CN111712032B - 一种自屏蔽dd中子发生器 - Google Patents

Abstract

本发明属于中子发生器技术领域，具体涉及一种自屏蔽DD中子发生器，包括由第一屏蔽体(1)和第二屏蔽体(2)合拢组成的密封的立方体型的屏蔽体，第一屏蔽体(1)内部设置第一空腔(3)，第二屏蔽体(2)内部设置第二空腔(82)，当第一屏蔽体(1)和第二屏蔽体(2)合拢时，第一空腔(3)和第二空腔(82)共同构成设置中子发生器的主体部分的设备舱；中子发生器的主体部分用于通过DD反应产生中子。该中子发生器的中子的产生可以远程控制，结构可以拆分，主要耗材是可维修的靶片、离子源，寿命基本不受限制；占地面积仅2m²，实现了DD中子发生器在普通房间中的使用，无需单独建造中子屏蔽厅。

Description

一种自屏蔽DD中子发生器

技术领域

本发明属于中子发生器技术领域，具体涉及一种自屏蔽DD中子发生器。

背景技术

现阶段，随着中子的应用范围日益扩大，对中子源的需求逐渐增多，要求也逐步提高，对于很多大学院校、科研院所和相关企业需要使用中子发生器产生的中子进行科学研究和中子活化分析检测等工作。比如利用中子活化分析在线检测煤或者水泥等物质的元素成分需要用到热中子，通常采用252-cf放射源，要求中子源强度达到1E8以上，但是由于该种强度的放射源难以获得，需要进口，又因为放射源的长期高强度放射性，具有极高的危险性，管理非常不便，另外该放射源的半衰期只有2年半，需要每隔一年或者两年重新补充一枚以满足检测要求，造成放射源越来越多，除了增加成本外，还增加了管理和放射源处理的困难。另外，由于中子的强辐射和快中子的深穿透性，需要建造专门的屏蔽厂房屏蔽中子，避免中子对周围环境和人员的辐射影响。要屏蔽中子产额达到1E8 DD中子发生器，厂房墙体和屋顶需要采用混凝土进行实心浇注，厚度需要半米以上才能达到环评要求，厂房占地面积大，建造周期长，造价高，很多单位难以承受。

发明内容

针对现阶段对于小型高产额中子源装置的应用需求，而国内市场基本空白，国际基本禁售的状况，本发明的目的是提供一种体积小、中子产额高、使用寿命长、可靠性和稳定性高的可控中子源装置。该种中子源装置可应用于中子辐照、中子单粒子效应测试、中子活化元素分析等领域，便于大学院校和科研院所的核物理实验或者开展教学研究。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种自屏蔽DD中子发生器，其中，包括由第一屏蔽体和第二屏蔽体合拢组成的密封的立方体型的屏蔽体，所述第一屏蔽体内部设置第一空腔，所述第二屏蔽体内部设置第二空腔，当所述第一屏蔽体和所述第二屏蔽体合拢时，所述第一空腔和所述第二空腔共同构成设置中子发生器的主体部分的设备舱；所述中子发生器的所述主体部分用于通过DD反应产生中子；所述主体部分包括D+离子源和直管型的冷却液导流管，所述冷却液导流管垂直于地面，所述冷却液导流管的顶端设置高压输入模块，尾端设置靶电极，所述D+离子源位于所述靶电极下方；还包括直筒型的真空腔，所述真空腔的一端与所述冷却液导流管的尾端密封连接，另一端与所述D+离子源的尾端密封连接，所述靶电极位于所述真空腔内；还包括为所述真空腔抽真空的分子泵机组；所述高压输入模块为所述靶电极提供高压电，所述冷却液导流管为所述靶电极提供冷却，所述D+离子源向所述靶电极发射D+离子束，使得所述靶电极上产生中子。

进一步，

所述靶电极外部为光滑的外壳体，内部设有靶片，所述冷却液导流管内部设有能够通过冷却液的循环流道，用于为所述靶片制冷；所述高压输入模块通过贯穿在所述冷却液导流管内部的高压连接杆向所述靶电极提供高压电；

还包括位于所述屏蔽体之外的附件机柜，以及设置在所述附件机柜内的真空计、阳极电源、射频电源、配电箱、加速高压电源、循环冷却机，所述加速高压电源用于为所述高压输入模块提供高压电，所述循环冷却机用于为所述冷却液导流管提供循环的冷却液，所述射频电源用于为所述D+离子源提供电源，所述真空计用于测量所述真空腔内的真空度，所述配电箱用于为中子发生器中的各个用电设备供电；所述附件机柜内还包括用于控制所述加速高压电源、所述循环冷却机、所述射频电源、所述真空计、所述阳极电源、所述配电箱、所述分子泵机组工作的控制系统，所述控制系统通过电脑远程控制；

所述附件机柜采用琴台式机柜；由上至下依次设置所述真空计、所述阳极电源、所述射频电源、所述配电箱、所述加速高压电源、所述循环冷却机；

所述中子发生器的所述主体部分与所述附件机柜之间连接有高压线、信号线、离子源供电电缆、第一冷却液输送管和第二冷却液输送管；其中，所述循环冷却机的出口通过所述第一冷却液输送管与所述冷却液导流管相连，所述循环冷却机的入口通过所述第二冷却液输送管与所述D+离子源相连；所述射频电源通过所述离子源供电电缆与所述D+离子源相连；所述加速高压电源通过所述高压线与所述高压输入模块相连；所述阳极电源与所述D+离子源相连；所述控制系统通过所述信号线与所述分子泵机组以及所述D+离子源相连。

进一步，

所述靶电极包括由靶基座和电极组成的外表光滑的圆柱形的所述外壳体，设置在所述靶基座上、位于所述外壳体内部的靶片，所述靶基座上设有冷却液通道，所述电极上设有束流通道；

所述靶基座为铜质材料，为圆柱形，一端设有所述冷却液通道，另一端为设有靶片开口的斜面，所述斜面和所述冷却液通道之间构成靶基内腔；所述冷却液通道位于所述外壳体的一端为圆弧型的开口，表面光滑、无尖锐的棱角；所述电极为不锈钢圆筒，一端为所述束流通道，为圆弧型的开口，表面光滑、无尖锐的棱角，另一端为带内螺纹的开口，与所述靶基座通过螺纹连接；

