一种自屏蔽DD中子发生器转让专利
申请号 : CN202010454689.0
文献号 : CN111712032B
文献日 : 2021-05-04
发明人 : 张凯 , 陈红涛 , 赵芳 , 鲍杰 , 阮锡超 , 刘世龙 , 侯龙 , 龚新宝 , 刘邢宇 , 张坤
申请人 : 中国原子能科学研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种自屏蔽DD中子发生器,其特征是:包括由第一屏蔽体(1)和第二屏蔽体(2)合拢组成的密封的立方体型的屏蔽体,所述第一屏蔽体(1)内部设置第一空腔(3),所述第二屏蔽体(2)内部设置第二空腔(82),当所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)合拢时,所述第一空腔(3)和所述第二空腔(82)共同构成设置中子发生器的主体部分的设备舱;所述中子发生器的所述主体部分用于通过DD反应产生中子;所述主体部分包括D+离子源和直管型的冷却液导流管(4),所述冷却液导流管(4)垂直于地面,所述冷却液导流管(4)的顶端设置高压输入模块,尾端设置靶电极(13),所述D+离子源位于所述靶电极(13)下方;还包括直筒型的真空腔(5),所述真空腔(5)的一端与所述冷却液导流管(4)的尾端密封连接,另一端与所述D+离子源的尾端密封连接,所述靶电极(13)位于所述真空腔(5)内;还包括为所述真空腔(5)抽真空的分子泵机组(23);所述高压输入模块为所述靶电极(13)提供高压电,所述冷却液导流管(4)为所述靶电极(13)提供冷却,所述D+离子源向所述靶电极(13)发射D+离子束,使得所述靶电极(13)上产生中子;
所述靶电极(13)外部为光滑的外壳体,内部设有靶片(47),所述冷却液导流管(4)内部设有能够通过冷却液的循环流道,用于为所述靶片(47)制冷;所述高压输入模块通过贯穿在所述冷却液导流管(4)内部的高压连接杆(38)向所述靶电极(13)提供高压电;
还包括位于所述屏蔽体之外的附件机柜(74),以及设置在所述附件机柜(74)内的真空计(68)、阳极电源(69)、射频电源(70)、配电箱(71)、加速高压电源(72)、循环冷却机(73),所述加速高压电源(72)用于为所述高压输入模块提供高压电,所述循环冷却机(73)用于为所述冷却液导流管(4)提供循环的冷却液,所述射频电源(70)用于为所述D+离子源提供电源,所述真空计(68)用于测量所述真空腔(5)内的真空度,所述配电箱(71)用于为中子发生器中的各个用电设备供电;所述附件机柜(74)内还包括用于控制所述加速高压电源(72)、所述循环冷却机(73)、所述射频电源(70)、所述真空计(68)、所述阳极电源(69)、所述配电箱(71)、所述分子泵机组(23)工作的控制系统,所述控制系统通过电脑远程控制;
所述附件机柜(74)采用琴台式机柜;由上至下依次设置所述真空计(68)、所述阳极电源(69)、所述射频电源(70)、所述配电箱(71)、所述加速高压电源(72)、所述循环冷却机(73);
所述中子发生器的所述主体部分与所述附件机柜(74)之间连接有高压线(10)、信号线、离子源供电电缆、第一冷却液输送管和第二冷却液输送管;其中,所述循环冷却机(73)的出口通过所述第一冷却液输送管与所述冷却液导流管(4)相连,所述循环冷却机(73)的入口通过所述第二冷却液输送管与所述D+离子源相连;所述射频电源(70)通过所述离子源供电电缆与所述D+离子源相连;所述加速高压电源(72)通过所述高压线(10)与所述高压输入模块相连;所述阳极电源(69)与所述D+离子源相连;所述控制系统通过所述信号线与所述分子泵机组(23)以及所述D+离子源相连;
所述靶电极(13)包括由靶基座(43)和电极(44)组成的外表光滑的圆柱形的所述外壳体,设置在所述靶基座(43)上、位于所述外壳体内部的靶片(47),所述靶基座(43)上设有冷却液通道(52),所述电极(44)上设有束流通道(53);
所述靶基座(43)为铜质材料,为圆柱形,一端设有所述冷却液通道(52),另一端为设有靶片开口(46)的斜面(45),所述斜面(45)和所述冷却液通道(52)之间构成靶基内腔(48);
所述冷却液通道(52)位于所述外壳体的一端为圆弧型的开口,表面光滑、无尖锐的棱角;所述电极(44)为不锈钢圆筒,一端为所述束流通道(53),为圆弧型的开口,表面光滑、无尖锐的棱角,另一端为带内螺纹的开口,与所述靶基座(43)通过螺纹连接;
所述斜面(45)的角度为45度,所述靶片(47)密封设置在所述靶片开口(46)上,所述靶片(47)与所述斜面(45)之间为绝缘密封连接;
所述靶片开口(46)的朝向所述束流通道(53)的一侧的边沿设有凹槽,所述靶片(47)设置在所述凹槽内;所述靶片(47)与所述凹槽之间设有第四密封圈(56),所述靶片(47)通过压环(54)压紧在所述第四密封圈(56)上,实现所述靶片(47)与所述斜面(45)之间的绝缘密封连接;
