一种脉冲中子发生器的制造方法
一种脉冲中子发生器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于加速器领域，具体涉及一种脉冲中子发生器，尤其是一种加速电压可调、脉冲重复频率可调、脉冲宽度可调、氘氚反应脉冲中子产额大于或等于IXlO8n/pulse的脉冲中子发生器。
【背景技术】
[0002]脉冲中子发生器在中子物理学参数测量、特殊核材料探测、探测器性能试验研宄、中子照相、放射性医学等方向有着重要的应用。在核系统瞬发中子衰减常数研宄中，激励脉冲中子源方法是最直接的实验方法，其要求激励中子发生器脉冲产额高达108n/pulse，且要求中子发生器体积小，稳定性好，工作寿命长；在探测器性能试验研宄中，需要高产额的单能脉冲中子发生器对探测器进行标定；在中子照相研宄中，脉冲中子发生器可以移动到现场对金属壳层中的物体进行成像。脉冲中子发生器在脉冲中子测井领域中也有着很重要的应用。
[0003]脉冲中子发生器是由真空弧离子源、加速电极、氚靶和气压调节系统等组成。其工作原理是由真空弧离子源放电产生氘离子，氘离子经加速入射到氚靶上，形成氘氚聚变反应产生14MeV脉冲中子。
[0004]目前，脉冲中子发生器主要形成方式为对直流离子束进行扫描、聚束或对直流放电进行调制，但这类脉冲中子发生器的中子产额偏低。周长庚等在“核技术”杂志2014年第6期上发表了题为“中子发生器纳秒脉冲聚束系统”文章，文章介绍:典型的加速器型中子发生器的脉冲中子产额为13 n/pulse。郭清生等在“地球物理测井”杂志1990年第4期上发表了题为“一种新型脉冲中子发生器”的文章，文章中介绍其研制的小型脉冲中子发生器脉冲中子产额约 8X 104n/pulse。美国人 P.R.Schwoebel 在“Nuclear Instrumentsand Methods in Physics Research A”杂志 2112 年第 7 期上发表了题为“A hydrocarbonfluid-based deuteron 1n source for neutron generators，，的文章，文章介绍他们石开制的小型实验装置产生的脉冲中子产额约为107n/pulse。
[0005]等离子浓密焦点装置体积小，其脉冲中子产额最高可达10nn/pulSe以上，但在产生中子的同时也会产生大量的X射线。
【发明内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种脉冲中子发生器，尤其是体积小、高脉冲中子产额、工作寿命长、产生单能脉冲中子的脉冲中子发生器。
[0007]本实用新型的脉冲中子发生器，其特点是，包括上法兰，陶瓷真空管，氚钛靶，离子源阳极，离子源触发极，离子源阴极，陶瓷绝缘环，环形钐钴永磁铁，陶瓷绝缘柱，导电金属柱，下法兰，外接三电极，真空室，放气阀，闸板阀A，吸气剂泵，闸板阀B，分子泵，离子泵，干泵，远控高压加速电源，远控离子源脉冲电源，平台车。
[0008]所述的上法兰与陶瓷真空管顶部连接；上法兰朝上的一面通过螺钉与远控高压加速电源的输出电极P连接；上法兰朝下的一面通过金属杆与氚钛靶连接；真空弧离子源由离子源阳极、离子源触发极、离子源阴极、陶瓷绝缘环、环形钐钴永磁铁、陶瓷绝缘柱、导电金属柱组成。