扇形離子束轟擊到移動(dòng)靶上，在平行于靶面的展開方向上，產(chǎn)生與微焦斑點(diǎn)狀中子源等效的出射中子束。由于大直徑截面的束斑展開成為扇形離子束，沉積在靶面上的熱功率峰值密度大幅度降低，平均熱功率密度也大幅度降低，靶面溫升相應(yīng)地大幅度降低。還可以進(jìn)一步提升離子束的總功率，進(jìn)而提升中子產(chǎn)額，達(dá)到同時(shí)縮小等效斑點(diǎn)尺寸和提升中子產(chǎn)額的目的。適合在需要具備方向性和點(diǎn)源特性的高產(chǎn)額加速器中子源上應(yīng)用。
【專利說明】
一種等效微焦靶
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于核技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種等效微焦靶。
【背景技術(shù)】
[0002]直線加速結(jié)構(gòu)的中子發(fā)生器是比較成熟的技術(shù)，產(chǎn)品數(shù)量也很多，如何提升這類中子發(fā)生器的中子產(chǎn)額，延長靶的使用壽命，同時(shí)減小焦斑尺寸，提高成像質(zhì)量，是一個(gè)亟待解決的問題。
[0003]當(dāng)前有三種方式提升靶承受離子束轟擊功率的能力:一是采用搖擺靶，讓靶面作機(jī)械擺動(dòng)，該方法的優(yōu)點(diǎn)是在不增加束斑尺寸的條件下，離子束在靶面上不再僅僅轟擊一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)面，將平均功率大幅度降低，可以增加離子束流，點(diǎn)源特性保持不變;其缺點(diǎn)是機(jī)械擺動(dòng)的速度不夠快，展開的長度有限，體積較大，同時(shí)在回轉(zhuǎn)的邊緣有停頓，瞬態(tài)溫升比較高，單純的搖擺靶，其沉積功率密度可以提升幾倍，提升幅度有限。二是《旋轉(zhuǎn)靶強(qiáng)流中子源及其應(yīng)用》(期刊《現(xiàn)代物理知識(shí)》，1996年第05期)公開了一種采用旋轉(zhuǎn)靶方式增加靶面積的方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在不增加束斑尺寸的條件下，通過靶面的高速旋轉(zhuǎn)，大幅度降低瞬時(shí)溫升和平均溫升，從而大幅度提升靶承受沉積功率的能力，進(jìn)而提升中子產(chǎn)額和通量，該方法的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，旋轉(zhuǎn)速度極快(1000?5000轉(zhuǎn)/分鐘)，進(jìn)一步提升轉(zhuǎn)速的難度很大，可靠性差，成本高;三是中國專利文獻(xiàn)庫公開的CN201010238639.5一種采用無窗氣體靶的小型中子源，該方法的優(yōu)點(diǎn)是無固定靶，產(chǎn)額高，靶壽命長，該方法的缺點(diǎn)是技術(shù)難極高，真空系統(tǒng)體積龐大，能耗高，造價(jià)高。
[0004]目前，尚無一種經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有方向性和點(diǎn)源特性的微焦靶。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種等效微焦靶。
[0006]本實(shí)用新型的等效微焦靶，其特點(diǎn)是，包括四極透鏡、移動(dòng)靶，入射離子束穿過四極透鏡，形成扇形離子束，扇形離子束轟擊移動(dòng)靶，產(chǎn)生與等效焦斑相同特性的出射方向中子束；
[0007]所述的入射離子束為氘或氘氚混合離子束中的一種。
[0008]所述的四極透鏡為電四極透鏡或磁四極透鏡中的一種，優(yōu)選電四極透鏡。
[0009]所述的扇形離子束在移動(dòng)靶上轟擊區(qū)域的Z方向?qū)挾确秶鸀?mm?10mm。
[0010]所述的移動(dòng)靶的轟擊面為斜面，傾斜角α范圍為3°?15°。