所述高压连接杆(38)的尾端穿过所述冷却液通道(52)延伸到所述靶基内腔(48)内,所述高压连接杆(38)的尾端成L形,连接在所述靶基座(43)的侧壁上;所述高压连接杆(38)为不锈钢材质;所述高压连接杆(38)的顶端设置有用于连接高压电的高压接头(28);所述高压接头(28)为铜质;
还包括连接在所述压环(54)和所述靶基座(43)之间的电阻(49);
还包括设置在所述电极(44)内的一对第一永磁铁(50),所述第一永磁铁(50)为长方形薄片,通过铁片支架(51)设置在所述电极(44)内,位于所述斜面(45)和所述束流通道(53)之间的位置,所述第一永磁铁(50)的N极和S极相对设置。
2.如权利要求1所述的一种自屏蔽DD中子发生器,其特征是:所述第四密封圈(56)的材质为聚四氟乙烯,厚度大于所述凹槽深度;所述斜面(45)上设有若干螺纹孔,所述压环(54)与所述斜面(45)之间通过螺钉(55)和所述螺纹孔实行连接,所述螺钉(55)外围套有胶木绝缘套管(57);
所述靶片(47)为圆片形钼片,直径小于所述凹槽的直径,所述靶片(47)的一面镀钛后吸附氘或者氚,形成氘靶或者氚靶;
所述压环(54)为不锈钢圆环,外直径与所述靶片(47)等径,内直径大于所述靶片(47)的活性区,所述压环(54)的环面设有用于安装所述螺钉(55)的螺钉通孔。
3.如权利要求1所述的一种自屏蔽DD中子发生器,其特征是:所述冷却液导流管(4)包括外管(32)和设置在所述外管(32)内的内管(33),所述内管(33)的顶端位于所述外管(32)内部,所述外管(32)的内壁和所述内管(33)的外壁之间的空间以及所述内管(33)的内部空间共同构成所述循环流道;所述内管(33)的顶端的外壁与所述外管(32)的内壁密封连接,所述内管(33)和所述外管(32)的尾端设置在所述靶电极(13)上,所述外管(32)与所述靶电极(13)密封连接,并用于对所述靶电极(13)进行支撑;所述外管(32)和所述内管(33)的材质为石英玻璃;
所述外管(32)的尾端设置在所述冷却液通道(52)内,所述外管(32)尾端的开口的外壁与所述冷却液通道(52)之间密封连接;所述内管(33)尾端的开口延伸至所述靶基内腔(48)内;
所述高压连接杆(38)的主体贯穿在所述内管(33)内部,所述高压连接杆(38)的顶端的所述高压接头(28)延伸至所述外管(32)的顶端之外;
还包括设置在所述外管(32)的顶端的外壁上的绝缘外螺纹环(36),所述绝缘外螺纹环(36)的外壁设有外螺纹;
还包括设置在所述外管(32)的顶端上的绝缘螺纹塞(29),所述高压连接杆(38)的顶端的所述高压接头(28)穿过所述绝缘螺纹塞(29)延伸至所述外管(32)的顶端之外,所述绝缘螺纹塞(29)用于封堵述外管(32)的顶端,所述绝缘螺纹塞(29)与所述高压连接杆(38)之间为密封连接;
还包括第一压盖(35),所述第一压盖(35)用于配合所述绝缘外螺纹环(36)的外螺纹将所述绝缘螺纹塞(29)压紧在所述外管(32)的顶端上;
还包括设置在所述第一压盖(35)与所述绝缘外螺纹环(36)之间的第一密封圈(37),用于实现所述第一压盖(35)与所述绝缘外螺纹环(36)之间的密封;
还包括冷却液输入管(30),所述冷却液输入管(30)的输出一端穿过所述外管(32)的侧壁与所述内管(33)连通,所述冷却液输入管(30)的输入一端与所述第一冷却液输送管相连,从而连接所述循环冷却机(73)的出口,所述冷却液输入管(30)与所述外管(32)的侧壁之间为密封连接;还包括冷却液输出管(31),所述冷却液输出管(31)的输入一端与所述外管(32)连通,所述冷却液输出管(31)的输出一端用于排出所述冷却液;
所述冷却液输入管(30)和所述冷却液输出管(31)设置在靠近所述内管(33)的顶端的位置上,所述冷却液输入管(30)和所述冷却液输出管(31)垂直于所述外管(32),且相对的位于所述外管(32)的两侧;
在所述冷却液导流管(4)上设有法兰盘(12),用于与所述真空腔(5)的密封连接,所述法兰盘(12)为不锈钢材质;所述冷却液导流管(4)通过上压环(39)和下压环(40)穿设在所述法兰盘(12)的圆心上;所述上压环(39)和所述下压环(40)套在所述冷却液导流管(4)外表面,通过第二压盖(34)压紧在所述法兰盘(12)上,所述第二压盖(34)通过螺纹与所述法兰盘(12)连接;所述上压环(39)与所述下压环(40)之间设置第二密封圈(41),所述下压环(40)与所述法兰盘(12)之间设置第三密封圈(42),通过所述第二密封圈(41)和所述第三密封圈(42)实现所述冷却液导流管(4)与所述法兰盘(12)之间的密封。
4.如权利要求3所述的一种自屏蔽DD中子发生器,其特征是:所述绝缘螺纹塞(29)和所述第一压盖(35)的材质为聚四氟乙烯,所述绝缘外螺纹环(36)的材质为有机玻璃;所述冷却液输入管(30)和所述冷却液输出管(31)的材质为石英玻璃;所述冷却液为氟化液。