其中，离子源阳极通过外接三电极的a端与远控高压加速电源的接地端G以及远控离子源脉冲电源的阳极输出端A连接；离子源触发极通过外接三电极的t端与远控离子源脉冲电源的触发输出端T连接；离子源阴极通过外接三电极的c端与远控离子源脉冲电源的阴极输出端C连接；离子源阳极与离子源阴极之间用一个陶瓷绝缘环进行绝缘；离子源阴极外套着一个环状的离子源触发极，两者之间有真空放电间隙；环形钐钴永磁铁套在离子源阳极、离子源触发极和陶瓷绝缘环的外部；环形钐钴永磁铁距离子源阳极和离子源触发极之间有绝缘间隙；离子源阳极与氚钛靶之间的距离可调；下法兰朝下的一面与真空室连接；下法兰向上的一面固定真空弧离子源；真空室通过真空管道与分子泵连接，中间设一个闸板阀A ;真空室与放气阀连接；真空室中部与吸气剂泵连接；真空室下部与离子泵连接，真空室与离子泵之间设一个闸板阀B ;离子泵支撑真空室和陶瓷真空管；分子泵通过波纹管与干泵连接；干泵、分子泵、离子泵、远控高压脉冲电源和远控高压加速电源通过螺钉固定在平台车上。
[0009]本实用新型的脉冲中子发生器以氚钛靶为主，发生氘氚反应，得到脉冲中子产额最大值为lX108n/pulSe，中子能量为14MeV。本实用新型脉冲中子发生器不限于氚钛靶，也可以采用氘钛靶，发生氘氘反应，得到脉冲中子产额最大值为lX106n/pulse，中子能量为 2.5MeV ；
[0010]与其它离子源相比，真空弧离子源具有体积小、结构简单、产生脉冲氘离子的比例尚等特点;
[0011]本实用新型在真空弧离子源的引出极，加了一个环形永磁铁，使作用到靶上的氘离子束流增加，因此增大了脉冲中子产额。
[0012]本实用新型采用干泵、分子泵、离子泵和吸气泵的组合，使真空度达到5X 16Pa以上，因此减少了氘离子在传输过程的损失，进一步增大了脉冲中子产额。
[0013]本实用新型在氚钛靶的表面镀一层400nm厚的铝膜，阻挡了钛离子等重离子，使其不能到达氚钛靶，而氘离子能够穿透铝膜，因此可以减少对氚钛靶的损伤，提高氚钛靶的使用寿命。
[0014]为了减少中子发生器的体积和重量，实现小型化，本实用新型采用两电极加速方式，即真空弧离子源阳极作为一个电极，氚钛靶作为另一个电极，因此氘离子传输到氚靶上的路程很短，两电极既是加速电极，又是聚焦电极，结构很紧凑。
[0015]从真空弧离子源引出的不仅有氘离子，还有以钛离子为主的其他离子，只有氘离子对产生脉冲中子产额有贡献，其他离子不仅对产生脉冲中子产额无作用，而且增加了对氚靶的损伤。为了减少对氚钛靶的损伤，从而提高中子发生器工作寿命，本实用新型在氚钛靶的表面镀一层400nm厚的铝膜，铝膜氘离子无影响，但阻挡了钛离子等重离子直接轰击氚靶，减少了氚靶的损伤，另一方面，由于有铝膜覆盖，减少了氚靶的漏氚率。
[0016]本实用新型使用的设备材料简便，容易制备和购置。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的脉冲中子发生器的结构示意图；
[0018]图1中，1.上法兰 2.陶瓷真空管3.氚钛靶4.离子源阳极 5.离子源触发极 6.离子源阴极7.陶瓷绝缘环8.环形钐钴永磁铁9.陶瓷绝缘柱10.导电金属柱 11.下法兰 12.外接三电极 13.真空室 14.放气阀 15.闸板阀A16.吸气剂泵17.闸板阀B 18.分子泵19.离子泵20.干泵21.远控高压加速电源22.远控离子源脉冲电源23.平台车。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
[0020]实施例1
