CN104363693A - 平面型射频离子源自成靶中子管 - Google Patents
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Abstract
本发明属于中子源，具体涉及一种可关断平面型射频离子源自成靶中子管，本发明主要由平面型射频离子源、储气元件、加速电极、靶和真空系统构成。用平面型射频离子源代替潘宁源，平面型射频离子源由复合系数小的石英放电杯、紧贴杯底的平面型螺旋天线和封住杯口的可伐材料引出极构成，沿放电杯管径向由若干块磁铁构成会切磁场，提高等离子密度，以及通过限制电子运动和减少管壁复合损耗。射频功率以电感耦合的方式从天线传递到等离子体。在离子源外部增加屏蔽罩，减少射频电场对其他设备的影响，内置储气器饱和吸附氘氚气体，加热释放。本发明大幅提高单原子离子的比例，提高反应气体的利用率，减少引出孔的溅射，从而提高中子管产额、寿命。
Description
技术领域
本发明属于中子源，具体涉及一种可关断平面型射频离子源自成靶中子管。
背景技术
中子源在石油测井，煤质分析，国土安全、无损成像检测等方面应用广泛。 天然放射源总是处于放射性状态，无脉冲类型，限制了分析应用，其在制造、保管和使用上易造成人员危险。基于加速器技术和聚合反应的紧凑型中子发生器能够避免天然放射性源的相关问题，与反应堆和大型加速器系统相比，还具有尺寸和能耗方面的优势。
中子管是中子发生器的核心部件。当前国内商业化的中子管多采用潘宁离子源，其具有结构简单紧凑、低功耗的优点。但引出的氘氚离子束流含有多种离子，其中分子离子占90%以上，而单原子离子不足10%，多原子离子击中靶核时，参与核反应的能量约占全部能量的1/n(n是离子中原子的个数)，对中子产额的贡献也很小，降低了加速器的效率。此外，多原子离子对引出阴极孔材料和靶膜产生溅射损耗，影响中子管的寿命和稳定性。 能够引出高比例单原子离子的离子源是决定中子管的性能的关键。
发明内容
本发明的目的是克服现有潘宁型中子管的不足，提供一种平面型射频离子源中子管，以提高中子管的产额、寿命和稳定性。
由于平面型射频离子源具有单原子离子比高、束流密度大、寿命长、工作稳定可靠的特点，在大型加速器上应用很广，等离子体密度大，单原子离子比高达到80%以上。鉴于平面型射频离子源可以克服潘宁源的缺陷，采用13.56MHz的小型平面射频离子源替代潘宁离子源作为中子管的离子源，产生氘氚的正离子。平面射频离子源是利用高频能量使放电管内的气体放电，充分电离，形成等离子体，然后通过引出极引出束流的。由于放电管是非金属材料制成，杂质含量比较低。更主要的是由于没有灯丝和放电电极，具有较高的可靠性和较长的寿命。平面型射频离子源产生的氘氚正离子，也存在分子离子和三原子离子，但分子离子和三原子离子在引出束流中所占比例不足20%。 由于束流利用率高，产生相同产额中子所需的氘氚离子的束流量比较小，对靶的溅射损伤非常小，靶的寿命可以得到显著延长，同时能够解决目前中子管寿命短、稳定性不高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
平面型射频离子源中子管主要由平面型射频离子源、储气元件、加速电极、靶和真空系统构成。用平面型射频离子源代替潘宁源，平面型射频离子源由复合系数小的石英放电杯、紧贴杯底的平面型螺旋天线和封住杯口的可伐材料引出极构成，沿放电杯管径向由若干块磁铁构成会切磁场，来提高等离子密度，以及通过限制电子运动和减少管壁复合损耗。射频功率以电感耦合的方式从天线传递到等离子体。在离子源外部增加屏蔽罩，减少射频电场对其他设备的影响，内置储气器饱和吸附氘氚气体，加热释放。
本发明的有益效果是大幅提高单原子离子的比例，提高反应气体的利用率，减少引出孔的溅射，对提高中子管产额、寿命和稳定性有积极意义。
附图说明
附图是平面型射频离子源自成靶中子管结构示意图。
其中1.平面天线，2.陶瓷固片，3.射频电极，4.会切磁铁，5. 屏蔽罩，6.放电杯，7.储气器，8.引出极，9.储气电极，10.排气管，11.加速电极，12.陶瓷壳，13.下封罩，14.靶。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
具体实施方式
本发明中子管是圆柱体轴对称结构，如附图，首先选用可伐合金和陶瓷、石英玻璃等材料加工各部件，并将各部件清洗干净，然后将储气器7、储气电极9、排气管10和引出极8焊接在一起，接着先后分别将加速电极11、引出极8与陶瓷外壳12封接在一起，再将放电杯6杯口端与引出极8封接在一起。引出极8、加速电极11均中心开孔，加速电极11孔径是引出极8的1.5倍，封接要求加速电极11、引出极8和放电杯6严格同轴，同轴装调精度小于0.2mm。再将下封罩13、靶14和加速电极11用氩弧焊焊接在一起，排气管10完成自成靶排气工艺、抽低真空后将排气管封口。在离子源端，将平面天线1在放电杯6杯底均匀螺旋分布，安装陶瓷固片2，确保平面天线1和放电杯6杯底稳固紧密接触。在屏蔽罩5圆筒内壁安放若干会切磁铁4，将整个屏蔽罩5罩在放电管6外壁，保证二者紧密接触。最后将射频电极3固定在屏蔽罩5上，屏蔽罩5下端与引出极8紧固在一起。
和传统潘宁源中子管相比，在吸附相同气体情况下，本发明中子管寿命提高5倍以上，产额提高至少2个数量级。
Claims (2)
1.一种平面型射频离子源自成靶中子管，其特征是：中子管是圆柱体轴对称结构，主要选用可伐合金和陶瓷、石英玻璃材料加工各部件，储气器（7）、储气电极（9）、排气管（10）和引出极（8）焊接在一起，先后分别将加速电极（11）、引出极（8）与陶瓷外壳（12）封接在一起，再将放电杯（6）杯口端与引出极（8）封接在一起，引出极（8）、加速电极（1）1均中心开孔，加速电极（11）孔径是引出极（8）的1.5倍，封接要求加速电极（11）、引出极（8）和放电杯（6）同轴，再将下封罩（13）、靶（14）和加速电极（11）焊接在一起，排气管（10）抽低真空后将排气管封口，在离子源端，将平面天线（1）在放电杯（6）杯底均匀螺旋分布，安装陶瓷固片（2），在屏蔽罩（5）圆筒内壁安放若干会切磁铁（4），将整个屏蔽罩（5）罩在放电管（6）外壁，二者紧密接触，将射频电极（3）固定在屏蔽罩（5）上，屏蔽罩（5）下端与引出极（8）紧固在一起。
2.按权利要求1所述的中子管，其特征是：引出极（8）和放电杯（6）同轴，同轴装调精度小于0.2mm。
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