5.如权利要求3所述的一种自屏蔽DD中子发生器,其特征是:所述高压输入模块包括内部设有高压线(10)的T形绝缘子(11),所述高压连接杆(38)的顶端的所述高压接头(28)设置在所述T形绝缘子(11)内并与所述高压线(10)连接;所述高压线(10)与所述加速高压电源(72)相连;
所述高压接头(28)通过所述绝缘螺纹塞(29)和所述T形绝缘子(11)的螺纹与所述T形绝缘子(11)密封连接;所述高压接头(28)的侧面设有凹槽;所述高压线(10)的顶端设置圆头铜帽(27),所述高压线(10)通过活套塞(25)设置在所述T形绝缘子(11)内,所述圆头铜帽(27)通过绝缘固定塞(26)固定在所述T形绝缘子(11)内;所述圆头铜帽(27)设置在所述高压接头(28)的所述凹槽内,实现所述高压接头(28)与所述高压线(10)的连接;所述活套塞(25)与所述T形绝缘子(11)通过螺纹密封连接;
所述T形绝缘子(11)和所述绝缘固定塞(26)和所述活套塞(25)的材质为聚四氟乙烯。
6.如权利要求5所述的一种自屏蔽DD中子发生器,其特征是:所述的D+离子源包括尾端设有引出结构(61)、顶端与氘气钢瓶(20)相连的放电管(16),所述放电管(16)的尾端设有圆盘形的离子源底盘(14),所述引出结构(61)位于所述离子源底盘(14)中心,处于所述真空腔(5)内,正对所述靶电极(13)的所述束流通道(53);
还包括套装在所述放电管(16)的外表面的电容耦合环(65)和设置在所述放电管(16)的顶端的阳极探针(17);
所述引出结构(61)位于所述放电管(16)的轴线上,由铝电极和石英套管组成,所述铝电极为中心带圆孔的圆柱体,所述圆孔为束流引出孔道;所述石英套管套装在所述铝电极外面;
还包括设置在所述放电管(16)外围的屏蔽盒(6),所述放电管(16)的顶端和尾端位于所述屏蔽盒(6)之外,所述屏蔽盒(6)为铝质,在所述屏蔽盒(6)上设有若干散热孔;所述屏蔽盒(6)与所述离子源底盘(14)固定在一起。
7.如权利要求6所述的一种自屏蔽DD中子发生器,其特征是:所述离子源底盘(14)采用304不锈钢制作,所述离子源底盘(14)的一侧通过第三压盖(62)和压片与所述放电管(16)的尾端连接,所述第三压盖(62)与所述离子源底盘(14)之间通过螺纹连接;所述放电管(16)的尾端上设有第五密封圈(63),在所述第三压盖(62)和压片的作用下实现所述放电管(16)与所述离子源底盘(14)之间的密封;所述离子源底盘(14)的另一侧用于与所述真空腔(5)连接;所述离子源底盘(14)内部为圆形的夹层(60),所述离子源底盘(14)的侧边沿设有与所述夹层(60)连通的进水口(58)和出水口(59);所述进水口(58)与所述冷却液导流管(4)上的所述冷却液输出管(31)的输出一端连通;所述出水口(59)与所述第二冷却液输送管连通;所述冷却液通过所述进水口(58)进入所述夹层(60),对所述引出结构(61)进行冷却,然后从所述出水口(59)经所述第二冷却液输送管回流至所述循环冷却机(73)的入口;
所述放电管(16)采用高纯石英玻璃制作,所述放电管(16)的尾端为平底,所述尾端的中心设有圆孔,所述圆孔用于套装在所述引出结构(61)的所述石英套管上;所述放电管(16)的顶端设有进气管(18),所述进气管(18)通过真空橡皮管与所述氘气钢瓶(20)相连,用于向所述放电管(16)内输入氘气;所述阳极探针(17)设置在所述放电管(16)的顶端的中心位置,与所述阳极电源(69)相连,用于加载引出电压;所述阳极探针(17)采用钨棒制作;
所述进气管(18)与所述氘气钢瓶(20)之间还设有气体流量控制器(19),所述气体流量控制器(19)采用针阀控制气体流量,所述气体流量控制器(19)两端分别用所述真空橡皮管连接所述氘气钢瓶(20)和放电管(16)的所述进气管(18);所述氘气钢瓶(20)上设有气压表,所述氘气钢瓶(20)通过第二抱卡设置在所述第一空腔(3)的内部底层;
所述气体流量控制器(19)由所述控制系统进行控制。
8.如权利要求6所述的一种自屏蔽DD中子发生器,其特征是:所述电容耦合环(65)为两个尺寸相同的铜环,分开套装在所述放电管(16)的外表面,还包括与所述电容耦合环(65)相连的射频电源匹配器(15),所述射频电源匹配器(15)设置在所述屏蔽盒(6)内部底部;所述屏蔽盒(6)上设有射频线接头,用于所述射频电源匹配器(15)与所述射频电源(70)的连接;所述射频电源匹配器(15)上设有匹配器输入端口(66)和匹配器输出端口(67),所述匹配器输入端口(66)用于与所述射频线接头连接,实现所述射频电源匹配器(15)与所述射频电源(70)的连接;所述匹配器输出端口(67)用于连接所述电容耦合环(65),所述射频电源(70)通过所述射频电源匹配器(15)和所述电容耦合环(65)将功率馈入所述放电管(16)中;所述射频电源(70)的输出频率为108MHz、最大功率200W;