[0021]图1为本实用新型的脉冲中子发生器的结构示意图，在图1中，脉冲中子发生器包括上法兰1，陶瓷真空管2，氚钛靶3，离子源阳极4，离子源触发极5，离子源阴极6，陶瓷绝缘环7，环形钐钴永磁铁8，陶瓷绝缘柱9，导电金属柱10，下法兰11，外接三电极12，真空室13，放气阀14，闸板阀A15，吸气剂泵16，闸板阀B17,分子泵18，离子泵19，干泵20，远控高压加速电源21，远控离子源脉冲电源22，平台车23 ;其连接关系是，上法兰I与陶瓷真空管 2顶部连接；上法兰I朝上的一面通过螺钉与远控高压加速电源22的输出电极P连接；上法兰I朝下的一面通过金属杆与氚钛靶3连接；真空弧离子源由离子源阳极4、离子源触发极5、离子源阴极6、陶瓷绝缘环7、环形钐钴永磁铁8、陶瓷绝缘柱9、导电金属柱10组成；其中，离子源阳极4通过外接三电极12的a端与远控高压加速电源21的接地端G以及远控离子源脉冲电源22的阳极输出端A连接；离子源触发极5通过外接三电极12的t端与远控离子源脉冲电源22的触发输出端T连接；离子源阴极6通过外接三电极12的c端与远控离子源脉冲电源22的阴极输出端C连接；离子源阳极4与离子源阴极6之间用一个陶瓷绝缘环7进行绝缘；离子源阴极6外套着一个环状的离子源触发极5，两者之间有真空放电间隙；环形钐钴永磁铁8套在离子源阳极4、离子源触发极5和陶瓷绝缘环7的外部；环形钐钴永磁铁8距离子源阳极4和离子源触发极5有一定的绝缘间隙；离子源阳极4与氚钛靶3之间的距离可调；下法兰11朝下的一面与真空室13连接；下法兰11向上的一面固定真空弧离子源；真空室13通过真空管道与分子泵18连接，中间设一个闸板阀A15 ;真空室13与放气阀14连接；真空室13中部与吸气剂泵16连接；真空室13下部与离子泵19连接，真空室13与离子泵19之间设一个闸板阀B17 ;离子泵19支撑真空室13和陶瓷真空管2 ;分子泵18通过波纹管与干泵14连接；干泵14、分子泵18、离子泵19、远控高压脉冲电源22和远控高压加速电源21通过螺钉固定在平台车23上。
[0022]本实用新型的实施过程为:
[0023]a)开通闸板阀A15和闸板阀B17，启动干泵20，对整个中子发生器进行低真空抽气;
[0024]b)当真空室(13)的真空度低于OPa时，启动分子泵18;当真空室13的真空度达到1Χ1(Γ4 Pa时，启动离子泵19和吸气剂泵16，关闭闸板阀Α15,关闭分子泵(18)和干泵20 ；
[0025]c)当真空室13的真空度达到5 X 16Pa时，开通远控离子源脉冲电源22和远控高压加速电源21，启动远控离子源脉冲电源22中的触发器，远控离子源脉冲电源22和远控高压加速电源21的输出脉冲同步产生；在离子源触发极5与离子源阴极6之间先形成触发脉冲，在阴极斑附近的氘原子等被电离，产生初始等离子体，初始等离子体扩散，使得离子源阳极4与离子源阴极6之间导通，在两极之间加载主弧电压，产生弧放电电流，形成高密度等离子体；在加速高压的作用下，氘离子束靶向运动，与氚钛靶3相互作用，发生氘氚反应，产生能量为14MeV的脉冲中子，脉冲中子产额值由脉冲中子产额测量仪监测，其结果传送到监控计算机，由监控计算机显示；
[0026]d)调节远控离子源脉冲电源22的脉冲宽度，脉冲中子宽度随之改变，脉冲中子产额也随之发生变化；
[0027]e)调节远控离子源脉冲电源22的脉冲重复频率，脉冲中子重复频率随之改变，脉冲中子产额也随之发生变化；
[0028]f)关闭远控离子源脉冲电源22和远控高压加速电源21，脉冲中子发生器停止工作。关闭离子泵19和吸气剂泵16，停止抽中子发生器系统真空，开通放气阀14可使中子发生器处在非真空状态下；
[0029]g)在中子发生器处在非真空状态下，真空弧离子源和氚钛靶3都可以通过拆装上法兰I和下法兰11进行更换。
[0030]实施例2
[0031]本实施例与实施例1的结构相同，实施过程与实施例1也相同。不同之处是:氚钛靶3被更换成氘钛靶；所得结果不同:脉冲氘离子束与氘钛靶相互作用，发生氘氘反应，产生能量为2.5MeV的脉冲中子，本实施例得到的脉冲中子产额最大值为IX 106n/pulse。