所述斜面的角度为45度，所述靶片密封设置在所述靶片开口上，所述靶片与所述斜面之间为绝缘密封连接；

所述靶片开口的朝向所述束流通道的一侧的边沿设有凹槽，所述靶片设置在所述凹槽内；所述靶片与所述凹槽之间设有第四密封圈，所述靶片通过压环压紧在所述第四密封圈上，实现所述靶片与所述斜面之间的绝缘密封连接；

所述高压连接杆的尾端穿过所述冷却液通道延伸到所述靶基内腔内，所述高压连接杆的尾端成L形，连接在所述靶基座的侧壁上；所述高压连接杆为不锈钢材质；所述高压连接杆的顶端设置有用于连接高压电的高压接头；所述高压接头为铜质；

还包括连接在所述压环和所述靶基座之间的电阻；

还包括设置在所述电极内的一对第一永磁铁，所述第一永磁铁为长方形薄片,通过铁片支架设置在所述电极内,位于所述斜面和所述束流通道之间的位置，所述第一永磁铁的N极和S极相对设置。

进一步，

所述第四密封圈的材质为聚四氟乙烯，厚度大于所述凹槽深度；所述斜面上设有若干螺纹孔，所述压环与所述斜面之间通过螺钉和所述螺纹孔实行连接，所述螺钉外围套有胶木绝缘套管；

所述靶片为圆片形钼片，直径小于所述凹槽的直径，所述靶片的一面镀钛后吸附氘或者氚，形成氘靶或者氚靶；

所述压环为不锈钢圆环，外直径与所述靶片等径，内直径大于所述靶片的活性区，所述压环的环面设有用于安装所述螺钉的螺钉通孔。

进一步，

所述冷却液导流管包括外管和设置在所述外管内的内管，所述内管的顶端位于所述外管内部，所述外管的内壁和所述内管的外壁之间的空间以及所述内管的内部空间共同构成所述循环流道；所述内管的顶端的外壁与所述外管的内壁密封连接，所述内管和所述外管的尾端设置在所述靶电极上，所述外管与所述靶电极密封连接，并用于对所述靶电极进行支撑；所述外管和所述内管的材质为石英玻璃；

所述外管的尾端设置在所述冷却液通道内，所述外管尾端的开口的外壁与所述冷却液通道之间密封连接；所述内管尾端的开口延伸至所述靶基内腔内；

所述高压连接杆的主体贯穿在所述内管内部，所述高压连接杆的顶端的所述高压接头延伸至所述外管的顶端之外；

还包括设置在所述外管的顶端的外壁上的绝缘外螺纹环，所述绝缘外螺纹环的外壁设有外螺纹；

还包括设置在所述外管的顶端上的绝缘螺纹塞，所述高压连接杆的顶端的所述高压接头穿过所述绝缘螺纹塞延伸至所述外管的顶端之外，所述绝缘螺纹塞用于封堵述外管的顶端，所述绝缘螺纹塞与所述高压连接杆之间为密封连接；

还包括第一压盖，所述第一压盖用于配合所述绝缘外螺纹环的外螺纹将所述绝缘螺纹塞压紧在所述外管的顶端上；

还包括设置在所述第一压盖与所述绝缘外螺纹环之间的第一密封圈，用于实现所述第一压盖与所述绝缘外螺纹环之间的密封；

还包括冷却液输入管，所述冷却液输入管的输出一端穿过所述外管的侧壁与所述内管连通，所述冷却液输入管的输入一端与所述第一冷却液输送管相连，从而连接所述循环冷却机的出口，所述冷却液输入管与所述外管的侧壁之间为密封连接；还包括冷却液输出管，所述冷却液输出管的输入一端与所述外管连通，所述冷却液输出管的输出一端用于排出所述冷却液；

所述冷却液输入管和所述冷却液输出管设置在靠近所述内管的顶端的位置上，所述冷却液输入管和所述冷却液输出管垂直于所述外管，且相对的位于所述外管的两侧；

在所述冷却液导流管上设有法兰盘，用于与所述真空腔的密封连接，所述法兰盘为不锈钢材质；所述冷却液导流管通过上压环和下压环穿设在所述法兰盘的圆心上；所述上压环和所述下压环套在所述冷却液导流管外表面，通过第二压盖压紧在所述法兰盘上，所述第二压盖通过螺纹与所述法兰盘连接；所述上压环与所述下压环之间设置第二密封圈，所述下压环与所述法兰盘之间设置第三密封圈，通过所述第二密封圈和所述第三密封圈实现所述冷却液导流管与所述法兰盘之间的密封。

进一步，

所述绝缘螺纹塞和所述第一压盖的材质为聚四氟乙烯，所述绝缘外螺纹环的材质为有机玻璃；所述冷却液输入管和所述冷却液输出管的材质为石英玻璃；所述冷却液为氟化液。

进一步，

所述高压输入模块包括内部设有高压线的T形绝缘子，所述高压连接杆的顶端的所述高压接头设置在所述T形绝缘子内并与所述高压线连接；所述高压线与所述加速高压电源相连；

所述高压接头通过所述绝缘螺纹塞和所述T形绝缘子的螺纹与所述T形绝缘子密封连接；所述高压接头的侧面设有凹槽；所述高压线的顶端设置圆头铜帽，所述高压线通过活套塞设置在所述T形绝缘子内，所述圆头铜帽通过绝缘固定塞固定在所述T形绝缘子内；所述圆头铜帽设置在所述高压接头的所述凹槽内，实现所述高压接头与所述高压线的连接；所述活套塞与所述T形绝缘子通过螺纹密封连接；

所述T形绝缘子和所述绝缘固定塞和所述活套塞的材质为聚四氟乙烯。

进一步，

所述的D+离子源包括尾端设有引出结构、顶端与氘气钢瓶相连的放电管，所述放电管的尾端设有圆盘形的离子源底盘，所述引出结构位于所述离子源底盘中心，处于所述真空腔内，正对所述靶电极的所述束流通道；还包括套装在所述放电管的外表面的电容耦合环和设置在所述放电管的顶端的阳极探针；

所述引出结构位于所述放电管的轴线上，由铝电极和石英套管组成，所述铝电极为中心带圆孔的圆柱体，所述圆孔为束流引出孔道；所述石英套管套装在所述铝电极外面；

还包括设置在所述放电管外围的屏蔽盒，所述放电管的顶端和尾端位于所述屏蔽盒之外，所述屏蔽盒为铝质，在所述屏蔽盒上设有若干散热孔；所述屏蔽盒与所述离子源底盘固定在一起。