还包括套装在所述放电管(16)外的环形的第二永磁铁(64),所述第二永磁铁(64)设置在所述屏蔽盒(6)内部,靠近所述放电管(16)的尾端,用于产生轴向磁场;
还包括设置在所述屏蔽盒(6)内部的冷却风扇,用于所述屏蔽盒(6)内部的散热。
9.如权利要求7所述的一种自屏蔽DD中子发生器,其特征是:所述真空腔(5)为不锈钢圆筒,一端设置第一法兰,用于与所述冷却液导流管(4)上的所述法兰盘(12)相配合,实现所述冷却液导流管(4)与所述真空腔(5)的密封连接;另一端设置第二法兰,用于与所述离子源底盘(14)相配合,实现所述D+离子源与所述真空腔(5)的密封连接;所述第一法兰与所述法兰盘(12)之间以及所述第二法兰与所述离子源底盘(14)之间均通过螺钉连接并使用密封圈实现密封;
还包括垂直设置在所述真空腔(5)侧壁上的直管型、不锈钢材质的第三法兰(21),所述第三法兰(21)的一端与所述真空腔(5)连通,另一端通过弯管(22)与所述分子泵机组(23)密封连接,实现所述分子泵机组(23)对所述真空腔(5)的抽真空;所述弯管(22)与所述第三法兰(21)和所述分子泵机组(23)相连的端口为国际标准ISO63型,两个端口均通过C形卡实现连接,并通过橡胶密封圈实现密封;
还包括设置在所述第三法兰(21)上的真空测量管(24),用于与所述真空计(68)相连,实现对所述真空腔(5)的真空度的测量;所述第三法兰(21)上设置第四法兰,所述真空测量管(24)通过所述第四法兰密封设置在所述第三法兰(21)上,所述第四法兰为快接法兰。
10.如权利要求9所述的一种自屏蔽DD中子发生器,其特征是:所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)为立方体,所述第一空腔(3)和所述第二空腔(82)相对设置;所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)设置在设有滑轨(7)的可移动的平台(8)上,通过所述滑轨(7)实现所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)的移动,从而实现所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)的合拢和分离;
所述第一空腔(3)内设有支架(81),所述中子发生器的所述主体部分通过第一抱卡设置在所述支架(81)上;所述支架(81)的高度能够调整;
所述第一屏蔽体(1)上设有第一中子通道准直孔(75),所述第二屏蔽体(2)上设有第二中子通道准直孔(83);所述第一中子通道准直孔(75)与所述第二中子通道准直孔(83)同轴;
还包括用于可拆卸的封堵所述第一中子通道准直孔(75)和所述第二中子通道准直孔(83)的含硼聚乙烯棒;
还包括可拆卸的设置在所述第一中子通道准直孔(75)和所述第二中子通道准直孔(83)内的不同孔径的含硼聚乙烯管,用于调节所述第一中子通道准直孔(75)和所述第二中子通道准直孔(83)的孔径,实现准直孔功能;
所述第一中子通道准直孔(75)与所述第二中子通道准直孔(83)对准所述靶片(47)的位置;
在所述第一屏蔽体(1)的一侧上部设计高压线穿线孔(76),用于通过所述高压线(10);
所述高压线穿线孔(76)与所述高压线(10)之间设有聚乙烯管,用于固定所述高压线(10);
所述高压线穿线孔(76)位于屏蔽体外表面的端口上设有航空接头,所述高压线(10)通过所述航空接头进行固定;
所述第一空腔(3)的边沿设有凹槽(77),所述第二空腔(82)的边沿设有凸缘(84),所述凹槽(77)和所述凸缘(84)能够相互配合,在所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)合拢时实现密封连接;所述凹槽(77)和所述凸缘(84)的咬合面能够降低中子和伽马射线从所述凹槽(77)和所述凸缘(84)的交接面的缝隙中泄漏的几率;
所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)的屏蔽层包括由内到外的含硼聚乙烯层、铅层、不锈钢板;所述含硼聚乙烯层用来屏蔽和吸收中子,所述铅层用于屏蔽伽马射线,所述不锈钢板用来外层保护。
11.如权利要求10所述的一种自屏蔽DD中子发生器,其特征是:在所述第一屏蔽体(1)的底部,设有若干通孔(79),用于所述屏蔽体内的所述中子发生器的所述主体部分与所述屏蔽体外的所述附件机柜(74)内的设备之间的管线的连通;
在所述第一屏蔽体(1)的外侧设有转换连接板(80),所述转换连接板(80)上设有若干接头(86);所述管线通过所述通孔(79)后从所述第一屏蔽体(1)的底部与所述平台(8)之间的缝隙引出连接到所述接头(86)上,所述附件机柜(74)内的设备再分别与相应的所述接头(86)对应连接;
通过所述接头(86)对接的所述管线包括:所述真空计(68)与所述真空测量管(24)之间的连接线;
所述阳极电源(69)与所述阳极探针(17)之间的连接线;
