一种中子准直器的制作方法与工艺

本发明涉及一种中子准直器，尤其涉及一种高性能的中子准直器，其特点是准直性能好、本底低，加工制造难度低；属于中子准直及屏蔽的结构设计领域。

背景技术：
中子源出射的中子通过中子准直器实现准直效果，以约束中子沿预期方向的纵向与横向角度发散度从而形成中子束；同时作为最内层的束线部件，中子准直器需要屏蔽来自准直器外部的杂散中子，防止其进入中子束内影响束线质量。准直器对通过的中子兼具准直－控制中子束发散度和屏蔽－实现中子束内外隔绝的功能，是任何中子束工程和科研装置的核心部件。一般直通型中子准直器，受自身结构影响其内壁会反射中子降低准直性能，并且准直距离较短，束发散度较大，且多为非真空状态下准直，性能相对较低，此外能够准直的中子束能量范围相对较窄。随着近年来国内外新一代研究用反应堆和强流质子加速器驱动脉冲中子源的设计建设与投入使用，一系列中子束装置对传统中子准直器提出了更高的物理要求和性能挑战。

技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种高性能中子准直器。该准直器能够满足相比传统准直器更高的物理需求和性能挑战。该结构可准直从中子源尤其是散裂中子源出射的中子，获得沿束方向(纵向)及横向具有预期截面形状的中子束；同时还能减少来自准直器以外散射过来的杂散中子，防止其进入准直束线内影响束线质量。不同于通常的直通型准直和采用刀片叠加组合式的非直通型准直结构，该准直器在准直器腔体内置非组合式单体碳化硼阻挡块和碳化硼吸收层；阻挡块+吸收层按墙垛形布置的准直结构可阻挡内壁反射中子(反射中子总是存在，只是墙垛结构可以阻挡/吸收他们)，对本底/杂散中子的压制效果有显著提升；该准直器最外层为真空腔体，阻挡块和屏蔽块有规律地布置在其内，整个准直器内部为真空环境，能显著地减少杂散/寄生散射中子从而降低本底、提高性能。碳化硼阻挡块相比常用的Cd能对更宽广范围的中子束实现准直，并且比Gd203成本要低；独特的单体碳化硼阻挡块，可实现预期形状(圆形或方形)的束流横截面，同时可避免一般准直器上刀片叠加-即条状阻挡块交叉布置-而产生的束流截面错位和偏差，实现更高的束线精度。本发明能实现真空环境下的中子束线准直，能获得更好的准直精度、更高的准直性能，并且能够实现较长距离准直。本发明的技术方案为：一种中子准直器，其特征在于，包括一真空腔组件，该真空腔组件内设有多个阻挡块，相邻阻挡块之间设有屏蔽块；所述阻挡块的中心设有通孔，通孔的轴线与该真空腔组件的轴线重合。进一步的，相邻阻挡块的间距为：从中子源横截面的极限边界点向第i个阻挡块开孔的边缘上对应的极限边界点划线，将与束线中心线夹角最大的划线延长至与屏蔽块的内壁相交，将第i+1个阻挡块布置在该交点的前方。进一步的，该真空腔组件包括真空腔体和真空窗组件；其中，真空窗组件布置在真空腔体两端，真空腔体一端设有抽真空管路。进一步的，该真空腔体为两端带法兰的中空管状结构。进一步的，所述中空管状结构的中空截面为矩形；阻挡块为矩形平板，阻挡块的中间设有带锥度的圆孔或方孔；所述屏蔽块为矩形的管状结构。进一步的，所述中空管状结构的中空截面为圆形；阻挡块为圆形平板，阻挡块的中间设有带锥度的圆孔或方孔；所述屏蔽块为圆形的管状结构。进一步的，所述真空腔体侧壁上设有孔并安装有紧定螺钉，用于调整和限制所述阻挡块和屏蔽块在真空腔体内的横向位置。