进一步，

所述离子源底盘采用304不锈钢制作，所述离子源底盘的一侧通过第三压盖和压片与所述放电管的尾端连接，所述第三压盖与所述离子源底盘之间通过螺纹连接；所述放电管的尾端上设有第五密封圈，在所述第三压盖和压片的作用下实现所述放电管与所述离子源底盘之间的密封；所述离子源底盘的另一侧用于与所述真空腔连接；所述离子源底盘内部为圆形的夹层，所述离子源底盘的侧边沿设有与所述夹层连通的进水口和出水口；所述进水口与所述冷却液导流管上的所述冷却液输出管的输出一端连通；所述出水口与所述第二冷却液输送管连通；所述冷却液通过所述进水口进入所述夹层，对所述引出结构进行冷却，然后从所述出水口经所述第二冷却液输送管回流至所述循环冷却机的入口；

所述放电管采用高纯石英玻璃制作，所述放电管的尾端为平底，所述尾端的中心设有圆孔，所述圆孔用于套装在所述引出结构的所述石英套管上；所述放电管的顶端设有进气管，所述进气管通过真空橡皮管与所述氘气钢瓶相连，用于向所述放电管内输入氘气；所述阳极探针设置在所述放电管的顶端的中心位置，与所述阳极电源相连，用于加载引出电压；所述阳极探针采用钨棒制作；

所述进气管与所述氘气钢瓶之间还设有气体流量控制器，所述气体流量控制器采用针阀控制气体流量，所述气体流量控制器两端分别用所述真空橡皮管连接所述氘气钢瓶和放电管的所述进气管；所述氘气钢瓶上设有气压表，所述氘气钢瓶通过第二抱卡设置在所述第一空腔的内部底层；

所述气体流量控制器由所述控制系统进行控制。

进一步，

所述电容耦合环为两个尺寸相同的铜环，分开套装在所述放电管的外表面，还包括与所述电容耦合环相连的射频电源匹配器，所述射频电源匹配器设置在所述屏蔽盒内部底部；所述屏蔽盒上设有射频线接头，用于所述射频电源匹配器与所述射频电源的连接；所述射频电源匹配器上设有匹配器输入端口和匹配器输出端口，所述匹配器输入端口用于与所述射频线接头连接，实现所述射频电源匹配器与所述射频电源的连接；所述匹配器输出端口用于连接所述电容耦合环，所述射频电源通过所述射频电源匹配器和所述电容耦合环将功率馈入所述放电管中；所述射频电源的输出频率为108MHz、最大功率200W；

还包括套装在所述放电管外的环形的第二永磁铁，所述第二永磁铁设置在所述屏蔽盒内部，靠近所述放电管的尾端，用于产生轴向磁场；

还包括设置在所述屏蔽盒内部的冷却风扇，用于所述屏蔽盒内部的散热。

进一步，

所述真空腔为不锈钢圆筒，一端设置第一法兰，用于与所述冷却液导流管上的所述法兰盘相配合，实现所述冷却液导流管与所述真空腔的密封连接；另一端设置第二法兰，用于与所述离子源底盘相配合，实现所述D+离子源与所述真空腔的密封连接；所述第一法兰与所述法兰盘之间以及所述第二法兰与所述离子源底盘之间均通过螺钉连接并使用密封圈实现密封；

还包括垂直设置在所述真空腔侧壁上的直管型、不锈钢材质的第三法兰，所述第三法兰的一端与所述真空腔连通，另一端通过弯管与所述分子泵机组密封连接，实现所述分子泵机组对所述真空腔的抽真空；所述弯管与所述第三法兰和所述分子泵机组相连的端口为国际标准ISO63型，两个端口均通过C形卡实现连接，并通过橡胶密封圈实现密封；

还包括设置在所述第三法兰上的真空测量管，用于与所述真空计相连，实现对所述真空腔的真空度的测量；所述第三法兰上设置第四法兰，所述真空测量管通过所述第四法兰密封设置在所述第三法兰上，所述第四法兰为快接法兰。

进一步，所述第一屏蔽体和所述第二屏蔽体为立方体，所述第一空腔和所述第二空腔相对设置；所述第一屏蔽体和所述第二屏蔽体设置在设有滑轨的可移动的平台上，通过所述滑轨实现所述第一屏蔽体和所述第二屏蔽体的移动，从而实现所述第一屏蔽体和所述第二屏蔽体的合拢和分离；

所述第一空腔内设有支架，所述中子发生器的所述主体部分通过第一抱卡设置在所述支架上；所述支架的高度能够调整；

所述第一屏蔽体上设有第一中子通道准直孔，所述第二屏蔽体上设有第二中子通道准直孔；所述第一中子通道准直孔与所述第二中子通道准直孔同轴；

还包括用于可拆卸的封堵所述第一中子通道准直孔和所述第二中子通道准直孔的含硼聚乙烯棒；

还包括可拆卸的设置在所述第一中子通道准直孔和所述第二中子通道准直孔内的不同孔径的含硼聚乙烯管，用于调节所述第一中子通道准直孔和所述第二中子通道准直孔的孔径，实现准直孔功能；

所述第一中子通道准直孔与所述第二中子通道准直孔对准所述靶片的位置；

在所述第一屏蔽体的一侧上部设计高压线穿线孔，用于通过所述高压线；所述高压线穿线孔与所述高压线之间设有聚乙烯管，用于固定所述高压线；所述高压线穿线孔位于屏蔽体外表面的端口上设有航空接头，所述高压线通过所述航空接头进行固定；

所述第一空腔的边沿设有凹槽，所述第二空腔的边沿设有凸缘，所述凹槽和所述凸缘能够相互配合，在所述第一屏蔽体和所述第二屏蔽体合拢时实现密封连接；所述凹槽和所述凸缘的咬合面能够降低中子和伽马射线从所述凹槽和所述凸缘的交接面的缝隙中泄漏的几率；

所述第一屏蔽体和所述第二屏蔽体的屏蔽层包括由内到外的含硼聚乙烯层、铅层、不锈钢板；所述含硼聚乙烯层用来屏蔽和吸收中子，所述铅层用于屏蔽伽马射线，所述不锈钢板用来外层保护。

