專利名稱：潘寧負(fù)離子源陶瓷中子管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于改進(jìn)的可關(guān)斷中子源，具體涉及一種潘寧負(fù)離子源陶瓷中子管。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)生產(chǎn)的中子管都是采用引出正離子的潘寧(PIG)離子源，在靶端 加-60KV -120KV的負(fù)高壓將離子源產(chǎn)生的氘(D)離子和氚(T)離子加速，并在靶上發(fā)生核反應(yīng)產(chǎn)生中子。在離子束流被加速的過程中，包圍靶的法拉第圓筒表面容易形成電子的場(chǎng)致發(fā)射點(diǎn)，這些電子有些打向陶瓷壁，造成陶瓷外殼絕緣性能下降。有些打向加速間隙的地電極，形成暗電流，對(duì)高壓電源產(chǎn)生不利影響。在引出的離子束流中含有單原子離子、分子離子、三原子離子等，而分子離子、三原子離子的速度平方是單原子離子的1/2和1/3，對(duì)中子產(chǎn)額的貢獻(xiàn)很小。另外，不銹鋼材料中的碳、陶瓷材料中的氧也可以形成正離子，并被加速，他們對(duì)中子的產(chǎn)額沒有貢獻(xiàn)。但這些貢獻(xiàn)小或沒有貢獻(xiàn)的重離子，打到靶上引起濺射，使靶材料產(chǎn)生比較大的消耗，縮短了靶的壽命，同時(shí)使中子產(chǎn)額快速減小。重離子打到靶上還會(huì)產(chǎn)生二次電子，這些二次電子如果進(jìn)入離子源，會(huì)破壞離子源的工作狀態(tài)，產(chǎn)生雪崩放電等嚴(yán)重后果，因此，必須加偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)或其它方法來抑制二次電子。這些因素是造成我國中子管產(chǎn)額低，壽命短的主要原因。采用PIG型負(fù)離子源，產(chǎn)生氘(D)、氚(T)的負(fù)離子。靶上加正高壓，在去除引出束流中電子的情況下，引出束流都是單原子負(fù)離子，產(chǎn)生中子的束流利用率可以達(dá)到100%.

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有采用PIG型正離子源中子管的不足，本發(fā)明提供一種改進(jìn)型的中子管，采用PIG型負(fù)離子源，產(chǎn)生D、T的負(fù)離子。這樣，靶上就可以加正高壓，在正極性的電極表面不產(chǎn)生電子的場(chǎng)致發(fā)射，也不能產(chǎn)生正離子的場(chǎng)致發(fā)射，因?yàn)橐氘a(chǎn)生正離子的場(chǎng)致發(fā)射，場(chǎng)強(qiáng)需提高2 3個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，可以避免電子及正離子的場(chǎng)致發(fā)射對(duì)中子管產(chǎn)生的影響。該P(yáng)IG源中D、T負(fù)離子的產(chǎn)生，主要是通過離解吸附方式，反應(yīng)式為H2+e—H2- — HJH1，不存在負(fù)的分子離子(負(fù)的分子離子不穩(wěn)定，壽命約為10_15s— 10_13S)和負(fù)的三原子離子，引出束流都是單原子負(fù)離子，產(chǎn)生中子的束流利用率可以達(dá)到100%.而且，由于束流利用率高，產(chǎn)生相同產(chǎn)額中子所需的D、T負(fù)離子的量比較小，對(duì)靶的濺射損傷非常小，靶的壽命可以得到顯著延長(zhǎng)。靶上加正高壓的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，負(fù)離子打倒靶上產(chǎn)生的二次電子會(huì)立即返回到靶上，因此，無需考慮抑制二次電子的措施。這種結(jié)構(gòu)的中子管也存在不利因素，那就是在從PIG型負(fù)離子源引出負(fù)離子的同時(shí)，也引出了一部分電子，如果讓它們打倒靶上，將占加速電流的大部分，增加引出高壓電源的負(fù)荷，因此，必須把這部分電子從引出束流中分離出來。這里我們采用在束流的路徑上精心設(shè)置相應(yīng)的橫向偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和引出電極來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是離子源采用側(cè)向引出或偏心引出方式，理論和實(shí)驗(yàn)表明，在側(cè)向引出時(shí)，由于陽極筒橫向放置，可以方便地提高離子源軸向磁場(chǎng)，而且離子源中心區(qū)域負(fù)離子的密度最大；在偏心引出時(shí)，陽極筒的中心軸和中子管的中心軸重合，偏離離子源軸心區(qū)域負(fù)離子的密度最大。中子管靶端加正高壓，引出束流中包括負(fù)離子和電子，負(fù)離子全部是單原子負(fù)離子，在去除電子的情況下，引出束流的利用率可以達(dá)到100%，而且不用考慮靶上二次電子的抑制問題。由于引出束流中的電子對(duì)中子的產(chǎn)生沒有貢獻(xiàn)，而且會(huì)增加高壓電源的負(fù)荷，會(huì)使中子管的工作狀態(tài)不穩(wěn)定，因此必須去除。我們采用兩個(gè)互成90°的橫向永磁場(chǎng)加上引出電極來實(shí)現(xiàn)，磁場(chǎng)沿束流軸線方向的厚度大于電子的回轉(zhuǎn)半徑。理論計(jì)算表明磁場(chǎng)強(qiáng)度幾百Gs，引出電壓幾千伏即可。引出電極內(nèi)嵌于兩組磁鋼中，同時(shí)引出電極兼作收集電極。兩組磁場(chǎng)的配置既能保證電子的充分去除，又能保證引出束流的軸對(duì)稱形狀。本發(fā)明的有益效果是，采用這種結(jié)構(gòu)的中子管在相同高壓和束流下中子產(chǎn)額，t匕以往中子管提高大約2個(gè)數(shù)量級(jí)。以050管為例，改進(jìn)后壽命提高10倍以上，產(chǎn)額提高約100倍，穩(wěn)定性不大于3%，成品率高于90%。


