CN109451646B - 一种用于带伴随α粒子探测器的中子管靶 - Google Patents

一种用于带伴随α粒子探测器的中子管靶 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于带伴随α粒子探测器的中子管靶。该中子管靶的剖面为手枪形，在手枪形的缺口处安装散热片，在不额外增加中子管靶的体积的同时，使得加载到靶片上的热量能迅速的被带走，从而保证了靶片处于较低温度状态，靶片能够承载更大的束流功率，进而提高中子产额。本发明的用于带伴随α粒子探测器的中子管靶在空气自然对流状态下，靶片的温度能够维持在200℃以下，可承受500W/cm2功率密度的氘离子束流的轰击，中子产额可达1.1×109n/s以上。

Description

一种用于带伴随α粒子探测器的中子管靶
技术领域
本发明属于核技术及应用领域，具体涉及一种用于带伴随α粒子探测器的中子管靶。
背景技术
伴随α粒子探测器的中子管基本为圆柱形，而这种中子管的靶片安放方式一般为与入射的氘粒子方向成45°角，才能保障核反应产生的带电粒子被探测器接受到，但是，这种安装方式造成了靶片距离中子管底部外壳较远，不利于散热；同时由于带伴随粒子探测器的中子管的束斑较小，束流轰击靶片会造成局部热功率密度很高，引起中子管靶内温度升高，造成了中子管靶内氚含量的降低，所以带伴随粒子探测器的中子管中子产额普遍不高，多为107s-1左右。为了提高中子管靶的散热效率，进而在不增加束流强度的情况下，提高中子产额，需要在中子管底部加装散热结构，一般为多层散热片。但这种结构设计造成了中子管靶长度增加，从而造成了中子管整体体积的增加，限制了中子管在一些领域的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于带伴随α粒子探测器的中子管靶。
本发明的用于带伴随α粒子探测器的中子管靶，其特点是，所述的中子管靶为双层壳结构，外层为中子管外壳，内层为二次电子抑制筒，中子管外壳和二次电子抑制筒之间通过真空穿通绝缘；中子管靶的剖面为手枪形，手枪形的凹平面与手枪形的竖直平面和水平平面均呈45°角；凹平面的中心安装有靶片，中子管外壳竖直平面上开有出射孔Ⅰ，与出射孔Ⅰ对应的二次电子抑制筒位置上开有出射孔Ⅱ，二次电子抑制筒水平平面开有氘氚混合离子限束孔，出射孔Ⅰ和出射孔Ⅱ的中心线与氘氚混合离子限束孔的中心线相交于靶片的中心；阵列排列的散热片固定在中子管外壳的凹平面及相邻的中子管外壳的表面上，散热片与凹平面垂直。
所述的散热片的间距为3mm～5mm。
为了进一步降低靶片的温度，可以在中子管靶外面与散热片相对的位置处安装风扇。
本发明的用于带伴随α粒子探测器的中子管靶的散热片充分利用了中子管靶的外形缺口，不额外增加中子管靶的体积，同时由于靶片与散热片通过中子管外壳接触，使得加载到靶片上的热量能迅速的被带走，从而保证了靶片处于较低温度状态，靶片能够承载更大的束流功率，进而提高中子产额。
本发明的用于带伴随α粒子探测器的中子管靶在空气自然对流状态下可承受500W/cm2功率密度的氘离子束流的轰击，靶片的温度维持在200℃以下，中子产额可达1.1×109n/s以上。
附图说明
图1为本发明的用于带伴随α粒子探测器的中子管靶的结构示意图；
图中，1.中子管外壳2.靶片3.二次电子抑制筒4.真空穿通5.散热片6.氘氚混合离子限束孔7.出射孔Ⅰ8.出射孔Ⅱ。
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示，本发明的用于带伴随α粒子探测器的中子管靶为双层壳结构，外层为中子管外壳1，内层为二次电子抑制筒3，中子管外壳1和二次电子抑制筒3之间通过真空穿通4绝缘；中子管靶的XY剖面为手枪形，手枪形的凹平面与手枪形的竖直平面和水平平面均呈45°角；凹平面的中心安装有靶片2，中子管外壳1竖直平面上开有出射孔Ⅰ7，与出射孔Ⅰ7对应的二次电子抑制筒3位置上开有出射孔Ⅱ8，二次电子抑制筒3水平平面开有氘氚混合离子限束孔6，出射孔Ⅰ7和出射孔Ⅱ8的中心线与氘氚混合离子限束孔6的中心线相交于靶片2的中心；阵列排列的散热片5固定在中子管外壳1的凹平面及相邻的中子管外壳1的表面上，散热片5与凹平面垂直。
所述的散热片5的间距为3mm～5mm。
本发明的用于带伴随α粒子探测器的中子管靶工作过程如下：
将中子管外壳1接地，-100V的抑制电压通过真空穿通4连接二次电子抑制筒3，产生的-100V的负电势使带电氘离子轰击到靶片2后诱发的二次电子无法逃逸出二次电子抑制筒3；同时沉积到靶片2的热量会通过靶片2后的中子管外壳1迅速热传导到散热片5，然后通过散热片5与空气的对流交换将靶片2上沉积的热量驱散，达到降低中子管靶片2温度的目的。
实施例1
采用潘宁源产生的氘氚混合离子束能量80keV，流强300μA，入射到钛材料的靶片2上，热流密度达500W/cm2，在外部空气自然对流状态下，靶片2温度约180℃，中子产额可达1.1×109n/s以上。
实施例2
本实施例与实施例1的实施方式基本相同，主要区别在于，在中子管靶外面与散热片相对的位置处安装风扇，风扇的风速为1m/s，若维持靶片2表面温度为180℃，则靶片2承受的热流密度可达1KW/cm2，相应的氘氚混合离子束流可增大到600μA，则中子产额提高了2倍，达2.2×109n/s以上。
尽管上面说明性内容对本发明的一种具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但本发明并不限于上述具体实施方式，凡是各种变化在本发明的权利要求书限定和确定的本发明的精神和范围内的，均属于本发明要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于带伴随α粒子探测器的中子管靶，其特征在于：
所述的中子管靶为双层壳结构，外层为中子管外壳(1)，内层为二次电子抑制筒(3)，中子管外壳(1)和二次电子抑制筒(3)之间通过真空穿通(4)绝缘；中子管靶的剖面为手枪形，手枪形的凹平面与手枪形的竖直平面和水平平面均呈45°角；凹平面的中心安装有靶片(2)，中子管外壳(1)竖直平面上开有出射孔Ⅰ(7)，与出射孔Ⅰ(7)对应的二次电子抑制筒(3)位置上开有出射孔Ⅱ(8)，二次电子抑制筒(3)水平平面开有氘氚混合离子限束孔(6)，出射孔Ⅰ(7)和出射孔Ⅱ(8)的中心线与氘氚混合离子限束孔(6)的中心线相交于靶片(2)的中心；阵列排列的散热片(5)固定在中子管外壳(1)的凹平面及相邻的中子管外壳(1)的表面上，散热片(5)与凹平面垂直；
所述的散热片(5)的间距为3mm～5mm；
在中子管靶外面与散热片(5)相对的位置处安装风扇。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103200759A (zh) * 2013-03-17 2013-07-10 东北师范大学 高产额中子发生器的散热机构
CN106683736A (zh) * 2016-12-27 2017-05-17 中国科学院合肥物质科学研究院 一种适用于氘氚聚变中子源的高载热靶系统

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