所述射频电源(70)与所述射频电源匹配器(15)之间的所述离子源供电电缆;
所述控制系统与所述分子泵机组(23)、所述D+离子源和所述气体流量控制器(19)之间的所述信号线;
所述循环冷却机(73)与所述冷却液导流管(4)、所述离子源底盘(14)之间的所述第一冷却液输送管和所述第二冷却液输送管;
所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)的外表面设有把手(78),用于所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)的手动合拢或者分离;
所述平台(8)底部设有若干万向轮(85),用于所述平台(8)的移动。
说明书 :
一种自屏蔽DD中子发生器
技术领域
背景技术
究和中子活化分析检测等工作。比如利用中子活化分析在线检测煤或者水泥等物质的元素
成分需要用到热中子,通常采用252‑cf放射源,要求中子源强度达到1E8以上,但是由于该
种强度的放射源难以获得,需要进口,又因为放射源的长期高强度放射性,具有极高的危险
性,管理非常不便,另外该放射源的半衰期只有2年半,需要每隔一年或者两年重新补充一
枚以满足检测要求,造成放射源越来越多,除了增加成本外,还增加了管理和放射源处理的
困难。另外,由于中子的强辐射和快中子的深穿透性,需要建造专门的屏蔽厂房屏蔽中子,
避免中子对周围环境和人员的辐射影响。要屏蔽中子产额达到1E8 DD中子发生器,厂房墙
体和屋顶需要采用混凝土进行实心浇注,厚度需要半米以上才能达到环评要求,厂房占地
面积大,建造周期长,造价高,很多单位难以承受。
发明内容
定性高的可控中子源装置。该种中子源装置可应用于中子辐照、中子单粒子效应测试、中子
活化元素分析等领域,便于大学院校和科研院所的核物理实验或者开展教学研究。
置第一空腔,所述第二屏蔽体内部设置第二空腔,当所述第一屏蔽体和所述第二屏蔽体合
拢时,所述第一空腔和所述第二空腔共同构成设置中子发生器的主体部分的设备舱;所述
中子发生器的所述主体部分用于通过DD反应产生中子;所述主体部分包括D+离子源和直管
型的冷却液导流管,所述冷却液导流管垂直于地面,所述冷却液导流管的顶端设置高压输
入模块,尾端设置靶电极,所述D+离子源位于所述靶电极下方;还包括直筒型的真空腔,所
述真空腔的一端与所述冷却液导流管的尾端密封连接,另一端与所述D+离子源的尾端密封
连接,所述靶电极位于所述真空腔内;还包括为所述真空腔抽真空的分子泵机组;所述高压
输入模块为所述靶电极提供高压电,所述冷却液导流管为所述靶电极提供冷却,所述D+离
子源向所述靶电极发射D+离子束,使得所述靶电极上产生中子。
液导流管内部的高压连接杆向所述靶电极提供高压电;
压输入模块提供高压电,所述循环冷却机用于为所述冷却液导流管提供循环的冷却液,所
述射频电源用于为所述D+离子源提供电源,所述真空计用于测量所述真空腔内的真空度,
所述配电箱用于为中子发生器中的各个用电设备供电;所述附件机柜内还包括用于控制所
述加速高压电源、所述循环冷却机、所述射频电源、所述真空计、所述阳极电源、所述配电
箱、所述分子泵机组工作的控制系统,所述控制系统通过电脑远程控制;
所述第一冷却液输送管与所述冷却液导流管相连,所述循环冷却机的入口通过所述第二冷
却液输送管与所述D+离子源相连;所述射频电源通过所述离子源供电电缆与所述D+离子源
相连;所述加速高压电源通过所述高压线与所述高压输入模块相连;所述阳极电源与所述D
+离子源相连;所述控制系统通过所述信号线与所述分子泵机组以及所述D+离子源相连。
有束流通道;
壳体的一端为圆弧型的开口,表面光滑、无尖锐的棱角;所述电极为不锈钢圆筒,一端为所
述束流通道,为圆弧型的开口,表面光滑、无尖锐的棱角,另一端为带内螺纹的开口,与所述
靶基座通过螺纹连接;
封圈上,实现所述靶片与所述斜面之间的绝缘密封连接;
连接杆的顶端设置有用于连接高压电的高压接头;所述高压接头为铜质;
铁的N极和S极相对设置。
有胶木绝缘套管;
构成所述循环流道;所述内管的顶端的外壁与所述外管的内壁密封连接,所述内管和所述
外管的尾端设置在所述靶电极上,所述外管与所述靶电极密封连接,并用于对所述靶电极
进行支撑;所述外管和所述内管的材质为石英玻璃;
的顶端,所述绝缘螺纹塞与所述高压连接杆之间为密封连接;
环冷却机的出口,所述冷却液输入管与所述外管的侧壁之间为密封连接;还包括冷却液输
出管,所述冷却液输出管的输入一端与所述外管连通,所述冷却液输出管的输出一端用于
排出所述冷却液;
上压环和所述下压环套在所述冷却液导流管外表面,通过第二压盖压紧在所述法兰盘上,
所述第二压盖通过螺纹与所述法兰盘连接;所述上压环与所述下压环之间设置第二密封
圈,所述下压环与所述法兰盘之间设置第三密封圈,通过所述第二密封圈和所述第三密封
圈实现所述冷却液导流管与所述法兰盘之间的密封。
化液。
电源相连;