附圖是潘寧負(fù)離子源陶瓷中子管的結(jié)構(gòu)示意圖。其中I.排氣管，2.電極(包括儲(chǔ)存器電極和離子源電極)，3.銅頭，4.上面罩，5.接地電極，6.陽極筒，7.離子源磁鋼，8.離子源陶瓷管，9.上偏轉(zhuǎn)磁鋼，10.下偏轉(zhuǎn)磁鋼，11.引出電極，12.加速筒陶瓷管，13.加速筒，14.儲(chǔ)存器，15.靶，16.擴(kuò)張杯。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的中子管是圓形軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，它把離子源、加速系統(tǒng)、靶和氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)全部密封在一支陶瓷管內(nèi)，構(gòu)成一只結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、使用方便的電真空器件，其結(jié)構(gòu)和位置關(guān)系如附圖所示。首先將銅頭3和靶15制作好，并清洗干凈。將上面罩4、離子源陶瓷管8、加速筒陶瓷管12、引出電極11、加速筒13、靶15依次封接在一起，把儲(chǔ)存器14焊接在儲(chǔ)存器電極2和接地電極5之間；接著選擇側(cè)向引出和偏心引出兩種方式之一。若采用側(cè)向引出，陽極筒6中心軸與中子管軸垂直，陽極筒6和擴(kuò)張杯16焊接并和銅頭3上的離子源電極2焊在一起。若采用偏心引出，則陽極筒6豎直放置，并且中心軸和中子管軸重合，擴(kuò)張杯16不用，同時(shí)將陽極筒6和銅頭3上的離子源電極2點(diǎn)焊在一起。然后將銅頭3放入上面罩4中，并和上面罩4焊接在一起；最后將靶15和加速筒13下邊沿焊接在一起。使用時(shí)在中子管的外部將離子源磁鋼7放于陽極筒6的軸對(duì)稱位置，離子源磁鋼7的直徑小于陽極筒4直徑2mm.將上偏轉(zhuǎn)磁鋼9和下偏轉(zhuǎn)磁鋼10互成90°，錯(cuò)位放于加速筒陶瓷管12外位于引出電極11處，用于除去從離子源引出的電子，此兩組偏轉(zhuǎn)磁鋼所占區(qū)域小于引出電極11的長(zhǎng)度。中子管內(nèi)部所有零部件必須保持同軸，同軸度允差不大于0. 02mm。
權(quán)利要求
1.潘寧負(fù)離子源陶瓷中子管，其特征是圓形軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，離子源、加速系統(tǒng)、靶和氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)全部密封在一支陶瓷管內(nèi)，3為銅頭，上面罩4、離子源陶瓷管8、加速筒陶瓷管12、引出電極11、加速筒13、靶15依次封接在一起，儲(chǔ)存器14焊接在儲(chǔ)存器電極2和接地電極5之間；陽極筒6中心軸與中子管軸垂直，陽極筒6和擴(kuò)張杯16焊接并和銅頭3上的離子源電極2焊接在一起；或者陽極筒6豎直放置，并且中心軸和中子管軸重合，同時(shí)陽極筒6和銅頭3上的離子源電極2點(diǎn)焊在一起，然后將銅頭3放入上面罩4中，并和上面罩4焊接在一起，靶15和加速筒13下邊沿焊接在一起，使用時(shí)在中子管的外部將離子源磁鋼7放于陽極筒6的軸對(duì)稱位置，將上偏轉(zhuǎn)磁鋼9和下偏轉(zhuǎn)磁鋼10互成90°，錯(cuò)位放于加速筒陶瓷管12外位于引出電極11處，此兩組偏轉(zhuǎn)磁鋼所占區(qū)域小于引出電極11的長(zhǎng)度，中子管內(nèi)部所有零部件必須保持同軸。
2.如權(quán)利要求I所述的潘寧負(fù)離子源陶瓷中子管，其特征是所述離子源磁鋼7的直徑小于陽極筒4直徑2_，中子管內(nèi)部所有零部件同軸度允差不大于0. 02_。
全文摘要
本發(fā)明屬于改進(jìn)的可關(guān)斷中子源，具體涉及一種潘寧負(fù)離子源陶瓷中子管。本發(fā)明采用PIG型負(fù)離子源，產(chǎn)生氘(D)、氚(T)的負(fù)離子。離子源采用側(cè)向引出或偏心引出方式，靶上加正高壓，在去除引出束流中電子的情況下，引出束流都是單原子負(fù)離子，產(chǎn)生中子的束流利用率可以達(dá)到100%．采用這種結(jié)構(gòu)的中子管在相同高壓和束流下中子產(chǎn)額，比以往中子管提高大約2個(gè)數(shù)量級(jí)。以Φ50管為例，改進(jìn)后壽命提高10倍以上，產(chǎn)額提高約100倍，穩(wěn)定性不大于3％，成品率高于90％。
文檔編號(hào)H05H3/06GK102711355SQ201210194809
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者喬雙 申請(qǐng)人:東北師范大學(xué)