專利名稱：靜電慣性約束型無靶中子管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可關(guān)斷中子源，具體涉及一種靜電慣性約束型無靶中子管。
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，同時使中子產(chǎn)額快速減小。重離子打到靶上還會產(chǎn)生二次電子，這些二次電子如果進(jìn)入離子源，會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。采用靜電慣性約束型無靶中子管，氘(D)、氚(T)離子的產(chǎn)生和加速在同一球形空間內(nèi)完成，氘氚離子向球形腔體的中心聚集，并在球形腔體的中心區(qū)域發(fā)生氘氚離子的碰撞而產(chǎn)生中子，沒有靶，沒有獨(dú)立的離子源，這樣可以極大地延長中子管的壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有采用PIG型離子源中子管的不足，提供一種新型的中子管。利用靜電慣性約束的原理設(shè)計而成，新型中子管的結(jié)構(gòu)是，外圍密閉球形金屬腔作為地電極，球形腔中心附近放置一個鼠籠形的金屬電極，在腔內(nèi)充入一定量的氘氚混合氣體，當(dāng)鼠籠形金屬電極加上數(shù)IOKV — 100KV的負(fù)高壓時，腔中游離的自由電子被加速飛向地電極即金屬外殼內(nèi)壁，在電子飛行的過程中和氘氚氣體的分子不斷發(fā)生碰撞，并使之電離成氘氚離子，同時放出電子并被加速飛向球形金屬腔內(nèi)壁，電離形成的氘氚離子被腔中的電場加速飛向鼠籠形金屬負(fù)電極區(qū)域，在離子飛行的過程中一部分打在鼠籠形金屬負(fù)電極上，產(chǎn)生二次電子并被加速，另一部分(大多數(shù))穿越鼠籠形金屬負(fù)電極，在穿越鼠籠形金屬負(fù)電極時發(fā)生氘氚離子的碰撞產(chǎn)生中子，沒有碰撞的氘氚離子穿過鼠籠形金屬負(fù)電極，靠慣性繼續(xù)向球形腔內(nèi)壁作減速運(yùn)動，當(dāng)離子速度降為零時折返回并被加速。另外，在該中子管工作的過程中，鼠籠形的金屬電極會發(fā)熱，溫度會升高，也會放出電子并被加速。這樣持續(xù)不斷的往復(fù)運(yùn)動，在腔內(nèi)的中心區(qū)域形成氘氚離子的高密度區(qū)，從而形成穩(wěn)定的中子輸出。這種結(jié)構(gòu)的中子管沒有靶，因此不必考慮靶的壽命問題。而氘氚離子運(yùn)動過程中碰撞出的二次電子，又恰好是產(chǎn)生氘氚離子所需要的，因此也不必考慮二次電子的抑制問題。這種結(jié)構(gòu)的中子管也存在不利因素，那就是鼠籠形金屬電極在工作過程中會發(fā)熱，而且熱量不易及時傳導(dǎo)出來，容易使金屬電極熔化。這里我們采用高熔點(diǎn)的金屬材料作為鼠籠形金屬電極加上適當(dāng)?shù)睦鋮s機(jī)構(gòu)，就可以解決這一問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:利用靜電慣性約束的原理，用不銹鋼做成球形腔體，作為地電極。在球形腔體中心區(qū)域放置用高熔點(diǎn)金屬做成的鼠籠形電極，作為負(fù)高壓電極。在排氣和抽真空孔處設(shè)置固態(tài)儲存器，用來存儲氘氚工作介質(zhì)。系統(tǒng)經(jīng)過高溫排氣過程，將固溶于金屬表面的雜氣清除之后，按一定比例充入氣氣混合氣體，存儲于氣氣儲存器中。儲存器加熱會釋放存儲在其中的氘氚氣體，加熱電流越大放出的氘氚氣體的量越多。這時在鼠籠形金屬電極上加數(shù)IOKV — 100KV的負(fù)高壓，就可以產(chǎn)生持續(xù)不斷的中子。在中子管工作時，不銹鋼球形腔體和鼠籠形金屬電極都會發(fā)熱，為了散熱，在不銹鋼金屬腔體外包一部分中空的不銹鋼金屬殼，中空的部分通入冷卻液，用以對不銹鋼球形腔體和鼠籠形金屬電極進(jìn)行冷卻，沒有包住的部分作為中子輸出區(qū)域。具體結(jié)構(gòu)是:負(fù)高壓電極和陶瓷絕緣棒封接在一起，負(fù)高壓電I的另一端與鼠籠形金屬電極焊接；陶瓷絕緣棒與不銹鋼球形腔壁及不銹鋼金屬殼封接在一起，鼠籠形金屬電極與不銹鋼球形腔壁同心；儲存器電極和無氧銅管封接在法蘭盤上，儲存器電極的另一端與儲存器焊接在一起，儲存器的另一端焊接在法蘭盤上，法蘭盤通過真空密封圈裝在中子管上，通過無氧銅管充氘分氚后掐斷無氧銅管并密封；在不銹鋼金屬殼外焊接上地電極，冷卻液由冷卻液流入口流入，從冷卻液流出口流出，中子管內(nèi)部所有零部件必須保持同心，同心度允差不大于0.02mm。本發(fā)明的有益效果是采用這種結(jié)構(gòu)的中子管在相同的中子產(chǎn)額下，壽命比PIG源中子管提高大約I個數(shù)量級。


