一种脉冲中子发生器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于加速器领域，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lX108n/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]本发明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]本发明的脉冲中子发生器，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]本发明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I X 1Vpulse,中子能量为14MeV。本发明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IX 106n/pulse，中子能量为2.5MeV ；
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高等特点；
本发明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。
[0010]本发明采用干泵、分子泵、离子泵和吸气泵的组合，使真空度达到5X106Pa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。
[0011]本发明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O
[0012]为了减少中子发生器的体积和重量，实现小型化，本发明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。
[0013]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，本发明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。
[0014]本发明使用的设备材料简便，容易制备和购置。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的脉冲中子发生器的结构示意图；
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A 16.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】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0017]实施例1
图1为本发明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