一种基于光致核反应的低产额脉冲同位素中子源的制作方法

本发明属于脉冲中子源，具体涉及一种基于光致核反应的低产额脉冲同位素中子源。

背景技术：

1、中子与物质相互作用的过程跟其它粒子有很大区别。这使得对物质的补充测量成为可能，并从一个新的角度来洞察物质和物体的结构。由于中子很容易穿透物质所以中子可以同时对大量样品进行探测，即使样品被储存在其他诊断手段无法到达的环境中，例如在大体积屏蔽的情况下。这些相互作用特性在聚变研究领域非常有用，在聚变研究领域中，由轻元素(例如d2和t2)组成的燃料被嵌入较重元素的胶囊中，中子提供了燃料状况的现场测量，另外中子在其他多个领域中均有重要应用，例如材料科学，生命科学与药学以及考古学等。中子的产生需要依赖核反应，常规中子源是基于裂变过程的大型反应堆或基于加速器的散裂中子源。裂变反应堆各向同性地发射能量为2mev的中子，一般峰值通量为1015cm-2s-1，其对反应堆的安全建造、运行、维护和关闭都有严格的规定。以加速器为基础的散裂中子源提供的最大通量为1015cm-2s-1，最大能量可达100mev，这种中子源是作为反应堆的一种替代装置而开发的，虽然与反应堆相比，这种设备更稳定、更可控、更安全，但对于现场无损检测应用来说，设备本身仍然存在体积庞大且造价昂贵的问题。此外传统中子源在微秒范围内发射宽度为100ns的中子脉冲，这不仅可以用来测量静态物体，而且还可以测量物质中快速变化的过程。在过去二十年中，人们对一种新型中子源的研究热情越来越高，这种新型中子源相比传统中子源具有结构紧凑、中子峰值通量高、中子脉冲宽度短等优点。相比传统中子源，激光中子源能提供更高峰值的中子通量，中子脉冲宽度通常在1ns以下。但是这种新型中子源依赖大型激光器来对粒子进行加速，这伴随着极高的建造成本以及极其庞大的设备体积。因此研制一套低成本、高安全性、高稳定性且可调节中子通量以及中子脉宽的脉冲中子源已经成为中子领域的重要补充方向之一。

技术实现思路

1、针对背景技术部分的现有技术中存在的问题，本发明目的是提供一种安全性高、成本低、能实现脉冲输出、更紧凑、脉冲宽度可调节且不需要真空系统的脉冲中子源。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种基于光致核反应的低产额脉冲同位素中子源，其中，包括设置在屏蔽体中的同位素γ射线发射源和金属ta靶，通过调整所述同位素γ射线发射源的位置，使得所述同位素γ射线发射源发射出的γ射线对准或偏离所述金属ta靶，当所述γ射线对准所述金属ta靶时发生光致核反应并产生中子，当所述γ射线偏离所述金属ta靶时所述光致核反应停止。

3、进一步，所述金属ta靶的底部设有驱动装置，所述驱动装置能够驱动所述金属ta靶做周期性的往复伸缩运动，在发生所述光致核反应时，通过所述金属ta靶的往复伸缩运动产生中子脉冲；所述驱动装置通过电机驱动。

4、进一步，所述同位素γ射线发射源设置在屏蔽筒内，所述屏蔽筒为圆柱形结构，内部设有储存腔用于放置所述同位素γ射线发射源，所述屏蔽筒的一端设有准直孔，所述准直孔与所述储存腔连通，所述γ射线通过所述准直孔向外射出。

5、进一步，还包括与所述屏蔽筒相连的升降平台，所述屏蔽筒设置在所述升降平台的上方，呈水平状态，通过所述升降平台的升降实现所述屏蔽筒的位置的调整，从而控制所述光致核反应的发生或停止；所述升降平台通过电机驱动。

