CN105869693A - 一种中子源 - Google Patents

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李彦
唐君
娄本超
薛小明
牟云峰
李小飞
胡永宏
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Abstract

本发明提供了一种中子源，所述中子源采用多孔离子源，引出有特定形状及密度分布的氘离子或氘氚混合离子。每个引出孔都有对应的初始聚焦电极和加速电极，离子束完成加速后，经过电四极场，在Z方向上聚焦至所需要的小尺寸，同时在Y方向上散焦展开到一定长度，形成扇形离子束。扇形离子束轰击到移动靶上，在Y方向上，产生与小尺寸焦斑点状中子源等效的出射中子束。本发明的中子源适合应用于中子治疗、照相、爆炸物检测等对中子束有方向性和点源特性要求的领域。

Description

一种中子源
技术领域
本发明属于核技术及应用领域，具体涉及一种中子源。
背景技术
加速器中子源是利用离子源产生的氘离子或氘氚混合离子，经过加速电场的加速，获得一定的能量，在靶上发生D/D或D/T聚变反应，并在4π方向上放出中子。加速器中子源产额高，关断电源后没有中子产生，使用方便，可控性好，安全性较高。利用加速器中子源产生的中子束进行中子照相、治疗、违禁品检测等工作时，可以实现小型化及可移动的中子源，应用前景广阔。
用中子进行照相、治疗等工作时，通常希望中子产额越高越好，同时还希望焦斑小，提高中子束的准直特性。离子源的引出孔径一般只有几个毫米，束流强度几十毫安，增大孔径虽然可以提高引出的束流强度，但是会影响离子源的工作特性以及初始的离子束光学特性。另外，采用单孔引出的离子源产生的离子束，加速后的束斑截面束流密度呈高斯分布，峰值密度比平均密度高出60%，靶上高密度部分成为薄弱区，影响整个靶的使用寿命。一般在需要强流离子束输出时，多采用多孔引出，可以得到极高的离子束流强，比如：开孔数量足够多时，可以引出流强高达几个安培的离子束。但是，多孔引出离子束束斑截面都比较大，在需要产生点源特性中子束的应用领域，聚焦是一个困难的事情。
目前，尚无一种经济、结构简单、具有方向性和点源特性的高产额中子源。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种中子源。
本发明的中子源，其特点是，包括多孔离子源、初始聚焦电极、加速电极、四极透镜、移动靶，多孔离子源输出的离子束，通过初始聚焦电极和加速电极后获得额定能量，然后穿过四极透镜，形成扇形离子束，扇形离子束轰击移动靶，产生与等效焦斑相同特性的出射方向中子束；
所述的移动靶的轰击面为斜面。
所述的多孔离子源的输出孔排列成间距相同的矩形阵列。
所述的初始聚焦电极上开有聚焦孔，聚焦孔的数量和排列方式与多孔离子源上的输出孔一一对应。
所述的加速电极上的开有加速孔，加速孔的数量和排列方式与初始聚焦电极上的聚焦孔一一对应，对应的输出孔、聚焦孔和加速孔在与X轴平行的一条直线上。
所述的离子束为氘或氘氚混合离子束中的一种。
所述的四极透镜为电四极透镜。
所述的扇形离子束在移动靶上轰击区域的Z方向宽度范围为5mm~10mm。
所述的移动靶斜面倾斜角α范围为3°~15°。
所述的移动靶在z方向来回平移。
本发明的中子源，采用均匀分布引出孔的多孔离子源输出分布基本均匀的强流离子束，通过各自独立的加速通道加速后，获得基本均匀分布的具有额定能量的离子束，再用四极透镜将离子束在Z方向聚焦到所需要小尺寸，在Y方向大幅度均匀展宽，降低了靶面上沉积功率的峰值密度，延长了靶的寿命。也可以在保持峰值密度不变的条件下，增加总的离子束流强度，进而提升总中子产额。整个装置结构简单、紧凑，成本低。
附图说明
图1为本发明的中子源的示意图；
图中，1.多孔离子源 2.初始聚焦电极 3.加速电极 4.离子束 5.四极透镜 6.移动靶 7.等效焦斑 8.出射方向中子束。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1所示，本发明的中子源，包括多孔离子源1、初始聚焦电极2、加速电极3、四极透镜5、移动靶6，多孔离子源1输出的离子束4，通过初始聚焦电极2和加速电极3后达到额定能量，然后穿过四极透镜5，形成扇形离子束，扇形离子束轰击移动靶6，产生与等效焦斑7相同特性的出射方向中子束8；图中的X、Y、Z为坐标系。
所述的移动靶6的轰击面为斜面。