【主权项】
1.一种脉冲中子发生器，其特征在于，所述的中子发生器包括上法兰(I )，陶瓷真空管(2)，氚钛靶(3)，离子源阳极(4)，离子源触发极(5)，离子源阴极(6)，陶瓷绝缘环(7)，环形钐钴永磁铁(8)，陶瓷绝缘柱(9)，导电金属柱(10)，下法兰(11)，外接三电极(12)，真空室(13)，放气阀(14)，闸板阀A( 15)，吸气剂泵(16)，闸板阀B( 17)，分子泵(18)，离子泵(19)，干泵(20)，远控高压加速电源(21)，远控离子源脉冲电源(22)，平台车(23);其连接关系是，所述的上法兰(I)与陶瓷真空管(2)顶部连接；上法兰(I)朝上的一面通过螺钉与远控高压加速电源(22)的输出电极P连接；上法兰(I)朝下的一面通过金属杆与氚钛靶(3)连接; 由离子源阳极(4)、离子源触发极(5)、离子源阴极(6)、陶瓷绝缘环(7)、环形钐钴永磁铁(8)、陶瓷绝缘柱(9)、导电金属柱(10)构成真空弧离子源；其中，离子源阳极(4)通过外接三电极(12)的a端与远控高压加速电源(21)的接地端G以及远控离子源脉冲电源(22)的阳极输出端A连接；离子源触发极(5)通过外接三电极(12)的t端与远控离子源脉冲电源(22)的触发输出端T连接；离子源阴极(6)通过外接三电极(12)的c端与远控离子源脉冲电源(22)的阴极输出端C连接；离子源阳极(4)与离子源阴极(6)之间用一个陶瓷绝缘环(7)进行绝缘；离子源阴极(6)外套有一个环状的离子源触发极(5)，两者之间设置有真空放电间隙；环形钐钴永磁铁(8)套在离子源阳极(4)、离子源触发极(5)、陶瓷绝缘环(7)的外部；环形钐钴永磁铁(8)与离子源阳极(4)和离子源触发极(5)之间有绝缘间隙；离子源阳极(4)与氚钛靶(3)之间的距离可调； 所述的下法兰(11)朝下的一面与真空室(13)连接；下法兰(11)向上的一面固定有真空弧离子源；真空室(13)通过真空管道与分子泵(18)连接，中间设一个闸板阀A (15);真空室(13)与放气阀(14)连接；真空室(13)中部与吸气剂泵(16)连接；真空室(13)下部与离子泵(19)连接，真空室(13)与离子泵(19)之间设一个闸板阀B (17);离子泵(19)支撑真空室(13)和陶瓷真空管(2);分子泵(18)通过波纹管与干泵(20)连接；干泵(20)、分子泵(18)、离子泵(19)、远控高压脉冲电源(22)、远控高压加速电源(21)分别固定在平台车(23)上。2.根据权利要求1所述的脉冲中子发生器，其特征在于，所述的氚钛靶(3)的表面镀有一层400nm厚的销膜。
【专利摘要】本实用新型提供一种脉冲中子发生器。在一个高真空的高压陶瓷管内，在真空弧离子源触发极与阴极间加一个触发脉冲时，氘原子被电离，初始等离子体扩散，使离子源阳极和阴极之间导通，形成弧电流，产生高密度等离子体。在加速高压的作用下，氘离子束与氚钛靶相互作用，发生氘氚反应，产生能量为14MeV的脉冲中子。在真空弧离子源的引出极，设置一个环形磁场，对氘离子形成聚焦，增加作用到靶上的氘离子束流，提高脉冲中子产额；采用干泵、分子泵、离子泵和吸气泵的组合，提高系统的真空度，减少氘离子束在传输过程中的损失；在氚钛靶的表面镀一层400nm厚的铝膜，阻挡重离子到达氚靶，减少靶损伤。
【IPC分类】H05H3/06
【公开号】CN204697382
【申请号】CN201520445049
【发明人】周长庚, 柯建林, 胡永宏, 邱瑞
【申请人】中国工程物理研究院核物理与化学研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月26日
