專利名稱：靜電慣性約束型無靶中子管的制作方法
技術領域：
本發明屬于可關斷中子源，具體涉及一種靜電慣性約束型無靶中子管。
背景技術：
目前國內生產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的負高壓將離子源產生的氘(D)離子和氚(T)離子加速，并在靶上發生核反應產生中子。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射點，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，對中子產額的貢獻很小。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，他們對中子的產額沒有貢獻。但這些貢獻小或沒有貢獻的重離子，打到靶上引起濺射，使靶材料產生比較大的消耗，縮短了靶的壽命，同時使中子產額快速減小。重離子打到靶上還會產生二次電子，這些二次電子如果進入離子源，會破壞離子源的工作狀態，產生雪崩放電等嚴重后果，因此，必須加偏轉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)離子的產生和加速在同一球形空間內完成，氘氚離子向球形腔體的中心聚集，并在球形腔體的中心區域發生氘氚離子的碰撞而產生中子，沒有靶，沒有獨立的離子源，這樣可以極大地延長中子管的壽命。
發明內容
本發明的目的是克服現有采用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計而成，新型中子管的結構是，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，在腔內充入一定量的氘氚混合氣體，當鼠籠形金屬電極加上數IOKV — 100KV的負高壓時，腔中游離的自由電子被加速飛向地電極即金屬外殼內壁，在電子飛行的過程中和氘氚氣體的分子不斷發生碰撞，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電極區域，在離子飛行的過程中一部分打在鼠籠形金屬負電極上，產生二次電子并被加速，另一部分(大多數)穿越鼠籠形金屬負電極，在穿越鼠籠形金屬負電極時發生氘氚離子的碰撞產生中子，沒有碰撞的氘氚離子穿過鼠籠形金屬負電極，靠慣性繼續向球形腔內壁作減速運動，當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熱，溫度會升高，也會放出電子并被加速。這樣持續不斷的往復運動，在腔內的中心區域形成氘氚離子的高密度區，從而形成穩定的中子輸出。這種結構的中子管沒有靶，因此不必考慮靶的壽命問題。而氘氚離子運動過程中碰撞出的二次電子，又恰好是產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。這種結構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熱，而且熱量不易及時傳導出來，容易使金屬電極熔化。這里我們采用高熔點的金屬材料作為鼠籠形金屬電極加上適當的冷卻機構，就可以解決這一問題。本發明所采用的技術方案是: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。在球形腔體中心區域放置用高熔點金屬做成的鼠籠形電極，作為負高壓電極。在排氣和抽真空孔處設置固態儲存器，用來存儲氘氚工作介質。系統經過高溫排氣過程，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IOKV — 100KV的負高壓，就可以產生持續不斷的中子。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行冷卻，沒有包住的部分作為中子輸出區域。具體結構是:負高壓電極和陶瓷絕緣棒封接在一起，負高壓電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，中子管內部所有零部件必須保持同心，同心度允差不大于0.02mm。本發明的有益效果是采用這種結構的中子管在相同的中子產額下，壽命比PIG源中子管提高大約I個數量級。
附圖是靜電慣性約束型無靶中子管的結構示意圖。其中1.負高壓電極，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。
下面結合附圖對本發明進一步說明。
具體實施例方式本發明的中子管是同心球形結構，它把儲存器、鼠籠金屬電極密封在不銹鋼球形腔內，金屬腔外是冷卻機構，構成一只結構簡單緊湊、使用方便的電真空器件，其結構和位置關系如附圖所示。首先將負高壓電極I和陶瓷絕緣棒2封接在一起，負高壓電極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，中子管工作時產生的熱量用冷卻液9進行冷卻，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。中子管工作時產生的中子，其中子通量在中子輸出口處最強。中子管內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，壽命比相同產額的PIG源中子管提高10倍以上，穩定性不大于3%，成品率1 于90%。
權利要求
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構，把儲存器(6)、鼠籠金屬電極(3)密封在不銹鋼球形腔內，金屬腔外是冷卻機構，構成一只結構簡單緊湊的電真空器件，負高壓電極(I)和陶瓷絕緣棒(2)封接在一起，負高壓電極(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.按照權利要求1所述的靜電慣性約束型無靶中子管，其特征是內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
本發明屬于可關斷中子源，具體涉及一種靜電慣性約束型無靶中子管。本發明利用靜電慣性約束的原理設計而成，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成。儲存器加熱放出氘氚混合氣體，當鼠籠形金屬電極加上數10KV—100KV的負高壓時，在腔體內產生氘(D)、氚(T)的離子，且中心區域離子密度最高。氘氚離子在腔內被電場加速奔向中心區域，穿過中心區域靠慣性繼續前行，當速度降為零時折返回，如此往復運動，在中心區域氘氚離子發生碰撞而產生中子。這種結構的中子管，其壽命和穩定性指標得到明顯改善。在相同中子產額下，壽命比PIG源中子管提高大約1個數量級。
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 優先權日2013年3月21日
發明者喬雙 申請人:東北師范大學