进一步，

在所述第一屏蔽体的底部，设有若干通孔，用于所述屏蔽体内的所述中子发生器的所述主体部分与所述屏蔽体外的所述附件机柜内的设备之间的管线的连通；

在所述第一屏蔽体的外侧设有转换连接板，所述转换连接板上设有若干接头；所述管线通过所述通孔后从所述第一屏蔽体的底部与所述平台之间的缝隙引出连接到所述接头上，所述附件机柜内的设备再分别与相应的所述接头对应连接；

通过所述接头对接的所述管线包括：

所述真空计与所述真空测量管之间的连接线；

所述阳极电源与所述阳极探针之间的连接线；

所述射频电源与所述射频电源匹配器之间的所述离子源供电电缆；

所述控制系统与所述分子泵机组、所述D+离子源和所述气体流量控制器之间的所述信号线；

所述循环冷却机与所述冷却液导流管、所述离子源底盘之间的所述第一冷却液输送管和所述第二冷却液输送管；

所述第一屏蔽体和所述第二屏蔽体的外表面设有把手，用于所述第一屏蔽体和所述第二屏蔽体的手动合拢或者分离；

所述平台底部设有若干万向轮，用于所述平台的移动。

本发明的有益效果在于：

1.功率馈入：使气体电离的高频功率馈入方式有电容耦合和电感耦合两种方式，对于电容耦合高频功率的馈入通常采用外接两台电源的高频振荡器，这种功率馈入方式使得系统所需电源增加，本发明采用射频电源馈入高频功率，只需一台射频电源，无需振荡器，减少了一台电源，同时减小了系统尺寸。

2.干扰屏蔽：由于高频振荡器是一个开放式的天线，不断向外发射高频功率，对外部电源、信号传输等设备发射干扰信号，使其难以稳定工作，要完全解决干扰除了需要屏蔽离子源放电管外，还需屏蔽振荡器，屏蔽振荡器不仅具有一定的技术难度，还会增大离子源和系统尺寸，要投入额外的设备和技术，目前并没有报道对高频离子源采取屏蔽的有效措施。本发明由于采用了射频电源馈入高频功率的方式，只需屏蔽离子源的放电管16，使得对干扰信号的屏蔽难度降低，通过将放电管16安装在屏蔽盒6内的方法，有效解决了离子源向外发送干扰信号的不利问题。

3.外加磁场：现有的D+离子源都采用了外加电源的电磁线圈磁场，这种磁场的产生方式需要电源、电磁线圈尺寸大、重量大，优点是磁场强度可调。本发明经过大量实验研究，发明了适用于小型中子发生器的永磁型磁场结构(即第二永磁铁64)，不需要外接电源，不需要冷却，磁体尺寸和重量减小了一个数量级以上。

4.引出结构的冷却：现有的D+离子源采用的是通过风扇冷却离子源底盘，然后由离子源底盘传热，带走引出结构上的热量，这种散热方式传热慢，造成引出结构使用寿命短，而引出结构是影响离子源寿命的一个主要因素，本发明对离子源底盘14进行了设计，采用外接循环冷却水的方式，对引出结构61进行强制制冷，有效提高引出结构61的冷却效果，从而提高了离子源的使用寿命。

5.本发明所提供的离子源引出束流强度大于2.5mA，质子比大于75％。离子源的平均使用寿命达到1000小时以上。

6.冷却液导流管4采用石英玻璃制作，因为石英玻璃在绝缘等级上与陶瓷和聚四氟乙烯相当，机械强度和真空性能与陶瓷相当，优于聚四氟乙烯，电击穿电压达到35kV/mm，利于焊接，机械强度高，容易加工成冷却液导流管4所需的小尺寸的循环流道的结构。再加上石英玻璃与金属很容易粘接形成牢固的整体，使其容易跟靶电极13密封连接。

7.氟化液具有良好绝缘性能、流动性能和导热性能，三个性能均优于变压器油，流动性能与水相当，导热性能仅次于水。无毒无味，不挥发，不侵蚀。是绝佳的绝缘冷却液，可减小、简化中子发生器的系统结构和体积。由氟化液和冷却液导流管4组成的绝缘体的绝缘层厚度达到10毫米以上，体击穿电压大于300kV。

8.整个冷却结构(冷却液导流管4)处于真空中的部分横截面最大尺寸只有20mm，相比于陶瓷等其它结构材料组成的冷却结构，在横截面尺寸上小2倍以上，使得靶电极13的结构设计简化，尺寸缩小，同时使得真空腔5的直径缩小，有宜于中子发生器系统尺寸的缩小。

9.靶电极13组装完成后是一个端面为圆弧状的圆柱，所有不规则结构和尖端都在靶电极13内部，保证了电场分布的均匀性。

10.将靶基座43与冷却液导流管4粘接，冷却液将通过冷却液导流管4的内管33导向靶片47，对靶片47冷却，然后通过靶片47下方的靶基内腔48流入冷却液导流管4的内管33和外管32之间的循环流道导出，对靶片47实现循环冷却。

11.束流为D+粒子，打在靶片47的靶面上的正电荷将通过电阻49流向电极44，在靶面和电极44之间形成电压差，产生方向由靶面指向电极44的内壁的电力线，形成自抑制电场，靶面上产生的二次电子在该电场作用下反向运动，打到靶面消失掉。阻止二次电子向加速场区运动。

12.电极44内壁的第一永磁铁50产生的横向磁场，使靶面产生的二次电子在向加速场区运动的过程中发生偏转，打到电极44的内壁上消失掉，阻止其进入加速场区。

13.自抑制电场和第一永磁铁50产生的横向磁场对二次电子起到双层抑制的作用，抑制效果非常好，而且能起到双保险的作用，即一个失效，另一个还能起作用。

14.靶电极13尺寸小，功能全，抑制二次电子效果显著。

15.靶片47上能承载2.5mA以上、能量为130keV的D+束流。

16.DD中子产额达到1E8

17.实现了DD中子发生器在普通环境中的使用(在普通房间即可，占地面积仅2m²)，无需单独建造中子屏蔽厅。

18.对于DD中子产额为1E8的中子发生器，在离屏蔽体外表面1米处的总剂量水平小于1μSv/h，放射性工作者可在此距离范围外工作5000小时/年。

19.中子发生器与屏蔽体可以良好结合，维护维修便捷。

20.中子的产生可以远程控制，中子发生器的结构可以拆分，主要的耗材是氘靶或者氚靶、离子源等，具有可维修性，寿命基本不受限制。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中所述的一种自屏蔽DD中子发生器的示意图；