【技术领域】
[0001]本实用新型属于加速器领域，具体涉及一种脉冲中子发生器，尤其是一种加速电压可调、脉冲重复频率可调、脉冲宽度可调、氘氚反应脉冲中子产额大于或等于IXlO8n/pulse的脉冲中子发生器。
【背景技术】
[0002]脉冲中子发生器在中子物理学参数测量、特殊核材料探测、探测器性能试验研宄、中子照相、放射性医学等方向有着重要的应用。在核系统瞬发中子衰减常数研宄中，激励脉冲中子源方法是最直接的实验方法，其要求激励中子发生器脉冲产额高达108n/pulse，且要求中子发生器体积小，稳定性好，工作寿命长；在探测器性能试验研宄中，需要高产额的单能脉冲中子发生器对探测器进行标定；在中子照相研宄中，脉冲中子发生器可以移动到现场对金属壳层中的物体进行成像。脉冲中子发生器在脉冲中子测井领域中也有着很重要的应用。
[0003]脉冲中子发生器是由真空弧离子源、加速电极、氚靶和气压调节系统等组成。其工作原理是由真空弧离子源放电产生氘离子，氘离子经加速入射到氚靶上，形成氘氚聚变反应产生14MeV脉冲中子。
[0004]目前，脉冲中子发生器主要形成方式为对直流离子束进行扫描、聚束或对直流放电进行调制，但这类脉冲中子发生器的中子产额偏低。周长庚等在“核技术”杂志2014年第6期上发表了题为“中子发生器纳秒脉冲聚束系统”文章，文章介绍:典型的加速器型中子发生器的脉冲中子产额为13 n/pulse。郭清生等在“地球物理测井”杂志1990年第4期上发表了题为“一种新型脉冲中子发生器”的文章，文章中介绍其研制的小型脉冲中子发生器脉冲中子产额约 8X 104n/pulse。美国人 P.R.Schwoebel 在“Nuclear Instrumentsand Methods in Physics Research A”杂志 2112 年第 7 期上发表了题为“A hydrocarbonfluid-based deuteron 1n source for neutron generators，，的文章，文章介绍他们石开制的小型实验装置产生的脉冲中子产额约为107n/pulse。
[0005]等离子浓密焦点装置体积小，其脉冲中子产额最高可达10nn/pulSe以上，但在产生中子的同时也会产生大量的X射线。
【发明内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种脉冲中子发生器，尤其是体积小、高脉冲中子产额、工作寿命长、产生单能脉冲中子的脉冲中子发生器。
[0007]本实用新型的脉冲中子发生器，其特点是，包括上法兰，陶瓷真空管，氚钛靶，离子源阳极，离子源触发极，离子源阴极，陶瓷绝缘环，环形钐钴永磁铁，陶瓷绝缘柱，导电金属柱，下法兰，外接三电极，真空室，放气阀，闸板阀A，吸气剂泵，闸板阀B，分子泵，离子泵，干泵，远控高压加速电源，远控离子源脉冲电源，平台车。
[0008]所述的上法兰与陶瓷真空管顶部连接；上法兰朝上的一面通过螺钉与远控高压加速电源的输出电极P连接；上法兰朝下的一面通过金属杆与氚钛靶连接；真空弧离子源由离子源阳极、离子源触发极、离子源阴极、陶瓷绝缘环、环形钐钴永磁铁、陶瓷绝缘柱、导电金属柱组成。