一種脈沖中子發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于加速器領(lǐng)域，具體涉及一種脈沖中子發(fā)生器，尤其是一種加速電壓可調(diào)、脈沖重復(fù)頻率可調(diào)、脈沖寬度可調(diào)、氘氚反應(yīng)脈沖中子產(chǎn)額大于或等于IXlO8n/pulse的脈沖中子發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖中子發(fā)生器在中子物理學(xué)參數(shù)測量、特殊核材料探測、探測器性能試驗(yàn)研宄、中子照相、放射性醫(yī)學(xué)等方向有著重要的應(yīng)用。在核系統(tǒng)瞬發(fā)中子衰減常數(shù)研宄中，激勵(lì)脈沖中子源方法是最直接的實(shí)驗(yàn)方法，其要求激勵(lì)中子發(fā)生器脈沖產(chǎn)額高達(dá)108n/pulse，且要求中子發(fā)生器體積小，穩(wěn)定性好，工作壽命長；在探測器性能試驗(yàn)研宄中，需要高產(chǎn)額的單能脈沖中子發(fā)生器對探測器進(jìn)行標(biāo)定；在中子照相研宄中，脈沖中子發(fā)生器可以移動到現(xiàn)場對金屬殼層中的物體進(jìn)行成像。脈沖中子發(fā)生器在脈沖中子測井領(lǐng)域中也有著很重要的應(yīng)用。
[0003]脈沖中子發(fā)生器是由真空弧離子源、加速電極、氚靶和氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)等組成。其工作原理是由真空弧離子源放電產(chǎn)生氘離子，氘離子經(jīng)加速入射到氚靶上，形成氘氚聚變反應(yīng)產(chǎn)生14MeV脈沖中子。
[0004]目前，脈沖中子發(fā)生器主要形成方式為對直流離子束進(jìn)行掃描、聚束或?qū)χ绷鞣烹娺M(jìn)行調(diào)制，但這類脈沖中子發(fā)生器的中子產(chǎn)額偏低。周長庚等在“核技術(shù)”雜志2014年第6期上發(fā)表了題為“中子發(fā)生器納秒脈沖聚束系統(tǒng)”文章，文章介紹:典型的加速器型中子發(fā)生器的脈沖中子產(chǎn)額為13 n/pulse。郭清生等在“地球物理測井”雜志1990年第4期上發(fā)表了題為“一種新型脈沖中子發(fā)生器”的文章，文章中介紹其研制的小型脈沖中子發(fā)生器脈沖中子產(chǎn)額約 8X 104n/pulse。美國人 P.R.Schwoebel 在“Nuclear Instrumentsand Methods in Physics Research A”雜志 2112 年第 7 期上發(fā)表了題為“A hydrocarbonfluid-based deuteron 1n source for neutron generators，，的文章，文章介紹他們石開制的小型實(shí)驗(yàn)裝置產(chǎn)生的脈沖中子產(chǎn)額約為107n/pulse。
[0005]等離子濃密焦點(diǎn)裝置體積小，其脈沖中子產(chǎn)額最高可達(dá)10nn/pulSe以上，但在產(chǎn)生中子的同時(shí)也會產(chǎn)生大量的X射線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種脈沖中子發(fā)生器，尤其是體積小、高脈沖中子產(chǎn)額、工作壽命長、產(chǎn)生單能脈沖中子的脈沖中子發(fā)生器。
[0007]本實(shí)用新型的脈沖中子發(fā)生器，其特點(diǎn)是，包括上法蘭，陶瓷真空管，氚鈦靶，離子源陽極，離子源觸發(fā)極，離子源陰極，陶瓷絕緣環(huán)，環(huán)形釤鈷永磁鐵，陶瓷絕緣柱，導(dǎo)電金屬柱，下法蘭，外接三電極，真空室，放氣閥，閘板閥A，吸氣劑泵，閘板閥B，分子泵，離子泵，干泵，遠(yuǎn)控高壓加速電源，遠(yuǎn)控離子源脈沖電源，平臺車。
[0008]所述的上法蘭與陶瓷真空管頂部連接；上法蘭朝上的一面通過螺釘與遠(yuǎn)控高壓加速電源的輸出電極P連接；上法蘭朝下的一面通過金屬桿與氚鈦靶連接；真空弧離子源由離子源陽極、離子源觸發(fā)極、離子源陰極、陶瓷絕緣環(huán)、環(huán)形釤鈷永磁鐵、陶瓷絕緣柱、導(dǎo)電金屬柱組成。