活套塞设置在所述T形绝缘子内,所述圆头铜帽通过绝缘固定塞固定在所述T形绝缘子内;
所述圆头铜帽设置在所述高压接头的所述凹槽内,实现所述高压接头与所述高压线的连
接;所述活套塞与所述T形绝缘子通过螺纹密封连接;
真空腔内,正对所述靶电极的所述束流通道;还包括套装在所述放电管的外表面的电容耦
合环和设置在所述放电管的顶端的阳极探针;
盘固定在一起。
电管的尾端上设有第五密封圈,在所述第三压盖和压片的作用下实现所述放电管与所述离
子源底盘之间的密封;所述离子源底盘的另一侧用于与所述真空腔连接;所述离子源底盘
内部为圆形的夹层,所述离子源底盘的侧边沿设有与所述夹层连通的进水口和出水口;所
述进水口与所述冷却液导流管上的所述冷却液输出管的输出一端连通;所述出水口与所述
第二冷却液输送管连通;所述冷却液通过所述进水口进入所述夹层,对所述引出结构进行
冷却,然后从所述出水口经所述第二冷却液输送管回流至所述循环冷却机的入口;
进气管,所述进气管通过真空橡皮管与所述氘气钢瓶相连,用于向所述放电管内输入氘气;
所述阳极探针设置在所述放电管的顶端的中心位置,与所述阳极电源相连,用于加载引出
电压;所述阳极探针采用钨棒制作;
和放电管的所述进气管;所述氘气钢瓶上设有气压表,所述氘气钢瓶通过第二抱卡设置在
所述第一空腔的内部底层;
底部;所述屏蔽盒上设有射频线接头,用于所述射频电源匹配器与所述射频电源的连接;所
述射频电源匹配器上设有匹配器输入端口和匹配器输出端口,所述匹配器输入端口用于与
所述射频线接头连接,实现所述射频电源匹配器与所述射频电源的连接;所述匹配器输出
端口用于连接所述电容耦合环,所述射频电源通过所述射频电源匹配器和所述电容耦合环
将功率馈入所述放电管中;所述射频电源的输出频率为108MHz、最大功率200W;
用于与所述离子源底盘相配合,实现所述D+离子源与所述真空腔的密封连接;所述第一法
兰与所述法兰盘之间以及所述第二法兰与所述离子源底盘之间均通过螺钉连接并使用密
封圈实现密封;
分子泵机组对所述真空腔的抽真空;所述弯管与所述第三法兰和所述分子泵机组相连的端
口为国际标准ISO63型,两个端口均通过C形卡实现连接,并通过橡胶密封圈实现密封;
法兰密封设置在所述第三法兰上,所述第四法兰为快接法兰。
过所述滑轨实现所述第一屏蔽体和所述第二屏蔽体的移动,从而实现所述第一屏蔽体和所
述第二屏蔽体的合拢和分离;
孔的孔径,实现准直孔功能;
于屏蔽体外表面的端口上设有航空接头,所述高压线通过所述航空接头进行固定;
和所述凸缘的咬合面能够降低中子和伽马射线从所述凹槽和所述凸缘的交接面的缝隙中
泄漏的几率;
不锈钢板用来外层保护。
接头上,所述附件机柜内的设备再分别与相应的所述接头对应连接;
得系统所需电源增加,本发明采用射频电源馈入高频功率,只需一台射频电源,无需振荡
器,减少了一台电源,同时减小了系统尺寸。
离子源放电管外,还需屏蔽振荡器,屏蔽振荡器不仅具有一定的技术难度,还会增大离子源
和系统尺寸,要投入额外的设备和技术,目前并没有报道对高频离子源采取屏蔽的有效措
施。本发明由于采用了射频电源馈入高频功率的方式,只需屏蔽离子源的放电管16,使得对
干扰信号的屏蔽难度降低,通过将放电管16安装在屏蔽盒6内的方法,有效解决了离子源向
外发送干扰信号的不利问题。
究,发明了适用于小型中子发生器的永磁型磁场结构(即第二永磁铁64),不需要外接电源,
不需要冷却,磁体尺寸和重量减小了一个数量级以上。
短,而引出结构是影响离子源寿命的一个主要因素,本发明对离子源底盘14进行了设计,采
用外接循环冷却水的方式,对引出结构61进行强制制冷,有效提高引出结构61的冷却效果,
从而提高了离子源的使用寿命。
利于焊接,机械强度高,容易加工成冷却液导流管4所需的小尺寸的循环流道的结构。再加
上石英玻璃与金属很容易粘接形成牢固的整体,使其容易跟靶电极13密封连接。
减小、简化中子发生器的系统结构和体积。由氟化液和冷却液导流管4组成的绝缘体的绝缘
层厚度达到10毫米以上,体击穿电压大于300kV。
结构设计简化,尺寸缩小,同时使得真空腔5的直径缩小,有宜于中子发生器系统尺寸的缩
小。
和外管32之间的循环流道导出,对靶片47实现循环冷却。
场,靶面上产生的二次电子在该电场作用下反向运动,打到靶面消失掉。阻止二次电子向加
速场区运动。
2m),无需单独建造中子屏蔽厅。
附图说明
源组成);
14‑离子源底盘,15‑射频电源匹配器,16‑放电管,17‑阳极探针,18‑进气管,19‑气体流量控
制器,20‑氘气钢瓶,21‑第三法兰,22‑弯管,23‑分子泵机组,24‑真空测量管,25‑活套塞,
26‑绝缘固定塞,27‑圆头铜帽,28‑高压接头,29‑绝缘螺纹塞,30‑冷却液输入管,31‑冷却液
输出管,32‑外管,33‑内管,34‑第二压盖,35‑第一压盖,36‑绝缘外螺纹环,37‑第一密封圈,
38‑高压连接杆,39‑上压环,40‑下压环,41‑第二密封圈,42‑第三密封圈,43‑靶基座,44‑电