其中，离子源阳极通过外接三电极的a端与远控高压加速电源的接地端G以及远控离子源脉冲电源的阳极输出端A连接；离子源触发极通过外接三电极的t端与远控离子源脉冲电源的触发输出端T连接；离子源阴极通过外接三电极的c端与远控离子源脉冲电源的阴极输出端C连接；离子源阳极与离子源阴极之间用一个陶瓷绝缘环进行绝缘；离子源阴极外套着一个环状的离子源触发极，两者之间有真空放电间隙；环形钐钴永磁铁套在离子源阳极、离子源触发极和陶瓷绝缘环的外部；环形钐钴永磁铁距离子源阳极和离子源触发极之间有绝缘间隙；离子源阳极与氚钛靶之间的距离可调；下法兰朝下的一面与真空室连接；下法兰向上的一面固定真空弧离子源；真空室通过真空管道与分子泵连接，中间设一个闸板阀A ;真空室与放气阀连接；真空室中部与吸气剂泵连接；真空室下部与离子泵连接，真空室与离子泵之间设一个闸板阀B ;离子泵支撑真空室和陶瓷真空管；分子泵通过波纹管与干泵连接；干泵、分子泵、离子泵、远控高压脉冲电源和远控高压加速电源通过螺钉固定在平台车上。
[0009]本实用新型的脉冲中子发生器以氚钛靶为主，发生氘氚反应，得到脉冲中子产额最大值为lX108n/pulSe，中子能量为14MeV。本实用新型脉冲中子发生器不限于氚钛靶，也可以采用氘钛靶，发生氘氘反应，得到脉冲中子产额最大值为lX106n/pulse，中子能量为 2.5MeV ；
[0010]与其它离子源相比，真空弧离子源具有体积小、结构简单、产生脉冲氘离子的比例尚等特点;
[0011]本实用新型在真空弧离子源的引出极，加了一个环形永磁铁，使作用到靶上的氘离子束流增加，因此增大了脉冲中子产额。
[0012]本实用新型采用干泵、分子泵、离子泵和吸气泵的组合，使真空度达到5X 16Pa以上，因此减少了氘离子在传输过程的损失，进一步增大了脉冲中子产额。
[0013]本实用新型在氚钛靶的表面镀一层400nm厚的铝膜，阻挡了钛离子等重离子，使其不能到达氚钛靶，而氘离子能够穿透铝膜，因此可以减少对氚钛靶的损伤，提高氚钛靶的使用寿命。
[0014]为了减少中子发生器的体积和重量，实现小型化，本实用新型采用两电极加速方式，即真空弧离子源阳极作为一个电极，氚钛靶作为另一个电极，因此氘离子传输到氚靶上的路程很短，两电极既是加速电极，又是聚焦电极，结构很紧凑。
[0015]从真空弧离子源引出的不仅有氘离子，还有以钛离子为主的其他离子，只有氘离子对产生脉冲中子产额有贡献，其他离子不仅对产生脉冲中子产额无作用，而且增加了对氚靶的损伤。为了减少对氚钛靶的损伤，从而提高中子发生器工作寿命，本实用新型在氚钛靶的表面镀一层400nm厚的铝膜，铝膜氘离子无影响，但阻挡了钛离子等重离子直接轰击氚靶，减少了氚靶的损伤，另一方面，由于有铝膜覆盖，减少了氚靶的漏氚率。
[0016]本实用新型使用的设备材料简便，容易制备和购置。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的脉冲中子发生器的结构示意图；
[0018]图1中，1.上法兰 2.陶瓷真空管3.氚钛靶4.离子源阳极 5.离子源触发极 6.离子源阴极7.陶瓷绝缘环8.环形钐钴永磁铁9.陶瓷绝缘柱10.导电金属柱 11.下法兰 12.外接三电极 13.真空室 14.放气阀 15.闸板阀A16.吸气剂泵17.闸板阀B 18.分子泵19.离子泵20.干泵21.远控高压加速电源22.远控离子源脉冲电源23.平台车。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
[0020]实施例1
[0021]图1为本实用新型的脉冲中子发生器的结构示意图，在图1中，脉冲中子发生器包括上法兰1，陶瓷真空管2，氚钛靶3，离子源阳极4，离子源触发极5，离子源阴极6，陶瓷绝缘环7，环形钐钴永磁铁8，陶瓷绝缘柱9，导电金属柱10，下法兰11，外接三电极12，真空室13，放气阀14，闸板阀A15，吸气剂泵16，闸板阀B17,分子泵18，离子泵19，干泵20，远控高压加速电源21，远控离子源脉冲电源22，平台车23 ;其连接关系是，上法兰I与陶瓷真空管 