图2是本发明具体实施方式中所述的一种自屏蔽DD中子发生器的主体部分的示意图(主体部分由高压输入模块、冷却液导流管4、靶电极13、真空腔5、分子泵机组23、D+离子源组成)；

图3是本发明具体实施方式中所述的高压单元9的示意图(高压单元9包括：高压输入模块、冷却液导流管4、靶电极13)；

图4是本发明具体实施方式中所述的冷却液导流管4的局部放大示意图(即图3中的B区域)；

图5是本发明具体实施方式中所述的冷却液导流管4的局部放大示意图(即图3中的C区域)；

图6是本发明具体实施方式中所述的靶电极13的示意图(即图3中的D区域)；

图7是本发明具体实施方式中所述的靶电极13的局部放大示意图(即图6中的E区域)

图8是本发明具体实施方式中所述的D+离子源的局部放大示意图(即图2中的A区域)；

图9是本发明具体实施方式中所述的附件机柜74的示意图；

图10是本发明具体实施方式中所述的第一屏蔽体1的示意图；

图11是图10的F向视图；

图12是图10的G向视图；

图13是本发明具体实施方式中所述的第二屏蔽体2的示意图(设置在平台8上)；

图14是本发明具体实施方式中所述的转换连接板80的示意图；

图中：1-第一屏蔽体，2-第二屏蔽体，3-第一空腔，4-冷却液导流管，5-真空腔，6-屏蔽盒，7-滑轨，8-平台，9-高压单元，10-高压线，11-T形绝缘子，12-法兰盘，13-靶电极，14-离子源底盘，15-射频电源匹配器，16-放电管，17-阳极探针，18-进气管，19-气体流量控制器，20-氘气钢瓶，21-第三法兰，22-弯管，23-分子泵机组，24-真空测量管，25-活套塞，26-绝缘固定塞，27-圆头铜帽，28-高压接头，29-绝缘螺纹塞，30-冷却液输入管，31-冷却液输出管，32-外管，33-内管，34-第二压盖，35-第一压盖，36-绝缘外螺纹环，37-第一密封圈，38-高压连接杆，39-上压环，40-下压环，41-第二密封圈，42-第三密封圈，43-靶基座，44-电极，45-斜面，46-靶片开口，47-靶片，48-靶基内腔，49-电阻，50-第一永磁铁，51-铁片支架，52-冷却液通道，53-束流通道，54-压环，55-螺钉，56-第四密封圈，57-胶木绝缘套管，58-进水口，59-出水口，60-夹层，61-引出结构，62-第三压盖，63-第五密封圈，64-第二永磁铁，65-电容耦合环，66-匹配器输入端口，67-匹配器输出端口，68-真空计，69-阳极电源，70-射频电源，71-配电箱，72-加速高压电源，73-循环冷却机，74-附件机柜，75-第一中子通道准直孔，76-高压线穿线孔，77-凹槽，78-把手，79-通孔，80-转换连接板，81-支架，82-第二空腔，83-第二中子通道准直孔，84-凸缘，85-万向轮，86-接头，87-备用电源插口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1、图13所示，一种自屏蔽DD中子发生器，包括由第一屏蔽体1和第二屏蔽体2合拢组成的密封的立方体型的屏蔽体，第一屏蔽体1内部设置第一空腔3，第二屏蔽体2内部设置第二空腔82，当第一屏蔽体1和第二屏蔽体2合拢时，第一空腔3和第二空腔82共同构成设置中子发生器的主体部分的设备舱；中子发生器的主体部分用于通过DD反应产生中子；主体部分包括D+离子源(D+离子源的主要部件设置在屏蔽盒6内)和直管型的冷却液导流管4，冷却液导流管4垂直于地面，冷却液导流管4的顶端设置高压输入模块，尾端设置靶电极13，D+离子源位于靶电极13下方；还包括直筒型的真空腔5，真空腔5的一端与冷却液导流管4的尾端密封连接，另一端与D+离子源的尾端密封连接，靶电极13位于真空腔5内；还包括为真空腔5抽真空的分子泵机组23；高压输入模块为靶电极13提供高压电，冷却液导流管4为靶电极13提供冷却，D+离子源向靶电极13发射D+离子束，使得靶电极13上产生中子。

靶电极13外部为光滑的外壳体，内部设有靶片47，冷却液导流管4内部设有能够通过冷却液的循环流道，用于为靶片47制冷；高压输入模块通过贯穿在冷却液导流管4内部的高压连接杆38向靶电极13提供高压电；

如图9所示，还包括位于屏蔽体之外的附件机柜74，以及设置在附件机柜74内的真空计68、阳极电源69、射频电源70、配电箱71、加速高压电源72、循环冷却机73，加速高压电源72用于为高压输入模块提供高压电，循环冷却机73用于为冷却液导流管4提供循环的冷却液，射频电源70用于为D+离子源提供电源，真空计68用于测量真空腔5内的真空度，配电箱71用于为中子发生器中的各个用电设备供电；附件机柜74内还包括用于控制加速高压电源72、循环冷却机73、射频电源70、真空计68、阳极电源69、配电箱71、分子泵机组23工作的控制系统，控制系统通过电脑远程控制；

附件机柜74采用琴台式机柜；由上至下依次设置真空计68、阳极电源69、射频电源70、配电箱71、加速高压电源72、循环冷却机73；

中子发生器的主体部分与附件机柜74之间连接有高压线10、信号线、离子源供电电缆、第一冷却液输送管和第二冷却液输送管；其中，循环冷却机73的出口通过第一冷却液输送管与冷却液导流管4相连，循环冷却机73的入口通过第二冷却液输送管与D+离子源相连；射频电源70通过离子源供电电缆与D+离子源相连；加速高压电源72通过高压线10与高压输入模块相连；阳极电源69与D+离子源相连；控制系统通过信号线与分子泵机组23以及D+离子源相连。

如图2、图3、图6所示，靶电极13外部为光滑的外壳体，内部设有靶片47，冷却液导流管4内部设有能够通过冷却液的循环流道，用于为靶片47制冷；高压输入模块通过贯穿在冷却液导流管4内部的高压连接杆38向靶电极13提供高压电。