极,45‑斜面,46‑靶片开口,47‑靶片,48‑靶基内腔,49‑电阻,50‑第一永磁铁,51‑铁片支架,
52‑冷却液通道,53‑束流通道,54‑压环,55‑螺钉,56‑第四密封圈,57‑胶木绝缘套管,58‑进
水口,59‑出水口,60‑夹层,61‑引出结构,62‑第三压盖,63‑第五密封圈,64‑第二永磁铁,
65‑电容耦合环,66‑匹配器输入端口,67‑匹配器输出端口,68‑真空计,69‑阳极电源,70‑射
频电源,71‑配电箱,72‑加速高压电源,73‑循环冷却机,74‑附件机柜,75‑第一中子通道准
直孔,76‑高压线穿线孔,77‑凹槽,78‑把手,79‑通孔,80‑转换连接板,81‑支架,82‑第二空
腔,83‑第二中子通道准直孔,84‑凸缘,85‑万向轮,86‑接头,87‑备用电源插口。
具体实施方式
设置第二空腔82,当第一屏蔽体1和第二屏蔽体2合拢时,第一空腔3和第二空腔82共同构成
设置中子发生器的主体部分的设备舱;中子发生器的主体部分用于通过DD反应产生中子;
主体部分包括D+离子源(D+离子源的主要部件设置在屏蔽盒6内)和直管型的冷却液导流管
4,冷却液导流管4垂直于地面,冷却液导流管4的顶端设置高压输入模块,尾端设置靶电极
13,D+离子源位于靶电极13下方;还包括直筒型的真空腔5,真空腔5的一端与冷却液导流管
4的尾端密封连接,另一端与D+离子源的尾端密封连接,靶电极13位于真空腔5内;还包括为
真空腔5抽真空的分子泵机组23;高压输入模块为靶电极13提供高压电,冷却液导流管4为
靶电极13提供冷却,D+离子源向靶电极13发射D+离子束,使得靶电极13上产生中子。
高压连接杆38向靶电极13提供高压电;
源72用于为高压输入模块提供高压电,循环冷却机73用于为冷却液导流管4提供循环的冷
却液,射频电源70用于为D+离子源提供电源,真空计68用于测量真空腔5内的真空度,配电
箱71用于为中子发生器中的各个用电设备供电;附件机柜74内还包括用于控制加速高压电
源72、循环冷却机73、射频电源70、真空计68、阳极电源69、配电箱71、分子泵机组23工作的
控制系统,控制系统通过电脑远程控制;
输送管与冷却液导流管4相连,循环冷却机73的入口通过第二冷却液输送管与D+离子源相
连;射频电源70通过离子源供电电缆与D+离子源相连;加速高压电源72通过高压线10与高
压输入模块相连;阳极电源69与D+离子源相连;控制系统通过信号线与分子泵机组23以及D
+离子源相连。
冷却液导流管4内部的高压连接杆38向靶电极13提供高压电。
子源产生的D+束流。
为设有靶片开口46的斜面45,并设有外螺纹;斜面45和冷却液通道52之间构成靶基内腔48;
冷却液通道52位于外壳体的一端为圆弧型的开口,表面光滑、无尖锐的棱角。
口,与靶基座43通过螺纹连接。
18mm,外壳体的外径为52mm,内径为46mm,长度150mm;电极44构成外壳体的主体部分(即电
极44的外径为52mm,内径为46mm)。
56上,实现靶片47与斜面45之间的绝缘密封连接(靶片47与斜面45之间不接触),安装顺序
是依次在凹槽内安装第四密封圈56、靶片47和压环54,压环54和靶基座43之间采用绝缘的
螺钉55连接,使靶片47和斜面45(即靶基座43)之间实现绝缘密封。
螺钉55压紧压环54,使靶片47与靶基座43之间实现绝缘密封。
用于与高压线10连接,给靶电极13输送加速高压。高压连接杆38的顶端设置有用于连接高
压电的高压接头28;高压接头28为铜质。
铁50的N极和S极相对设置。
同构成循环流道;内管33的顶端的外壁与外管32的(顶端附近的)内壁密封连接(即密封循
环流道的一端),内管33和外管32的尾端设置在靶电极13上,外管32与靶电极13密封连接,
并用于对靶电极13进行支撑;外管32和内管33的材质为石英玻璃。
两端开口磨平。
靶基内腔48内,内管33尾端的开口与外管32尾端的开口之间相距20mm左右。
塞29与高压连接杆38之间为密封连接;
入管30与外管32的侧壁之间为密封连接;冷却液输出管31的输入一端与外管32连通,冷却
液输出管31的输出一端用于排出冷却液。冷却液首先经冷却液输入管30进入内管33导流到
靶基内腔48内对靶片47进行冷却,再由内管33和外管32之间的循环流道流经冷却液输出管
31排出。
压环40套在冷却液导流管4外表面,通过第二压盖34压紧在法兰盘12上,第二压盖34通过螺
纹与法兰盘12连接;上压环39与下压环40之间设置第二密封圈41,下压环40与法兰盘12之
间设置第三密封圈42,通过第二密封圈41和第三密封圈42实现冷却液导流管4与法兰盘12
之间的密封。
电源72相连。
金属线芯套上圆头铜帽27并焊接牢固),高压线10通过活套塞25设置在T形绝缘子11内,圆
头铜帽27通过绝缘固定塞26固定在T形绝缘子11内;圆头铜帽27设置在高压接头28的凹槽
内,实现高压接头28与高压线10的连接;活套塞25与T形绝缘子11通过螺纹密封连接;高压
线10、T形绝缘子11和高压接头28成为一个整体。