[0011]所述的移動(dòng)靶在ζ方向來回平移。
[0012]截面直徑較大的入射離子束從X方向入射，從四極透鏡中部穿過，在四極透鏡作用下，在Y方向上散焦展寬，而在Z方向上聚焦縮小至需要的微尺寸，形成扇形離子束。移動(dòng)靶是一個(gè)可以在Z方向作來回平移的中子靶，使離子束轟擊在不同的靶位置上;移動(dòng)靶每次運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)位置是變化的，即運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)的位置不是固定在一條邊界上，而是基本均勻地分布在整個(gè)靶面上。在不追求高產(chǎn)額時(shí)，也可以采用固定靶，因?yàn)槌跏际咧睆奖容^大，峰值功率密度大幅度降低。移動(dòng)靶的靶面略向中子束出射方向，即Y方向傾斜一個(gè)微小角度α，便于中子順利出射，傾斜角度α由中子束出射方向上所需要的投影尺寸確定。離子束轟擊到靶上后，將發(fā)生DD或者DT反應(yīng)，放射出中子，在Y方向上形成與微焦斑點(diǎn)狀中子發(fā)生器等效的準(zhǔn)直性很高的出射中子束。
[0013]本實(shí)用新型的等效微焦靶，在傳統(tǒng)直線結(jié)構(gòu)加速器中子源的基礎(chǔ)上，采用四極透鏡將截面直徑較大的離子束在一個(gè)方向聚焦到所需要的等效微焦斑尺寸，在另一個(gè)方向大幅度展寬，形成扇形離子束，而不是將整個(gè)離子束都縮小到微尺寸。在得到與微焦斑點(diǎn)狀中子源等效特性的同時(shí)，大幅度降低了靶面上沉積功率密度，延長了靶的壽命，還可以進(jìn)一步增加離子束流強(qiáng)，提升中子產(chǎn)額。
【附圖說明】

[0014]圖1為本實(shí)用新型的等效微焦靶的示意圖；
[0015]圖中，1.入射離子束2.四極透鏡3.移動(dòng)靶4.等效焦斑5.出射方向中子束。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型。
[0017]如圖1所示，本實(shí)用新型的等效微焦靶包括四極透鏡2、移動(dòng)靶3，入射離子束I穿過四極透鏡2，形成扇形離子束，扇形離子束轟擊移動(dòng)靶3，產(chǎn)生與等效焦斑4相同特性的出射方向中子束5;圖中的X、Y、Z為三維坐標(biāo)系。
[0018]所述的入射離子束I為氘或氘氚混合離子束中的一種。
[0019]所述的四極透鏡2為電四極透鏡或磁四極透鏡中的一種，優(yōu)選電四極透鏡。
[0020]所述的扇形離子束在移動(dòng)靶3上轟擊區(qū)域的Z方向?qū)挾确秶鸀?mm?10mm。
[0021 ]所述的移動(dòng)靶3的轟擊面為斜面。
[0022]所述的斜面的傾斜角α范圍為3°?15°。
[0023]所述的移動(dòng)靶3在ζ方向來回平移。
[0024]實(shí)施例1
[0025]在已建好的250keV，2mA，1mm束斑直徑中子發(fā)生器上，要想得到5mm等效束斑的效果，在離子束流強(qiáng)不變的條件下，束流的峰值密度增加4倍，散熱條件不變時(shí)，溫升大約增加4倍，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過靶的允許工作溫度。如果保證靶的溫升不變，則需要降低4倍的離子束流，中子產(chǎn)額降低4倍。采用本實(shí)用新型的等效微焦靶，改造原有中子靶:先調(diào)節(jié)束流光學(xué)系統(tǒng)的聚焦參數(shù)，將束斑直徑增加至33_，離子束流強(qiáng)提高至2.2mA，束流密度降低約10倍，然后經(jīng)過電四極透鏡后，變成扇形離子束，在靶面上形成短方向5mm，長方向220mm左右的轟擊區(qū)，固定靶的轟擊面斜面傾斜角α范圍為3°?15°。靶面上沉積的熱功率峰值密度及平均密度大約降低了 10倍，靶面溫升也大致降低了 10倍左右，靶的使用壽命得以大幅度延長，等效焦斑尺寸縮小一半，成像質(zhì)量也大幅度提升。考慮到90度發(fā)射方向產(chǎn)額略低的因素，離子束流強(qiáng)需要增加10%，保證有效中子產(chǎn)額不變。