靶电极13包括高压连接杆38、靶基座43、靶片47、电阻49、电极44、第一永磁铁50等部件。

靶基座43和电极44组成外表光滑的圆柱形的外壳体，靶片47设置在靶基座43上、位于外壳体内部，靶基座43上设有冷却液通道52，电极44上设有束流通道53，用于通过由离子源产生的D+束流。

靶基座43为铜质材料，为圆柱形，一端设有冷却液通道52(冷却液通道52用于与绝缘的冷却液导流管4粘接，向靶基座43上的靶片47输送冷却液，对靶片47进行冷却)，另一端为设有靶片开口46的斜面45，并设有外螺纹；斜面45和冷却液通道52之间构成靶基内腔48；冷却液通道52位于外壳体的一端为圆弧型的开口，表面光滑、无尖锐的棱角。

电极44为不锈钢圆筒(由圆筒形不锈钢棒加工而成)，一端为束流通道53，为圆弧型的开口，表面光滑、无尖锐的棱角，另一端为带内螺纹(与靶基座43的外螺纹相适应)的开口，与靶基座43通过螺纹连接。

斜面45的角度为45度，靶片47密封设置在靶片开口46上，靶片47与斜面45之间为绝缘密封连接；靶片47的直径为40mm，冷却液通道52的直径为30mm，束流通道53的直径为18mm，外壳体的外径为52mm，内径为46mm，长度150mm；电极44构成外壳体的主体部分(即电极44的外径为52mm，内径为46mm)。

如图6、图7所示，靶片开口46的朝向束流通道53的一侧的边沿设有凹槽，靶片47设置在凹槽内；靶片47与凹槽之间设有第四密封圈56，靶片47通过压环54压紧在第四密封圈56上，实现靶片47与斜面45之间的绝缘密封连接(靶片47与斜面45之间不接触)，安装顺序是依次在凹槽内安装第四密封圈56、靶片47和压环54，压环54和靶基座43之间采用绝缘的螺钉55连接，使靶片47和斜面45(即靶基座43)之间实现绝缘密封。

第四密封圈56为绝缘密封圈，材质为聚四氟乙烯，厚度大于凹槽深度。

斜面45上设有均匀设置的若干螺纹孔。

靶片47为圆片形钼片，直径小于凹槽的直径，靶片47的一面镀钛后吸附氘或者氚，形成氘靶或者氚靶。

压环54为不锈钢圆环，外径与靶片47等径，内径大于靶片47的活性区，压环54的环面设有用于安装螺钉55的螺钉通孔。

压环54与斜面45之间通过螺钉55和螺纹孔实行连接，螺钉55外围套有胶木绝缘套管57。安装时靶片47不接触靶基座43，胶木绝缘套管57放置在压环54的螺钉通孔内，最后用螺钉55压紧压环54，使靶片47与靶基座43之间实现绝缘密封。

电阻49连接在压环54和靶基座43之间，电阻49的阻值为300kΩ。

高压连接杆38的尾端穿过靶基座43的冷却液通道52延伸到靶基内腔48内，高压连接杆38的尾端成L形，通过焊接连接在靶基座43的侧壁上；高压连接杆38的材质为不锈钢，用于与高压线10连接，给靶电极13输送加速高压。高压连接杆38的顶端设置有用于连接高压电的高压接头28；高压接头28为铜质。

第一永磁铁50为两片，形状为长方形薄片，通过半圆形的铁片支架51设置在电极44内，磁场强度为200高斯。第一永磁铁50位于斜面45和束流通道53之间的位置，第一永磁铁50的N极和S极相对设置。

如图3、图4、图5所示，冷却液导流管4包括绝缘螺纹塞29、第一压盖35、冷却液输出管31、绝缘外螺纹环36、第一密封圈37、冷却液输入管30、外管32、内管33等部件。

内管33设置在外管32内，内管33的顶端(即远离靶电极13的一端)位于外管32内部(靠近外管32的顶端)，外管32的内壁和内管33的外壁之间的空间以及内管33的内部空间共同构成循环流道；内管33的顶端的外壁与外管32的(顶端附近的)内壁密封连接(即密封循环流道的一端)，内管33和外管32的尾端设置在靶电极13上，外管32与靶电极13密封连接，并用于对靶电极13进行支撑；外管32和内管33的材质为石英玻璃。

外管32的外直径为20mm，内直径为14mm，管壁厚度为3mm，长度大于等于500mm，两端开口磨平；内管33的外直径为10mm，内直径为6mm，管壁厚度为2mm，长度大于等于490mm，两端开口磨平。

如图6所示，外管32的尾端设置在靶电极13的冷却液通道52内，外管32尾端的开口的外壁与冷却液通道52之间通过使用AB胶粘接的方式密封连接；内管33尾端的开口延伸至靶基内腔48内，内管33尾端的开口与外管32尾端的开口之间相距20mm左右。

靶电极13上的高压连接杆38的主体贯穿在内管33内部，高压连接杆38的顶端的高压接头28延伸至外管32的顶端之外(也就是延伸到冷却液导流管4的顶端之外)。

绝缘螺纹塞29、第一压盖35、绝缘外螺纹环36设置在外管32的顶端，用于外管32的顶端的密封和高压连接杆38的固定；

绝缘外螺纹环36设置在外管32的顶端的外壁上，绝缘外螺纹环36的外壁设有外螺纹；

绝缘螺纹塞29设置在外管32的顶端上，高压连接杆38的顶端的高压接头28穿过绝缘螺纹塞29延伸至外管32的顶端之外，绝缘螺纹塞29用于封堵述外管32的顶端，绝缘螺纹塞29与高压连接杆38之间为密封连接；

第一压盖35用于配合绝缘外螺纹环36的外螺纹将绝缘螺纹塞29压紧在外管32的顶端上；

第一密封圈37设置在第一压盖35与绝缘外螺纹环36之间，用于实现第一压盖35与绝缘外螺纹环36之间的密封。

绝缘螺纹塞29和第一压盖35的材质为聚四氟乙烯，绝缘外螺纹环36的材质为有机玻璃，绝缘外螺纹环36通过粘接设置在外管32上。

如图4所示，冷却液输入管30的输出一端穿过外管32的侧壁与内管33连通，冷却液输入管30的输入一端与第一冷却液输送管相连，从而连接循环冷却机73的出口，冷却液输入管30与外管32的侧壁之间为密封连接；冷却液输出管31的输入一端与外管32连通，冷却液输出管31的输出一端用于排出冷却液。冷却液首先经冷却液输入管30进入内管33导流到靶基内腔48内对靶片47进行冷却，再由内管33和外管32之间的循环流道流经冷却液输出管31排出。