结构61的石英套管上;
针17通过焊接设置在放电管16的顶端的中心位置,与阳极电源69相连,用于加载引出电压;
阳极探针17采用钨棒制作。
上;阳极探针17设置在放电管16的顶端。
石英套管的孔径为5mm。
盖62与离子源底盘14之间通过螺纹连接;放电管16的尾端上设有第五密封圈63,在第三压
盖62和压片的压紧作用下实现放电管16与离子源底盘14之间的密封;离子源底盘14的另一
侧用于与真空腔5连接;离子源底盘14内部为圆形的夹层60,作为冷却水层,离子源底盘14
的侧边沿设有与夹层60连通的进水口58和出水口59,进水口58与冷却液导流管4上的冷却
液输出管31的输出一端连通;出水口59与第二冷却液输送管连通;冷却液通过进水口58进
入夹层60,对引出结构61进行冷却,然后从出水口59经第二冷却液输送管回流至循环冷却
机73的入口。
16的进气管18;氘气钢瓶20上设有气压表,氘气钢瓶20通过第二抱卡设置在第一空腔3的内
部底层。氘气由氘气钢瓶20通过减压阀(减压阀设置在氘气钢瓶20上)和气体流量控制器19
经放电管16上的进气管18流入放电管16内。
6与离子源底盘14固定连接在一起。
70,射频电源匹配器15为PSG‑Mini型匹配器,射频电源匹配器15设置在屏蔽盒6内部底部;
屏蔽盒6上设有射频线接头用于射频电源匹配器15与射频电源70的连接;射频电源匹配器
15上设有匹配器输入端口66和匹配器输出端口67,匹配器输入端口66用于与射频线接头连
接,实现射频电源匹配器15与射频电源70的连接;匹配器输出端口67用于连接电容耦合环
65;通过射频电源匹配器15和电容耦合环65将功率馈入放电管16中(即射频电源馈入高频
功率方式);射频电源70的输出频率为108MHz、最大功率200W,型号为RSG200。
磁铁64的外直径为100mm,内直径为60mm,厚度为20mm。第二永磁铁64安装在屏蔽盒6底部中
心位置,安装时放电管16穿过屏蔽盒6两个端面的中心孔,使第二永磁铁64的中心、放电管
16的中心和屏蔽盒6的两个端面中心重合。
与离子源底盘14相配合,实现D+离子源与真空腔5的密封连接;第一法兰与法兰盘12之间以
及第二法兰与离子源底盘14之间均通过螺钉连接并使用密封圈实现密封;
分子泵机组23对真空腔5的抽真空;弯管22与第三法兰21和分子泵机组23相连的端口为国
际标准ISO63型,两个端口均通过C形卡实现连接,并通过橡胶密封圈实现密封;
置在第三法兰21上,第四法兰为KF40快接法兰。
三法兰21连接在靠近真空腔5的第一法兰一端的侧壁上,距离第一法兰130mm,第三法兰21
的长度为100mm。
键式启停,便于用户使用。在运行过程中,系统参数可以随时保存和调用。
一屏蔽体1和第二屏蔽体2的移动(具体的是在第一屏蔽体1和第二屏蔽体2下方安装滑块,
通过滑块与滑轨7配合,实现第一屏蔽体1和第二屏蔽体2的移动),从而实现第一屏蔽体1和
第二屏蔽体2的合拢和分离。
屏蔽体呈合拢状态下运行中子发生器。中子发生器的主体部分在屏蔽体内部竖直安装。
准直孔83同轴;
时拆卸下来;
径,实现准直孔功能;
面能够降低中子和伽马射线从凹槽77和凸缘84的交接面的缝隙中泄漏的几率。
厚度为40cm,铅层厚度为3mm,不锈钢板厚度为3mm;含硼聚乙烯层用来屏蔽和吸收中子,铅
层用于屏蔽伽马射线,不锈钢板用来外层保护和装饰。
内的设备再分别与相应的接头86对应连接;
将真空腔5内真空抽至10 Pa量级,靶电极13上通过高压输入模块加载‑120kV左右的高压,
由气体流量控制器19向放电管16内输入一定气压的氘气,然后通过射频电源70向电容耦合
环65馈入高频功率(高频电场),使放电管16内的氘气电离,使放电管16内的游离电子在电
场作用下往复运动,获得与管内气体分子碰撞几率,同时由于轴向磁场的存在,使电子运动
变成往复螺旋运动,增加电子与气体分子碰撞的几率,使原子外围电子剥离,使其电离,产
生D+,同时产生更多的电子,产生的电子再次使气体电离,经过一定时间的电离过程后,气
体电离达到平衡并逐渐形成D+等离子体,在引出结构61的上方形成等离子面,经阳极电源
69(高压电源)向阳极探针17加载正直流高压后,电离产生的D+将通过阳极探针17和引出结
构61之间形成的电场作用下由引出结构61的孔道引出到离子源底盘14后端的真空腔5中,D
+束流会在电场作用下加速提高能量,然后打靶发生D‑D或者D‑T核反应,产生中子。靶片47
为氘靶将产生2.5MeV中子,靶片47为氚靶将产生14MeV中子。
输出管31流出,通过进水口58进入离子源底盘14的夹层60对引出结构61进行冷却,然后从
出水口59经第二冷却液输送管回流到循环冷却机73内,从而形成冷却液回路。构成冷却液
导流管4的石英玻璃管的总厚度为5mm(外管32和内管33的壁厚的和),冷却液层厚3mm,冷却
液和石英玻璃管的击穿电压均可达到30kV/mm,使得冷却液导流管4的体击穿电压可达到
200kV以上。