进一步的，该真空腔体为一两端带法兰且顶部开口的中空腔体51与一带凸台的顶盖板52通过真空密封组合而成，其中凸台与中空腔体51的顶部开口匹配。进一步的，所述真空腔体两端法兰中心设有凹槽，凹槽内安装有轴向限位挡板，用于沿束线方向限位固定阻挡块和屏蔽块。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以实现对更广范围中子的准直，而且可实现较长距离的准直。本发明准直效果好，并且机械加工易于实现，尤其在准直器较长而横截面尺寸较小情况下，束线精度及加工制造方面的优势更明显。附图说明图1为单体式真空腔体的中子准直器整体结构示意图；图2为分体组合式真空腔体的中子准直器整体结构示意图；图3为内腔方形的真空腔体纵向剖面图；图4为内腔圆形的真空腔体纵向剖面图；图5为组合式真空腔体示意图。其中：1-法兰式的真空窗组件、2-轴向限位挡板、3-阻挡块、4-屏蔽块、5-真空腔体、51-两端带法兰顶部开口的中空腔体、52-带凸台的顶盖板、6-抽真空管路。具体实施方式下面结合附图对本发明进行进一步详细描述。如图1所示，本发明的中子准直器，包括最外层的真空腔组件和内部的阻挡块、屏蔽块；阻挡块和屏蔽块相邻呈墙垛形布置。其中，真空腔组件由真空腔体、真空窗组件组成。真空窗组件布置在真空腔体两端，一端设有抽真空管路。其中，相邻阻挡块的间距确定方法为：从中子源横截面的极限边界点向第一个阻挡块开孔的边缘上对应的极限边界点划线，即取与束线中心线夹角最大的那条线并做延长，至与屏蔽块的内壁相交，将第二个阻挡块布置在该交点的前方，以阻止来自慢化器并经过阻挡块开孔的束线与屏蔽块的内壁相交，避免发生二次散射。此法同时也确定了第一个阻挡块至第二个阻挡块之间的距离，也就是两个阻挡块之间的屏蔽块的长度。其余阻挡块间距及屏蔽块长度用同样方法按顺序确定。真空腔体可以为两端带法兰的中空管状结构，即单体式真空腔体；或者如图2所示，真空腔体包括一个两端带法兰顶部开口的中空腔体51和一个带凸台的顶盖板52通过真空密封组合而成，即组合式真空腔体，其中凸台与中空腔体顶部开口匹配，如图5所示。相应地，内部阻挡块和屏蔽块的安装方式有不同，分别为轴向插入式或顶部插入式。如图3所示，所述中空管状结构的中空截面为方形设计。相应的阻挡块为方形平板，其中间设有带锥度的(防止中子全反射)通透的圆孔或方孔。平板用来阻挡、吸收束线；通孔用来约束束流截面。屏蔽块外面为方形，中间有通透方孔或圆孔的管状形式，可阻挡或降低来自束线以外的散射，降低本底。如图4所示，所述中空管状结构的中空截面为圆形。相应的阻挡块为圆形平板，其中间设有带锥度的(防止中子全反射)通透的圆孔或方孔。平板用来阻挡、吸收束线；通孔用来约束束流截面。进一步的，屏蔽块外面为圆形，中间有通透方孔或圆孔的管状形式，可阻挡或降低来自束线以外的散射，降低本底。本发明中，阻挡块侧边面和屏蔽块的外面与真空腔体的内腔表面间隙配合，阻挡块和屏蔽块与真空腔体同轴。阻挡块和屏蔽块材料为碳化硼。如图2所示，真空腔体两端法兰中心设有凹槽，凹槽内安装有轴向限位挡板，可沿束线方向限位与固定阻挡块和屏蔽块。必要时，可通过在腔体侧壁上开孔安装紧定螺钉的措施进一步调整和限制阻挡块和屏蔽块在真空腔体内的横向位置，如图3所示，开孔通过O圈真空密封；对于由一个两端带法兰顶部开口的中空腔体和一个带凸台的顶盖板通过真空密封组合而成的组合式真空腔体，也可以通过在阻挡块和屏蔽块的侧壁塞薄垫片的方式进一步调整和限制它们在真空腔体内的横向位置。