冷却液输入管30和冷却液输出管31设置在靠近内管33的顶端的位置上，冷却液输入管30和冷却液输出管31垂直于外管32，且相对的位于外管32的两侧；

在冷却液导流管4上设有法兰盘12，用于与真空腔5的密封连接，法兰盘12为不锈钢材质；冷却液导流管4通过上压环39和下压环40穿设在法兰盘12的圆心上；上压环39和下压环40套在冷却液导流管4外表面，通过第二压盖34压紧在法兰盘12上，第二压盖34通过螺纹与法兰盘12连接；上压环39与下压环40之间设置第二密封圈41，下压环40与法兰盘12之间设置第三密封圈42，通过第二密封圈41和第三密封圈42实现冷却液导流管4与法兰盘12之间的密封。

冷却液输入管30和冷却液输出管31的材质为石英玻璃，外直径为10mm，内直径为6mm，管壁厚度为2mm，长度大于等于100mm；冷却液为流动性和绝缘性能很高的氟化液。

如图2、图3所示，高压输入模块包括内部设有高压线10的T形绝缘子11，高压连接杆38的顶端的高压接头28设置在T形绝缘子11内并与高压线10连接；高压线10与加速高压电源72相连。

高压接头28通过绝缘螺纹塞29和T形绝缘子11的螺纹与T形绝缘子11密封连接；高压接头28的侧面设有半圆形的凹槽；高压线10的顶端设置圆头铜帽27(即高压线10的多股金属线芯套上圆头铜帽27并焊接牢固)，高压线10通过活套塞25设置在T形绝缘子11内，圆头铜帽27通过绝缘固定塞26固定在T形绝缘子11内；圆头铜帽27设置在高压接头28的凹槽内，实现高压接头28与高压线10的连接；活套塞25与T形绝缘子11通过螺纹密封连接；高压线10、T形绝缘子11和高压接头28成为一个整体。

T形绝缘子11、绝缘固定塞26和活套塞25的材料为聚四氟乙烯。

如图2、图8所示，D+离子源包括放电管16、阳极探针17、氘气钢瓶20、进气管18、电容耦合环65、第二永磁铁64、射频电源70、离子源底盘14、引出结构61等部件。

放电管16采用高纯石英玻璃制作，引出结构61设置在放电管16尾端，放电管16顶端与氘气钢瓶20相连。放电管16的尾端为平底，尾端的中心设有圆孔，圆孔用于套装在引出结构61的石英套管上；

进气管18设置在放电管16的顶端，进气管18通过焊接设置在放电管16的顶端的侧面位置，进气管18通过真空橡皮管与氘气钢瓶20相连，用于向放电管16内输入氘气；阳极探针17通过焊接设置在放电管16的顶端的中心位置，与阳极电源69相连，用于加载引出电压；阳极探针17采用钨棒制作。

圆盘形的离子源底盘14设置在放电管16的尾端。引出结构61位于离子源底盘14中心，处于真空腔5内，正对靶电极13的束流通道53；电容耦合环65套装在放电管16的外表面上；阳极探针17设置在放电管16的顶端。

引出结构61位于放电管16的轴线上，由铝电极和石英套管组成，铝电极为中心带圆孔的圆柱体，圆孔为束流引出孔道，孔径为2mm；石英套管套装在铝电极外面，滑配安装，石英套管的孔径为5mm。

离子源底盘14采用304不锈钢制作，厚度为12mm，离子源底盘14的一侧通过第三压盖62和压片与放电管16的尾端连接。第三压盖62和压片起到固定放电管16的作用，第三压盖62与离子源底盘14之间通过螺纹连接；放电管16的尾端上设有第五密封圈63，在第三压盖62和压片的压紧作用下实现放电管16与离子源底盘14之间的密封；离子源底盘14的另一侧用于与真空腔5连接；离子源底盘14内部为圆形的夹层60，作为冷却水层，离子源底盘14的侧边沿设有与夹层60连通的进水口58和出水口59，进水口58与冷却液导流管4上的冷却液输出管31的输出一端连通；出水口59与第二冷却液输送管连通；冷却液通过进水口58进入夹层60，对引出结构61进行冷却，然后从出水口59经第二冷却液输送管回流至循环冷却机73的入口。

进气管18与氘气钢瓶20之间还设有气体流量控制器19，气体流量控制器19采用针阀精确控制气体流量，气体流量控制器19两端分别用真空橡皮管连接氘气钢瓶20和放电管16的进气管18；氘气钢瓶20上设有气压表，氘气钢瓶20通过第二抱卡设置在第一空腔3的内部底层。氘气由氘气钢瓶20通过减压阀(减压阀设置在氘气钢瓶20上)和气体流量控制器19经放电管16上的进气管18流入放电管16内。

还包括设置在放电管16外围的屏蔽盒6，放电管16的顶端和尾端位于屏蔽盒6之外，屏蔽盒6为一个铝质的盒子，在屏蔽盒6上设有若干散热孔，散热孔的孔径为6mm；屏蔽盒6与离子源底盘14固定连接在一起。

电容耦合环65为两个尺寸相同的铜环，分开一定距离套装在放电管16的外表面，还包括与电容耦合环65相连的射频电源匹配器15，与射频电源匹配器15相连的射频电源70，射频电源匹配器15为PSG-Mini型匹配器，射频电源匹配器15设置在屏蔽盒6内部底部；屏蔽盒6上设有射频线接头用于射频电源匹配器15与射频电源70的连接；射频电源匹配器15上设有匹配器输入端口66和匹配器输出端口67，匹配器输入端口66用于与射频线接头连接，实现射频电源匹配器15与射频电源70的连接；匹配器输出端口67用于连接电容耦合环65；通过射频电源匹配器15和电容耦合环65将功率馈入放电管16中(即射频电源馈入高频功率方式)；射频电源70的输出频率为108MHz、最大功率200W，型号为RSG200。

