專利名稱：微波離子源陶瓷自成靶強(qiáng)流中子管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種產(chǎn)生中子的裝置，尤其是能在密封靜真空狀態(tài)產(chǎn)生中子，中子產(chǎn)額達(dá)5×1012n/s。
目前，所報(bào)導(dǎo)的中子管技術(shù)，我們國(guó)家中子產(chǎn)額為5×103n/s，國(guó)外先進(jìn)國(guó)家中子產(chǎn)額已達(dá)1012n/s。但是所報(bào)導(dǎo)的中子管離子源部分通常選用潘寧離子源，它有單原子離子比低，運(yùn)行氣壓高等缺點(diǎn)，導(dǎo)致打在靶上的總離子束流達(dá)上百毫安，耗散在靶上的功率達(dá)幾十千瓦，解決直徑不大于5cm的靶冷卻問題難度很大，限制中子管運(yùn)行穩(wěn)定性和壽命。[參考文獻(xiàn)1.H.H.Barschall，Neutron Sources for Basic physics andApplications，PERGAMON PRESS，P74-75(1987).2.魏寶杰等，《中子管技術(shù)基礎(chǔ)及其應(yīng)用》東北師大出版社P1-11(1997)。]本實(shí)用新型的目的是提供一種強(qiáng)流中子管，既處于密封狀態(tài)小型加速器式強(qiáng)流中子源，中子產(chǎn)額高，壽命長(zhǎng)，在相同條件獲得相同中子產(chǎn)額，靶上的總離子束流低，易于解決靶冷卻問題。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一個(gè)由無氧銅材料加工而成的圓筒作為微波離子源諧振腔殼體，殼體外部套有兩塊徑向充磁NdFeB磁環(huán)，在殼體內(nèi)部形成均勻的強(qiáng)度為875G磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)2.450GHz微波諧振條件，殼體的一端與微波源，波導(dǎo)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)接。殼體另一端插有Al2O3陶瓷杯，在殼體和陶瓷杯外壁間放有由聚酰亞胺材料制成的絕緣套，并設(shè)計(jì)有出風(fēng)間隙，以便冷卻陶瓷杯，陶瓷杯杯底面微波傳輸方向，另一端與中子管主體聯(lián)接，構(gòu)成獨(dú)立的靜真空器件，在陶瓷杯口處放有金屬電極，用于離子引出，稱作離子引出電極，引出電極前面設(shè)有第一加速電極，第二加速電極，圓錐體靶，氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和靶冷卻系統(tǒng)，離子引出電極處約+200KV電位；第一加速電極處于約+150KV電位，第二加速電極處于約零電位，靶處于約-2——-5KV電位，它是在靶和第二加速電極間接有適當(dāng)電阻而獲得，起二次電子抑制作用，在圓錐體靶外側(cè)加有冷卻水套。中子管的操作首先利用氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)使中子管既離子源內(nèi)氣壓達(dá)約10-3Pa范圍，啟動(dòng)微波源，微波輸出功率調(diào)整在300-500W范圍，由于陶瓷杯處于875G均勻磁場(chǎng)中，微波傳入陶瓷杯，在陶瓷杯內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)烈的共振吸收電離，形成等離子體，陶瓷杯內(nèi)的氘離子通過引出孔，經(jīng)兩級(jí)加速，其能量達(dá)200KeV，束流強(qiáng)度為40-90mA，之后打在靶上，通過氘——氚應(yīng)產(chǎn)生14MeV快中子，由于這里選用微波驅(qū)動(dòng)離子源，它具有單原子離子比高，穩(wěn)定運(yùn)行氣壓低，無極，便于高電壓隔離等優(yōu)點(diǎn)，使之較容易實(shí)現(xiàn)中子產(chǎn)額達(dá)5×1012n/s的目的。