[0026]實(shí)施例2
[0027]在已建好的250keV，2mA，1mm束斑直徑中子發(fā)生器上，要想得到7mm等效束斑的效果，在離子束流強(qiáng)不變的條件下，束流的峰值密度增加2倍，散熱條件不變時(shí)，溫升大約增加2倍，靶的壽命將大幅度縮短。如果保證靶的溫升不變，則需要降低2倍的離子束流，中子產(chǎn)額降低2倍。采用本實(shí)用新型的等效微焦靶，改造原有中子靶:先調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的聚焦參數(shù)，將束斑直徑增加至33mm，離子束流強(qiáng)提高至2.2mA，束流密度降低約10倍，然后經(jīng)過電四極透鏡后，變成扇形離子束，在靶面上形成短方向7mm，長方向160mm左右的轟擊區(qū)，固定靶的轟擊面斜面傾斜角α范圍為3°?15°。靶面上沉積的熱功率峰值密度及平均密度大約降低了10倍，靶面溫升也大致降低了 10倍左右，大幅度延長靶的使用壽命;等效焦斑尺寸縮小30%，提高了成像質(zhì)量?？紤]到90度發(fā)射方向產(chǎn)額略低的因素，離子束流強(qiáng)增加10%，保證有效中子產(chǎn)額不變。
[0028]實(shí)施例3
[0029]在已建好的250keV，2mA，1mm束斑直徑中子發(fā)生器上，改造離子源，將離子束流強(qiáng)提升11倍，達(dá)到22mA，束斑直徑增加至33mm。再采用本實(shí)用新型技術(shù)，改造原有中子靶:離子束經(jīng)過電四極透鏡后，變成扇形離子束，在靶面上形成短方向10mm，長度方向I 1mm左右的轟擊區(qū)，移動(dòng)靶3的轟擊面斜面傾斜角α范圍為3°?15°，移動(dòng)靶3來回平移±50mm，靶面上沉積的熱功率峰值密度及平均密度降低10倍，靶面溫升降低10倍，靶的使用壽命大幅延長，等效焦斑保持I Omm不變，有效中子產(chǎn)額提升1倍，成像時(shí)間縮減1倍。
[0030]最后應(yīng)說明的是，以上【具體實(shí)施方式】?jī)H用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種等效微焦靶，其特征在于，所述的等效微焦靶包括四極透鏡(2)、移動(dòng)靶(3)，入射離子束(I)穿過四極透鏡(2)，形成扇形離子束，扇形離子束轟擊移動(dòng)靶(3)，產(chǎn)生與等效焦斑(4)相同特性的出射方向中子束(5); 所述的移動(dòng)靶(3)的轟擊面為斜面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等效微焦靶，其特征在于，所述的入射離子束(I)為氘或氘氚混合離子束中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等效微焦靶，其特征在于，所述的四極透鏡(2)為電四極透鏡或磁四極透鏡中的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等效微焦靶，其特征在于，所述的扇形離子束在移動(dòng)靶(3)上轟擊區(qū)域的Z方向?qū)挾确秶鸀?mm~10mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等效微焦靶，其特征在于，所述的移動(dòng)靶斜面傾斜角α范圍為3。?15。。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等效微焦靶，其特征在于，所述的移動(dòng)靶(3)在ζ方向來回平移。
【文檔編號(hào)】H05H6/00GK205726635SQ201620544866
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】李彥, 何小海, 婁本超, 唐君, 薛小明, 牟云峰, 李小飛, 胡永宏
【申請(qǐng)人】中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所