附圖是靜電慣性約束型無靶中子管的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1.負(fù)高壓電極，2.陶瓷絕緣棒，3.鼠籠形金屬電極，4.儲存器電極，5.無氧銅管，6.儲存器，7.冷卻液流出口，8.中子輸出口，9.冷卻液，10.不銹鋼球形腔壁，11.不銹鋼金屬殼，12.冷卻液流入口，13.地電極。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的中子管是同心球形結(jié)構(gòu)，它把儲存器、鼠籠金屬電極密封在不銹鋼球形腔內(nèi)，金屬腔外是冷卻機(jī)構(gòu)，構(gòu)成一只結(jié)構(gòu)簡單緊湊、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。首先將負(fù)高壓電極I和陶瓷絕緣棒2封接在一起，負(fù)高壓電極I的另一端與鼠籠形金屬電極3光滑地焊接上；接著將制作好的陶瓷絕緣棒2與不銹鋼球形腔壁10及不銹鋼金屬殼11封接在一起，并使鼠籠形金屬電極3與不銹鋼球形腔壁10同心；然后把儲存器電極4和無氧銅管5封接在法蘭盤上，儲存器電極4的另一端與儲存器6用點(diǎn)焊的方式焊接在一起，儲存器6的另一端焊接在法蘭盤上，將法蘭盤通過真空密封圈裝在中子管上。無氧銅管5用于對中子管整體抽真空和高溫除氣，同時通過無氧銅管5充氘分氚，充氘分氚完成后掐斷無氧銅管5并密封；最后在不銹鋼金屬殼11外焊接上地電極13，從中子輸出口 8輸出中子，中子管工作時產(chǎn)生的熱量用冷卻液9進(jìn)行冷卻，冷卻液9由冷卻液流入口 12流入，從冷卻液流出口 7流出，把熱量帶走。中子管工作時產(chǎn)生的中子，其中子通量在中子輸出口處最強(qiáng)。中子管內(nèi)部所有零部件必須保持同心，同心度允差不大于0.02mm。以Φ300中子管為例，壽命比相同產(chǎn)額的PIG源中子管提高10倍以上，穩(wěn)定性不大于3%，成品率1 于90%。
權(quán)利要求
1.靜電慣性約束型無靶中子管，其特征是整體是同心球形結(jié)構(gòu)，把儲存器(6)、鼠籠金屬電極(3)密封在不銹鋼球形腔內(nèi)，金屬腔外是冷卻機(jī)構(gòu)，構(gòu)成一只結(jié)構(gòu)簡單緊湊的電真空器件，負(fù)高壓電極(I)和陶瓷絕緣棒(2)封接在一起，負(fù)高壓電極(I)的另一端與鼠籠形金屬電極(3)焊接；陶瓷絕緣棒(2)與不銹鋼球形腔壁(10)及不銹鋼金屬殼(11)封接在一起，鼠籠形金屬電極(3)與不銹鋼球形腔壁(10)同心；儲存器電極(4)和無氧銅管(5)封接在法蘭盤上，儲存器電極(4)的另一端與儲存器(6)焊接在一起，儲存器(6)的另一端焊接在法蘭盤上，法蘭盤通過真空密封圈裝在中子管上，通過無氧銅管(5)充氘分氚后掐斷無氧銅管(5)并密封；在不銹鋼金屬殼(11)外焊接上地電極(13)，從中子輸出口 8輸出中子，冷卻液(9 )由冷卻液流入口( 12 )流入，從冷卻液流出口( 7 )流出。
2.按照權(quán)利要求1所述的靜電慣性約束型無靶中子管，其特征是內(nèi)部所有零部件必須保持同心，同心度允差不大 于0.02mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于可關(guān)斷中子源，具體涉及一種靜電慣性約束型無靶中子管。本發(fā)明利用靜電慣性約束的原理設(shè)計而成，新型中子管，由密閉球形金屬腔，球形腔中心處放置一個鼠籠形的金屬電極，以及儲存器密封于一起構(gòu)成。儲存器加熱放出氘氚混合氣體，當(dāng)鼠籠形金屬電極加上數(shù)10KV—100KV的負(fù)高壓時，在腔體內(nèi)產(chǎn)生氘(D)、氚(T)的離子，且中心區(qū)域離子密度最高。氘氚離子在腔內(nèi)被電場加速奔向中心區(qū)域，穿過中心區(qū)域靠慣性繼續(xù)前行，當(dāng)速度降為零時折返回，如此往復(fù)運(yùn)動，在中心區(qū)域氘氚離子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生中子。這種結(jié)構(gòu)的中子管，其壽命和穩(wěn)定性指標(biāo)得到明顯改善。在相同中子產(chǎn)額下，壽命比PIG源中子管提高大約1個數(shù)量級。
文檔編號H05H3/06GK103220875SQ20131009191
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者喬雙 申請人:東北師范大學(xué)