2顶部连接；上法兰I朝上的一面通过螺钉与远控高压加速电源22的输出电极P连接；上法兰I朝下的一面通过金属杆与氚钛靶3连接；真空弧离子源由离子源阳极4、离子源触发极5、离子源阴极6、陶瓷绝缘环7、环形钐钴永磁铁8、陶瓷绝缘柱9、导电金属柱10组成；其中，离子源阳极4通过外接三电极12的a端与远控高压加速电源21的接地端G以及远控离子源脉冲电源22的阳极输出端A连接；离子源触发极5通过外接三电极12的t端与远控离子源脉冲电源22的触发输出端T连接；离子源阴极6通过外接三电极12的c端与远控离子源脉冲电源22的阴极输出端C连接；离子源阳极4与离子源阴极6之间用一个陶瓷绝缘环7进行绝缘；离子源阴极6外套着一个环状的离子源触发极5，两者之间有真空放电间隙；环形钐钴永磁铁8套在离子源阳极4、离子源触发极5和陶瓷绝缘环7的外部；环形钐钴永磁铁8距离子源阳极4和离子源触发极5有一定的绝缘间隙；离子源阳极4与氚钛靶3之间的距离可调；下法兰11朝下的一面与真空室13连接；下法兰11向上的一面固定真空弧离子源；真空室13通过真空管道与分子泵18连接，中间设一个闸板阀A15 ;真空室13与放气阀14连接；真空室13中部与吸气剂泵16连接；真空室13下部与离子泵19连接，真空室13与离子泵19之间设一个闸板阀B17 ;离子泵19支撑真空室13和陶瓷真空管2 ;分子泵18通过波纹管与干泵14连接；干泵14、分子泵18、离子泵19、远控高压脉冲电源22和远控高压加速电源21通过螺钉固定在平台车23上。
[0022]本实用新型的实施过程为:
[0023]a)开通闸板阀A15和闸板阀B17，启动干泵20，对整个中子发生器进行低真空抽气;
[0024]b)当真空室(13)的真空度低于OPa时，启动分子泵18;当真空室13的真空度达到1Χ1(Γ4 Pa时，启动离子泵19和吸气剂泵16，关闭闸板阀Α15,关闭分子泵(18)和干泵20 ；
[0025]c)当真空室13的真空度达到5 X 16Pa时，开通远控离子源脉冲电源22和远控高压加速电源21，启动远控离子源脉冲电源22中的触发器，远控离子源脉冲电源22和远控高压加速电源21的输出脉冲同步产生；在离子源触发极5与离子源阴极6之间先形成触发脉冲，在阴极斑附近的氘原子等被电离，产生初始等离子体，初始等离子体扩散，使得离子源阳极4与离子源阴极6之间导通，在两极之间加载主弧电压，产生弧放电电流，形成高密度等离子体；在加速高压的作用下，氘离子束靶向运动，与氚钛靶3相互作用，发生氘氚反应，产生能量为14MeV的脉冲中子，脉冲中子产额值由脉冲中子产额测量仪监测，其结果传送到监控计算机，由监控计算机显示；
[0026]d)调节远控离子源脉冲电源22的脉冲宽度，脉冲中子宽度随之改变，脉冲中子产额也随之发生变化；
[0027]e)调节远控离子源脉冲电源22的脉冲重复频率，脉冲中子重复频率随之改变，脉冲中子产额也随之发生变化；
[0028]f)关闭远控离子源脉冲电源22和远控高压加速电源21，脉冲中子发生器停止工作。关闭离子泵19和吸气剂泵16，停止抽中子发生器系统真空，开通放气阀14可使中子发生器处在非真空状态下；
[0029]g)在中子发生器处在非真空状态下，真空弧离子源和氚钛靶3都可以通过拆装上法兰I和下法兰11进行更换。
[0030]实施例2
[0031]本实施例与实施例1的结构相同，实施过程与实施例1也相同。不同之处是:氚钛靶3被更换成氘钛靶；所得结果不同:脉冲氘离子束与氘钛靶相互作用，发生氘氘反应，产生能量为2.5MeV的脉冲中子，本实施例得到的脉冲中子产额最大值为IX 106n/pulse。
【主权项】
