CN109152193A - 一种车载质子直线加速器中子源照相系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车载质子直线加速器中子源照相系统，包括离子源、质子直线加速器、中子照相装置、中央控制及数据采集处理系统、靶站以及用于提供能量的功率源；靶站包括屏蔽罩、锂靶、磁偏转装置及中子准直器；离子源产生的质子束经质子直线加速器加速及磁偏转装置偏转后轰击到锂靶上，使锂靶产生中子束，锂靶产生的中子束经中子准直器后轰击待测对象，中子照相装置接收经待测对象反射回来的中子，中子照相装置的输出端与中央控制及数据采集处理系统相连接，该照相系统对屏蔽的要求较低，并且产生中子的效率较高，同时能够实现车载化。

Description

一种车载质子直线加速器中子源照相系统
技术领域
本发明属于工程技术设计领域，涉及一种车载质子直线加速器中子源照相系统。
背景技术
中子照相是一种优良的无损检测技术。中子不带电、穿透性强，能分辨同位素、轻元素及近邻元素，穿过被测物体后，物体结构的不同或材料的差异会对其造成不同强度的衰减。对透过的中子强度分布进行探测，即可得到物体的内部结构和材料分布等信息。利用中子照相技术对被测物体和对象进行无损检测，在工业和工程应用方面具有巨大的开发潜力。
基于体积小、重量轻、相对易操作和控制的小型加速器中子源，将其进一步小型化实现车载，可以非常方便地在所希望的工作现场开展中子照相工作，实现对桥梁、大坝、隧道等建筑内部结构的缺陷检查、航空器件的锈蚀检测以及爆炸物的检测分析等用途。车载加速器中子源照相系统的实现，可以大大拓宽中子源的使用范围，能够非常便利地在工作现场开展中子无损探伤、中子成像等工作，实现对特种建筑、桥梁、大坝、隧道、轨道交通、压力容器、核电设施、飞机、火箭等的在役检测。这对推动我国科研水平进步，促进国民经济和社会发展具有重大意义。
国内的中国工程物理研究院基于采用D-T反应方案的中子管进行的可移动式中子成像检测仪的研制开发已接近完成，其预计中子产额为1011n/s，旨在实现14MeV的快中子照相。但是D-T反应的产物放射性较大，对屏蔽要求较高，可能导致整个车载系统重量大幅增加，影响安全性和可移动性。同时通过此反应产生中子效率偏低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种车载质子直线加速器中子源照相系统，该照相系统对屏蔽的要求较低，并且产生中子的效率较高，同时能够实现车载化。
为达到上述目的，本发明所述的车载质子直线加速器中子源照相系统包括离子源、质子直线加速器、中子照相装置、中央控制及数据采集处理系统、靶站以及用于提供能量的功率源；靶站包括屏蔽罩以及设置于屏蔽罩内的锂靶、磁偏转装置及中子准直器；
离子源产生的质子束经质子直线加速器加速及磁偏转装置偏转后轰击到锂靶上，使锂靶产生中子束，锂靶产生的中子束经中子准直器后轰击待测对象，中子照相装置接收经待测对象反射回来的中子，中子照相装置的输出端与中央控制及数据采集处理系统相连接；
中央控制及数据采集处理系统的输出端与离子源的控制端、质子直线加速器的控制端、磁偏转装置的控制端及中子照相装置的控制端相连接。
还包括运载车，其中，运载车车厢的中部设置有辐射防护门，其中，功率源及中央控制及数据采集处理系统位于车厢的前侧，离子源、质子直线加速器及靶站均位于车厢的后侧，且离子源、质子直线加速器及靶站由前到后依次布置，中子照相装置位于靶站的正下方，且中子照相装置位于车厢的底部。
质子直线加速器与离子源及锂靶之间均通过真空导管相连通，磁偏转装置位于真空导管的侧面。
离子源产生的质子束经质子直线加速器加速及磁偏转装置偏转90°后轰击到锂靶上。
质子直线加速器为RFQ质子直线加速器。
辐射防护门及屏蔽罩的材质为铅硼聚乙烯。
中子准直器由聚乙烯制成。
锂靶的底部设置有环形凹槽，中子准直器的上端内嵌于所述环形凹槽内。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的车载质子直线加速器中子源照相系统在具体操作时，采用质子直线加速器加速质子轰击锂靶产生中子的方案，质子直线加速器对带电粒子的加速性能较好，俘获效率高，并且体积小，同时作为入射粒子的质子质量较小，容易被加速至理想速度，同时所需的输电功率较低，更容易实现车载化。另外，质子束被加速后通过磁偏转装置调节质子束的方向，使得绝大部分出射中子向下射出，适用于大多数基础设施的探测环境。另外，本发明以锂靶为靶系统，在2.5-4MeV、100uA的质子束轰击下，能够实现1011-1012n/s的高中子产额，从而加快对待测物体的照相速度，提高成像效果。另外，锂靶没有流动性，反应产物放射性较弱，放射性危害可控，系统屏蔽的要求较低。通过屏蔽罩屏蔽所有偏离方向的中子及γ射线，保证周边人员及环境的安全。
附图说明
图1本发明的结构示意图；
图2为本发明的原理图。
其中，1为运载车、2为功率源、3为中央控制及数据采集处理系统、4为离子源、5为质子直线加速器、6为靶站、61为锂靶、62为磁偏转装置、63为屏蔽罩、64为中子准直器、7为中子照相装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图2，本发明所述的车载质子直线加速器中子源照相系统包括离子源4、质子直线加速器5、中子照相装置7、中央控制及数据采集处理系统3、靶站6以及用于提供能量的功率源2；靶站6包括屏蔽罩63以及设置于屏蔽罩63内的锂靶61、磁偏转装置62及中子准直器64；离子源4产生的质子束经质子直线加速器5加速及磁偏转装置62偏转后轰击到锂靶61上，使锂靶61产生中子束，锂靶61产生的中子束经中子准直器64后轰击待测对象，中子照相装置7接收经待测对象反射回来的中子，中子照相装置7的输出端与中央控制及数据采集处理系统3相连接；中央控制及数据采集处理系统3的输出端与离子源4的控制端、质子直线加速器5的控制端、磁偏转装置62的控制端及中子照相装置7的控制端相连接。
参考图1，本发明还包括运载车1，其中，运载车1车厢的中部设置有辐射防护门，其中，功率源2及中央控制及数据采集处理系统3位于车厢的前侧，离子源4、质子直线加速器5及靶站6均位于车厢的后侧，且离子源4、质子直线加速器5及靶站6由前到后依次布置，中子照相装置7位于靶站6的正下方，且中子照相装置7位于车厢的底部。
质子直线加速器5与离子源4及锂靶61之间均通过真空导管相连通，磁偏转装置62位于真空导管的侧面；质子直线加速器5为RFQ质子直线加速器；辐射防护门及屏蔽罩63的材质为铅硼聚乙烯；中子准直器64由聚乙烯制成；锂靶61的底部设置有环形凹槽，中子准直器64的上端内嵌于所述环形凹槽内。
在实际使用时，操作人员驾驶运载车1至检测位置，使得中子照相装置7正对待测对象，其中，中子准直器64的出口、中子照相装置7及待测对象位于同一直线上。然后打开中央控制及数据采集处理系统3，通过功率源2提供电能，再控制离子源4产生具有足够流强的质子束，质子束经真空导管进入质子直线加速器5后被加速至所需能量(2.5-4MeV)，再经真空导管进入靶站6中。
在靶站6中，质子束经磁偏转装置62使方向向下偏转90°后，轰击水平放置的锂靶61产生中子束，向前出射的中子通过中子准直器64引出，然后穿过中子照相装置7轰击待测对象，而其余部分的中子被屏蔽罩63屏蔽。利用中子照相装置7接收与待测对象相互作用而反射回来的中子，然后再经过信号转换之后传输到中央控制及数据采集处理系统3中进行数据处理及分析，从而得到待测对象详细的数据及图表等结果，以掌握待测对象的内部结构、元素组成及应力分布等信息，实现对待测物体的照相及无损检测。