所述的多孔离子源1的输出孔排列成间距相同的矩形阵列。
所述的初始聚焦电极2上开有聚焦孔，聚焦孔的数量和排列方式与多孔离子源1上的输出孔一一对应。
所述的加速电极3上的开有加速孔，加速孔的数量和排列方式与初始聚焦电极2上的聚焦孔一一对应，对应的输出孔、聚焦孔和加速孔在与X轴平行的一条直线上。
所述的离子束4为氘或氘氚混合离子束中的一种。
所述的四极透镜5为电四极透镜。
所述的扇形离子束在移动靶6上轰击区域的Z方向宽度范围为5mm~10mm。
所述的移动靶6斜面倾斜角α范围为3°~15°。
所述的移动靶6在z方向来回平移。
实施例 1
单排引出孔，孔径3mm，数量5个，每个引出束流2mA，总流强10mA，加速电压250kV，电四极透镜工作电压30kV，采用通水冷却的固定靶，固定靶的斜面倾斜角α范围为3°~15°，在固定靶上获得100mm×5mm的轰击区域，扇形离子束在固定靶上轰击区域的Z方向宽度范围为5mm~10mm。等效焦斑尺寸5mm×5mm，峰值密度只有单孔引出、加速，再经四极透镜压缩展开方式的60%左右，从而延长了靶寿命。
实施例 2
双排引出孔，孔径3mm，数量2×5个，每个引出束流2mA，总流强20mA，加速电压250kV，电四极透镜聚焦电位30kV，采用通水冷却的固定靶，固定靶的斜面倾斜角α范围为3°~15°，在固定靶上获得120mm×8mm的轰击区域，等效焦斑尺寸8mm×8mm，峰值密度只有单孔引出、加速，再经四极透镜压缩展开方式的60%左右，延长了靶寿命。
实施例 3
三排引出孔，孔径3mm，数量3×8个，每个引出束流5mA，总流强120mA，加速电压250kV，电四极透镜聚焦电位30kV，采用移动靶3，移动靶3的斜面倾斜角α范围为3°~15°，移动靶3的来回平移范围为±50mm，在靶上获得150mm×100mm的轰击区域，等效焦斑尺寸10mm×10mm与实施例2比较，等效焦斑尺寸大了2mm，中子产额高出6倍，靶上沉积的束流平均峰值密度低了2.5倍，峰值密度只有单孔引出、加速，再经四极透镜压缩展开方式的60%左右，有效延长了靶寿命。
最后应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种中子源，其特征在于，所述中子源包括多孔离子源（1）、初始聚焦电极（2）、加速电极（3）、四极透镜（5）、移动靶（6），多孔离子源（1）输出的离子束（4），通过初始聚焦电极（2）和加速电极（3）后获得额定能量，然后穿过四极透镜（5），形成扇形离子束，扇形离子束轰击移动靶（6），产生与等效焦斑（7）相同特性的出射方向中子束（8）；
所述的移动靶（6）的轰击面为斜面。
2.根据权利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的多孔离子源（1）的输出孔排列成间距相同的矩形阵列。
3.根据权利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的初始聚焦电极（2）上开有聚焦孔，聚焦孔的数量和排列方式与多孔离子源（1）上的输出孔一一对应。
4.根据权利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的加速电极（3）上的开有加速孔，加速孔的数量和排列方式与初始聚焦电极（2）上的聚焦孔一一对应，对应的输出孔、聚焦孔和加速孔在与X轴平行的一条直线上。
5.根据权利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的离子束（4）为氘或氘氚混合离子束中的一种。
6.根据权利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的四极透镜（5）为电四极透镜。
7.根据权利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的扇形离子束在移动靶（6）上轰击区域的Z方向宽度范围为5mm~10mm。
8.根据权利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的移动靶（6）斜面倾斜角α范围为3°~15°。
9.根据权利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的移动靶（6）在z方向来回平移。
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