6、进一步，所述储存腔位于所述屏蔽筒的轴线位置，所述同位素γ射线发射源的几何中心位于所述屏蔽筒中心位置，所述准直孔位于所述屏蔽筒的一端的圆心处。

7、进一步，所述屏蔽筒的材质为铅。

8、进一步，所述屏蔽体为一球型装置，外表面为高强度合金材料的金属外壳，内部空间填充屏蔽材料。

9、进一步，所述屏蔽体内部设有能够通过所述γ射线的射线通道，在所述射线通道的两端分别设有第一屏蔽室和第二屏蔽室，所述第一屏蔽室和所述第二屏蔽室通过所述射线通道相互连通，其中所述第一屏蔽室位于所述屏蔽体的球心位置；所述射线通道为水平设置状态。

10、进一步，所述屏蔽筒和所述升降平台设置在所述第一屏蔽室内，所述金属ta靶和所述驱动装置设置在所述第二屏蔽室内；当所述升降平台升起并达到最高点时，所述屏蔽筒位于所述第一屏蔽室的顶部，所述准直孔与所述射线通道重合，所述准直孔能够通过所述射线通道对准所述金属ta靶，所述γ射线能够对准所述金属ta靶进行照射产生所述光致核反应；当所述升降平台下降时，所述屏蔽筒降到所述射线通道下方，所述准直孔脱离所述射线通道不再对准所述金属ta靶，所述γ射线无法对所述金属ta靶进行照射，所述光致核反应停止。

11、进一步，在所述金属外壳与所述射线通道、所述第一屏蔽室和所述第二屏蔽室之间的空间均填所述充屏蔽材料；所述第一屏蔽室和所述第二屏蔽室之间的空间也填充所述屏蔽材料。

12、进一步，所述屏蔽材料为铅，球状的所述屏蔽材料的半径≥32cm。

13、进一步，所述驱动装置的运动频率能够调整，从而调整所述金属ta靶的伸缩运动的频率，对所述中子脉冲的宽度与产额进行控制，得到不同脉宽的所述中子脉冲。

14、进一步，所述驱动装置的运动频率的调整通过计算机软件控制所述驱动装置的电机的运动频率来实现。

15、进一步，当所述屏蔽筒位于所述第一屏蔽室的顶部，所述准直孔通过所述射线通道对准所述金属ta靶时，所述同位素γ射线发射源与所述金属ta靶之间的距离为20cm。

16、进一步，所述升降平台的电机在通电之前所述升降平台处于最低位置，所述屏蔽筒位于所述射线通道下方，所述准直孔不与所述射线通道重合。

17、进一步，还包括若干个连通所述金属外壳之外和所述第二屏蔽室之内的释放通道，用于向外释放所述中子；所述释放通道使用可拆卸的铅块进行密封；所述释放通道的轴向方向垂直于所述γ射线的传输方向；所述释放通道在所述第二屏蔽室上的开口设置在靠近所述金属ta靶的位置上。

18、进一步，所述同位素γ射线发射源为208tl；所述金属ta靶的厚度为2cm，底面积为4cm2；也能够根据需要更换为其他不同活度的γ射线发射源以及不同尺寸不同材质的光致核反应体靶，从而得到不同能谱以及不同产额的中子脉冲。

19、本发明的有益效果在于：

20、1.本发明可实现中子的脉冲式输出；通过改变驱动装置7所配置电机的运动频率，可获得不同周期的中子脉冲输出，最短可提供毫秒量级的中子脉冲。相比于普通的同位素中子源，该装置可以实现脉冲中子束输出，对扩展同位素中子源的应用具有重要的作用。比如252cf中子源为自发衰变的中子源，中子的屏蔽问题导致其难以实现脉冲式输出。

21、2.本发明可靠性较高；一般同位素中子源都是利用重带电粒子比如am-be中子源利用241am衰变发射的α粒子与金属be反应生成中子，若要用am-be中子源实现脉冲式输出就必须将am源与be靶分离，而α粒子的顺利传输需要较好的真空条件。本发明利用同位素发射的γ光子与靶核发生光致核反应产生中子，光子的传输不需要真空条件，因此无需时刻保持高真空状态。这大大提高了可靠性，也可适用于更多场景。

22、3.中子源装置体积小，可移动且成本低；一般脉冲中子源例如加速器中子源与激光中子源用于发生产生中子的核反应的入射粒子的来源都比较复杂，造成其结构庞大不可转移。然而本发明用于发生光致核反应的光子是由同位素208tl直接产生，过程简单，体积更小，成本更低且更加便携。