Claims (8)

1.一种车载质子直线加速器中子源照相系统，其特征在于，包括离子源(4)、质子直线加速器(5)、中子照相装置(7)、中央控制及数据采集处理系统(3)、靶站(6)以及用于提供能量的功率源(2)；靶站(6)包括屏蔽罩(63)以及设置于屏蔽罩(63)内的锂靶(61)、磁偏转装置(62)及中子准直器(64)；
离子源(4)产生的质子束经质子直线加速器(5)加速及磁偏转装置(62)偏转后轰击到锂靶(61)上，使锂靶(61)产生中子束，锂靶(61)产生的中子束经中子准直器(64)后轰击待测对象，中子照相装置(7)接收经待测对象反射回来的中子，中子照相装置(7)的输出端与中央控制及数据采集处理系统(3)相连接；
中央控制及数据采集处理系统(3)的输出端与离子源(4)的控制端、质子直线加速器(5)的控制端、磁偏转装置(62)的控制端及中子照相装置(7)的控制端相连接。
2.根据权利要求1所述的车载质子直线加速器中子源照相系统，其特征在于，还包括运载车(1)，其中，运载车(1)车厢的中部设置有辐射防护门，其中，功率源(2)及中央控制及数据采集处理系统(3)位于车厢的前侧，离子源(4)、质子直线加速器(5)及靶站(6)均位于车厢的后侧，且离子源(4)、质子直线加速器(5)及靶站(6)由前到后依次布置，中子照相装置(7)位于靶站(6)的正下方，且中子照相装置(7)位于车厢的底部。
3.根据权利要求1所述的车载质子直线加速器中子源照相系统，其特征在于，质子直线加速器(5)与离子源(4)及锂靶(61)之间均通过真空导管相连通，磁偏转装置(62)位于真空导管的侧面。
4.根据权利要求1所述的车载质子直线加速器中子源照相系统，其特征在于，离子源(4)产生的质子束经质子直线加速器(5)加速及磁偏转装置(62)偏转90°后轰击到锂靶(61)上。
5.根据权利要求1所述的车载质子直线加速器中子源照相系统，其特征在于，质子直线加速器(5)为RFQ质子直线加速器。
6.根据权利要求2所述的车载质子直线加速器中子源照相系统，其特征在于，辐射防护门及屏蔽罩(63)的材质为铅硼聚乙烯。
7.根据权利要求1所述的车载质子直线加速器中子源照相系统，其特征在于，中子准直器(64)由聚乙烯制成。
8.根据权利要求1所述的车载质子直线加速器中子源照相系统，其特征在于，锂靶(61)的底部设置有环形凹槽，中子准直器(64)的上端内嵌于所述环形凹槽内。
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