(一)用微波驅(qū)動(dòng)離子源，①其單原子離子比高，與潘寧離子源相比在相同條件獲取相同中子產(chǎn)額打在靶上的總離子束流可降低8倍以上，從而有利于靶冷卻，提高中子管壽命和穩(wěn)定性；②其穩(wěn)定運(yùn)行氣壓低，可在10-3Pa范圍工作，可降低離子束輸運(yùn)過程與中性氣體分子碰撞幾率，改善中子管耐壓性能；③由于其無極特征，對(duì)強(qiáng)流中子管來講無極象征著可長(zhǎng)壽命穩(wěn)定運(yùn)行；④由于微波具有在絕緣介質(zhì)中無阻傳輸?shù)奶卣?，有利于高電壓隔離。(二)采用陶瓷杯作為離子源內(nèi)殼體，陶瓷杯與加速系統(tǒng)，靶和氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)構(gòu)成獨(dú)立的靜真空器件，有利于中子管、微波源及波導(dǎo)系統(tǒng)的各自維護(hù)調(diào)整，陶瓷杯設(shè)有足夠大傘沿，有利于高電壓隔離。在陶瓷杯與離子源諧振腔外金屬殼體間放有聚酰亞胺材料制成的絕緣套和通風(fēng)間隙，有利于高電壓的進(jìn)一步隔離和陶瓷杯的冷卻。(三)采用兩極加速，有利于離子束光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整和提高氘離子能量，從而提高中子管性能和中子產(chǎn)額。(四)由于采用圓錐體形靶，有利于提高靶的有效面積及改善靶的冷卻。
以下結(jié)合附圖
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
附圖是微波離子源陶瓷自成靶強(qiáng)流中子管的縱剖面構(gòu)造圖。
附圖中1、微波離子源外殼體 2、陶瓷杯型微波離子源內(nèi)殼體 3、磁環(huán)4、絕緣套 5、通風(fēng)冷卻間隙 6、引出電極 7、第一加速電極 8、第二加速電極9、圓錐體型靶 10、氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 11、靶冷卻套 12、中子管陶瓷絕緣外殼13、二次電子抑制電阻圖中，微波離子源外殼體(1)，陶瓷杯型微波離子源內(nèi)殼體(2)，磁環(huán)(3)，絕緣套(4)，引出電極(6)構(gòu)成強(qiáng)流中子管用微波離子源。外殼體(1)由無氧銅材料制成，一端與微波波導(dǎo)系統(tǒng)通過法蘭聯(lián)接。磁環(huán)(3)是兩塊徑向充磁NdFeB，套在外殼體(1)外側(cè)，在微波離子源殼體內(nèi)形成875G磁場(chǎng)，滿足2.450GHz微波共振吸收條件。絕緣套(4)是聚酰亞胺材料，它具有耐高溫、抗輻射、絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)、絕緣套(4)放在外殼體(1)與陶瓷杯型微波離子源內(nèi)殼體(2)之間，主要起高電壓進(jìn)一步隔離作用，在陶瓷杯內(nèi)殼體(2)與絕緣套(4)間設(shè)通風(fēng)冷卻間隙(5)，以保證陶瓷杯內(nèi)殼體(2)運(yùn)行在正常溫度，冷卻風(fēng)從陶瓷杯底方向流進(jìn)，從間隙排出。陶瓷杯型微波離子源內(nèi)殼體(2)是由95號(hào)Al2O3陶瓷制成，它具有對(duì)微波無阻傳輸?shù)奶匦?，并有良好的傳熱和高電壓絕緣性能，有利于離子源散熱，電絕緣，提高單原子離子比。引出電極(6)，第一加速電極(7)，第二加速電極(8)，和靶是由金屬材料制成，與中子管陶瓷絕緣外殼(12)，陶瓷杯型微波離子源內(nèi)殼體(1)經(jīng)金屬化燒氫封接構(gòu)成獨(dú)立真空器件。內(nèi)殼體(2)插入絕緣套(4)內(nèi)。靶冷卻套(11)設(shè)有進(jìn)出冷卻水口，與靶外側(cè)粘接。來自微波源(2.450GHz 1000W)微波經(jīng)波導(dǎo)系統(tǒng)由陶瓷杯底部進(jìn)入陶瓷內(nèi)離子源諧振腔。由于875G均勻磁場(chǎng)的存在出現(xiàn)對(duì)微波的強(qiáng)烈共振吸收，形成高密度等離子體。