其中，離子源陽極通過外接三電極的a端與遠(yuǎn)控高壓加速電源的接地端G以及遠(yuǎn)控離子源脈沖電源的陽極輸出端A連接；離子源觸發(fā)極通過外接三電極的t端與遠(yuǎn)控離子源脈沖電源的觸發(fā)輸出端T連接；離子源陰極通過外接三電極的c端與遠(yuǎn)控離子源脈沖電源的陰極輸出端C連接；離子源陽極與離子源陰極之間用一個(gè)陶瓷絕緣環(huán)進(jìn)行絕緣；離子源陰極外套著一個(gè)環(huán)狀的離子源觸發(fā)極，兩者之間有真空放電間隙；環(huán)形釤鈷永磁鐵套在離子源陽極、離子源觸發(fā)極和陶瓷絕緣環(huán)的外部；環(huán)形釤鈷永磁鐵距離子源陽極和離子源觸發(fā)極之間有絕緣間隙；離子源陽極與氚鈦靶之間的距離可調(diào)；下法蘭朝下的一面與真空室連接；下法蘭向上的一面固定真空弧離子源；真空室通過真空管道與分子泵連接，中間設(shè)一個(gè)閘板閥A ;真空室與放氣閥連接；真空室中部與吸氣劑泵連接；真空室下部與離子泵連接，真空室與離子泵之間設(shè)一個(gè)閘板閥B ;離子泵支撐真空室和陶瓷真空管；分子泵通過波紋管與干泵連接；干泵、分子泵、離子泵、遠(yuǎn)控高壓脈沖電源和遠(yuǎn)控高壓加速電源通過螺釘固定在平臺車上。
[0009]本實(shí)用新型的脈沖中子發(fā)生器以氚鈦靶為主，發(fā)生氘氚反應(yīng)，得到脈沖中子產(chǎn)額最大值為lX108n/pulSe，中子能量為14MeV。本實(shí)用新型脈沖中子發(fā)生器不限于氚鈦靶，也可以采用氘鈦靶，發(fā)生氘氘反應(yīng)，得到脈沖中子產(chǎn)額最大值為lX106n/pulse，中子能量為 2.5MeV ；
[0010]與其它離子源相比，真空弧離子源具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、產(chǎn)生脈沖氘離子的比例尚等特點(diǎn);
[0011]本實(shí)用新型在真空弧離子源的引出極，加了一個(gè)環(huán)形永磁鐵，使作用到靶上的氘離子束流增加，因此增大了脈沖中子產(chǎn)額。
[0012]本實(shí)用新型采用干泵、分子泵、離子泵和吸氣泵的組合，使真空度達(dá)到5X 16Pa以上，因此減少了氘離子在傳輸過程的損失，進(jìn)一步增大了脈沖中子產(chǎn)額。
[0013]本實(shí)用新型在氚鈦靶的表面鍍一層400nm厚的鋁膜，阻擋了鈦離子等重離子，使其不能到達(dá)氚鈦靶，而氘離子能夠穿透鋁膜，因此可以減少對氚鈦靶的損傷，提高氚鈦靶的使用壽命。
[0014]為了減少中子發(fā)生器的體積和重量，實(shí)現(xiàn)小型化，本實(shí)用新型采用兩電極加速方式，即真空弧離子源陽極作為一個(gè)電極，氚鈦靶作為另一個(gè)電極，因此氘離子傳輸?shù)诫鞍猩系穆烦毯芏?，兩電極既是加速電極，又是聚焦電極，結(jié)構(gòu)很緊湊。
[0015]從真空弧離子源引出的不僅有氘離子，還有以鈦離子為主的其他離子，只有氘離子對產(chǎn)生脈沖中子產(chǎn)額有貢獻(xiàn)，其他離子不僅對產(chǎn)生脈沖中子產(chǎn)額無作用，而且增加了對氚靶的損傷。為了減少對氚鈦靶的損傷，從而提高中子發(fā)生器工作壽命，本實(shí)用新型在氚鈦靶的表面鍍一層400nm厚的鋁膜，鋁膜氘離子無影響，但阻擋了鈦離子等重離子直接轟擊氚靶，減少了氚靶的損傷，另一方面，由于有鋁膜覆蓋，減少了氚靶的漏氚率。
[0016]本實(shí)用新型使用的設(shè)備材料簡便，容易制備和購置。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的脈沖中子發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖1中，1.上法蘭 2.陶瓷真空管3.氚鈦靶4.離子源陽極 5.離子源觸發(fā)極 6.離子源陰極7.陶瓷絕緣環(huán)8.環(huán)形釤鈷永磁鐵9.陶瓷絕緣柱10.導(dǎo)電金屬柱 11.下法蘭 12.外接三電極 13.真空室 14.放氣閥 15.閘板閥A16.吸氣劑泵17.閘板閥B 18.分子泵19.離子泵20.干泵21.遠(yuǎn)控高壓加速電源22.遠(yuǎn)控離子源脈沖電源23.平臺車。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0020]實(shí)施例1
[0021]圖1為本實(shí)用新型的脈沖中子發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖1中，脈沖中子發(fā)生器包括上法蘭1，陶瓷真空管2，氚鈦靶3，離子源陽極4，離子源觸發(fā)極5，離子源陰極6，陶瓷絕緣環(huán)7，環(huán)形釤鈷永磁鐵8，陶瓷絕緣柱9，導(dǎo)電金屬柱10，下法蘭11，外接三電極12，真空室13，放氣閥14，閘板閥A15，吸氣劑泵16，閘板閥B17,分子泵18，離子泵19，干泵20，遠(yuǎn)控高壓加速電源21，遠(yuǎn)控離子源脈沖電源22，平臺車23 ;其連接關(guān)系是，上法蘭I與陶瓷真空管