1.一种脉冲中子发生器，其特征在于，所述的中子发生器包括上法兰(I )，陶瓷真空管(2)，氚钛靶(3)，离子源阳极(4)，离子源触发极(5)，离子源阴极(6)，陶瓷绝缘环(7)，环形钐钴永磁铁(8)，陶瓷绝缘柱(9)，导电金属柱(10)，下法兰(11)，外接三电极(12)，真空室(13)，放气阀(14)，闸板阀A( 15)，吸气剂泵(16)，闸板阀B( 17)，分子泵(18)，离子泵(19)，干泵(20)，远控高压加速电源(21)，远控离子源脉冲电源(22)，平台车(23);其连接关系是，所述的上法兰(I)与陶瓷真空管(2)顶部连接；上法兰(I)朝上的一面通过螺钉与远控高压加速电源(22)的输出电极P连接；上法兰(I)朝下的一面通过金属杆与氚钛靶(3)连接; 由离子源阳极(4)、离子源触发极(5)、离子源阴极(6)、陶瓷绝缘环(7)、环形钐钴永磁铁(8)、陶瓷绝缘柱(9)、导电金属柱(10)构成真空弧离子源；其中，离子源阳极(4)通过外接三电极(12)的a端与远控高压加速电源(21)的接地端G以及远控离子源脉冲电源(22)的阳极输出端A连接；离子源触发极(5)通过外接三电极(12)的t端与远控离子源脉冲电源(22)的触发输出端T连接；离子源阴极(6)通过外接三电极(12)的c端与远控离子源脉冲电源(22)的阴极输出端C连接；离子源阳极(4)与离子源阴极(6)之间用一个陶瓷绝缘环(7)进行绝缘；离子源阴极(6)外套有一个环状的离子源触发极(5)，两者之间设置有真空放电间隙；环形钐钴永磁铁(8)套在离子源阳极(4)、离子源触发极(5)、陶瓷绝缘环(7)的外部；环形钐钴永磁铁(8)与离子源阳极(4)和离子源触发极(5)之间有绝缘间隙；离子源阳极(4)与氚钛靶(3)之间的距离可调； 所述的下法兰(11)朝下的一面与真空室(13)连接；下法兰(11)向上的一面固定有真空弧离子源；真空室(13)通过真空管道与分子泵(18)连接，中间设一个闸板阀A (15);真空室(13)与放气阀(14)连接；真空室(13)中部与吸气剂泵(16)连接；真空室(13)下部与离子泵(19)连接，真空室(13)与离子泵(19)之间设一个闸板阀B (17);离子泵(19)支撑真空室(13)和陶瓷真空管(2);分子泵(18)通过波纹管与干泵(20)连接；干泵(20)、分子泵(18)、离子泵(19)、远控高压脉冲电源(22)、远控高压加速电源(21)分别固定在平台车(23)上。2.根据权利要求1所述的脉冲中子发生器，其特征在于，所述的氚钛靶(3)的表面镀有一层400nm厚的销膜。
【专利摘要】本实用新型提供一种脉冲中子发生器。在一个高真空的高压陶瓷管内，在真空弧离子源触发极与阴极间加一个触发脉冲时，氘原子被电离，初始等离子体扩散，使离子源阳极和阴极之间导通，形成弧电流，产生高密度等离子体。在加速高压的作用下，氘离子束与氚钛靶相互作用，发生氘氚反应，产生能量为14MeV的脉冲中子。在真空弧离子源的引出极，设置一个环形磁场，对氘离子形成聚焦，增加作用到靶上的氘离子束流，提高脉冲中子产额；采用干泵、分子泵、离子泵和吸气泵的组合，提高系统的真空度，减少氘离子束在传输过程中的损失；在氚钛靶的表面镀一层400nm厚的铝膜，阻挡重离子到达氚靶，减少靶损伤。
【IPC分类】H05H3/06
【公开号】CN204697382
【申请号】CN201520445049
【发明人】周长庚, 柯建林, 胡永宏, 邱瑞
【申请人】中国工程物理研究院核物理与化学研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月26日
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