第一加速電極(7)由金屬材料割成，加有+100——+200KV高電壓，與引出電極(6)用陶瓷環(huán)隔離，引出電極上加有+150——250KV高電位，第一加速電極(7)與引出電極(6)間的電位差約為-50KV，陶瓷杯(2)內(nèi)的氘離子在-50KV電位的作用下經(jīng)引出孔引出并加速，第二加速電極(8)約處于零電位，與第一加速電極(7)間電位差為100——200KV，氘離子被第一加速電極(7)引出并加速后被第二加速電極二次加速至150-250KeV的能量，之后打在圓錐體氘靶(9)上，產(chǎn)生14MeV快中子，打在圓錐體靶上的氘離子流經(jīng)二次電子抑制電阻(13)，在此產(chǎn)生-3——-5KV壓降，靶相對(duì)零電位處于正電位，起到對(duì)二次電子抑制作用。氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)(10)內(nèi)存儲(chǔ)器吸附氘氚混合氣，通過外電路的控制可調(diào)整中子管即離子源的工作氣壓。冷卻套(11)內(nèi)通有冷卻液體，用于耗散靶產(chǎn)生的熱能。
權(quán)利要求1.一種由微波離子源、陶瓷自成靶等構(gòu)成的微波離子源陶瓷自成靶強(qiáng)流中子管，其特征是微波離子源外殼體1、陶瓷杯型微波離子源內(nèi)殼體2、磁環(huán)3、絕緣套4、引出極6構(gòu)成微波離子源，外殼體1一端與微波波導(dǎo)系統(tǒng)通過法蘭聯(lián)接，磁環(huán)3為兩塊徑向充磁NdFeB套在外殼外體1外側(cè)，絕緣套4放在外殼體1與陶瓷杯型微波離子源內(nèi)殼體2之間，在陶瓷杯內(nèi)殼體2與絕緣套4間設(shè)通風(fēng)冷卻間隙5，冷卻風(fēng)從杯底方向流入，從間隙排出，引出電極6，第一加速電極7、第二加速電極8和靶由金屬材料制成，與中子管陶瓷絕緣外殼12、陶瓷杯型微波離子源內(nèi)殼體1經(jīng)金屬化燒氫封接構(gòu)成獨(dú)立真空器件，內(nèi)殼體2插入絕緣套4內(nèi)，靶冷卻套11設(shè)有進(jìn)出冷卻水口，與靶外側(cè)粘接，第一加速電極7由金屬材料制成，加有約+100——+200KV電壓，與引出極6用陶瓷環(huán)隔離，引出電極上加有約+150——+250KV高電位，第一加速極7與引出極6間的電位差約50KV，陶瓷杯2內(nèi)的氘離子在-50KV電位的作用下經(jīng)引出孔引出并加速，第二加速極電位8處零電位，與第一加速電極7間的電位差為100——200KV，氘離子被引出加速再被第二加速極加速至150——250KeV，打在園錐體氚靶上，產(chǎn)生14KeV快中子，打在靶上的氘離子流經(jīng)二次電子抑制電阻13，產(chǎn)生3a——5KV壓降，靶處于正電位，起二次電子抑制作用氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)10內(nèi)存儲(chǔ)以吸附氘氚混合氣，通過外電路的控制可調(diào)整中子管即離子源的工作氣壓，冷卻套11內(nèi)通有冷卻液體。
2.按照極利要求1的微波離子源陶瓷自成靶強(qiáng)流中子管，其特征在于所述的外殼體1由無氧銅材料制成，陶瓷杯型微波離子源內(nèi)殼體2由95C5AL2O3陶瓷制成。絕緣套管4是聚酰亞胺材料制成。
專利摘要該實(shí)用新型為一種高產(chǎn)額產(chǎn)生中子的裝置。由微波離子源外殼體,陶瓷杯型微波離子源內(nèi)殼體、磁環(huán)、絕緣套、通風(fēng)冷卻間隙、引出電極、第一加速電極、第二加速電極、圓錐體型靶、氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、靶冷卻套、中子管陶瓷絕緣外殼及二次電子抑制電阻構(gòu)成。由于采用陶瓷杯型微離子源及冷卻系統(tǒng)等,使得中子管產(chǎn)額可達(dá)5×10
文檔編號(hào)H05H3/00GK2377794SQ9921113
公開日2000年5月10日 申請(qǐng)日期1999年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月21日
發(fā)明者劉林茂, 岳成波, 李文生, 郭井富, 魏寶杰 申請(qǐng)人:東北師范大學(xué), 吉林省物資經(jīng)銷總公司