环形的第二永磁铁64套装在放电管16外，构成永磁型磁场结构，第二永磁铁64设置在屏蔽盒6内部，靠近放电管16的尾端，用于产生轴向磁场，磁场强度为2000高斯。第二永磁铁64的外直径为100mm，内直径为60mm，厚度为20mm。第二永磁铁64安装在屏蔽盒6底部中心位置，安装时放电管16穿过屏蔽盒6两个端面的中心孔，使第二永磁铁64的中心、放电管16的中心和屏蔽盒6的两个端面中心重合。

还包括设置在屏蔽盒6内部的冷却风扇，用于屏蔽盒6内部的散热，带走放电管16工作时产生的热量。

如图2所示，真空腔5为不锈钢圆筒，一端设置第一法兰，用于与冷却液导流管4上的法兰盘12相配合，实现冷却液导流管4与真空腔5的密封连接；另一端设置第二法兰，用于与离子源底盘14相配合，实现D+离子源与真空腔5的密封连接；第一法兰与法兰盘12之间以及第二法兰与离子源底盘14之间均通过螺钉连接并使用密封圈实现密封；

还包括垂直焊接设置在真空腔5侧壁上的直管型、不锈钢材质的第三法兰21，第三法兰21的一端与真空腔5连通，另一端通过弯管22(90度角)与分子泵机组23密封连接，实现分子泵机组23对真空腔5的抽真空；弯管22与第三法兰21和分子泵机组23相连的端口为国际标准ISO63型，两个端口均通过C形卡实现连接，并通过橡胶密封圈实现密封；

还包括焊接设置在第三法兰21上的真空测量管24，用于与真空计68相连，实现对真空腔5的真空度的测量；第三法兰21上设置第四法兰，真空测量管24通过第四法兰密封设置在第三法兰21上，第四法兰为KF40快接法兰。

真空腔5腔体和端面内直径为130mm，外直径为138mm；法兰盘12、离子源底盘14、第一法兰、第二法兰的外直径均为160mm，真空腔5长度为380mm；真空腔5垂直于地面放置；第三法兰21连接在靠近真空腔5的第一法兰一端的侧壁上，距离第一法兰130mm,第三法兰21的长度为100mm。

分子泵机组23的抽速为40L/m，接口采用ISO63国际标准接口。

加速高压电源72采用-150kV/10mA箱式高压电源，其高压输出线(即高压线10)穿过屏蔽体与中子发生器的主体部分的高压接头28连接。

控制系统采用电脑进行远程控制，控制程序采用C##编写，整个系统的控制有两种模式，一种是维护模式，用于开发人员对系统进行诊断和调试；另一种是运行模式，采用一键式启停，便于用户使用。在运行过程中，系统参数可以随时保存和调用。

循环冷却机73采用型号为CA120的500W小型循环冷却机。

如图1所示，第一屏蔽体1和第二屏蔽体2为立方体，第一空腔3和第二空腔82相对设置；第一屏蔽体1和第二屏蔽体2设置在设有滑轨7的可移动的平台8上，通过滑轨7实现第一屏蔽体1和第二屏蔽体2的移动(具体的是在第一屏蔽体1和第二屏蔽体2下方安装滑块，通过滑块与滑轨7配合，实现第一屏蔽体1和第二屏蔽体2的移动)，从而实现第一屏蔽体1和第二屏蔽体2的合拢和分离。

如图11所示，第一空腔3内设有支架81，中子发生器的主体部分通过第一抱卡设置在支架81上；支架81的高度能够调整。在屏蔽体呈分离状态下安装或者检修中子发生器，在屏蔽体呈合拢状态下运行中子发生器。中子发生器的主体部分在屏蔽体内部竖直安装。

如图10、图11、图13所示，第一屏蔽体1上设有第一中子通道准直孔75，第二屏蔽体2上设有第二中子通道准直孔83，孔径均为100mm；第一中子通道准直孔75与第二中子通道准直孔83同轴；

还包括用于可拆卸的封堵第一中子通道准直孔75和第二中子通道准直孔83的含硼聚乙烯棒，在第一中子通道准直孔75和第二中子通道准直孔83不使用时进行封堵，使用时拆卸下来；

还包括可拆卸的设置在第一中子通道准直孔75和第二中子通道准直孔83内的不同孔径的含硼聚乙烯管，用于调节第一中子通道准直孔75和第二中子通道准直孔83的孔径，实现准直孔功能；

第一中子通道准直孔75与第二中子通道准直孔83对准中子发生器的产生中子的靶片47的位置；

在第一屏蔽体1的一侧上部设计高压线穿线孔76，用于通过高压线10；

高压线穿线孔76与高压线10之间设有聚乙烯管，用于固定高压线10；高压线穿线孔76位于屏蔽体外表面的端口上设有航空接头，高压线10通过航空接头进行固定。

第一空腔3的边沿设有凹槽77，第二空腔82的边沿设有凸缘84，凹槽77和凸缘84能够相互配合，在第一屏蔽体1和第二屏蔽体2合拢时实现密封连接；凹槽77和凸缘84的咬合面能够降低中子和伽马射线从凹槽77和凸缘84的交接面的缝隙中泄漏的几率。

第一屏蔽体1和第二屏蔽体2各个方向上的屏蔽厚度均大于等于40.6cm；第一屏蔽体1和第二屏蔽体2的屏蔽层包括由内到外的含硼聚乙烯层、铅层、不锈钢板；含硼聚乙烯层厚度为40cm，铅层厚度为3mm，不锈钢板厚度为3mm；含硼聚乙烯层用来屏蔽和吸收中子，铅层用于屏蔽伽马射线，不锈钢板用来外层保护和装饰。

第一屏蔽体1和第二屏蔽体2合拢之后整体尺寸为：长×宽×高＝2m×1.2m×2.4m。

第一屏蔽体1和第二屏蔽体2合拢之后空腔(设备舱)尺寸为：长×宽×高＝40cm×30cm×100cm。

如图11、图12、图14所示，在第一屏蔽体1的底部，设有若干通孔79，用于屏蔽体内的中子发生器的主体部分与屏蔽体外的附件机柜74内的设备之间的管线的连通；

在第一屏蔽体1的外侧设有转换连接板80，转换连接板80上设有若干接头86；管线通过通孔79后从第一屏蔽体1的底部与平台8之间的缝隙引出连接到接头86上，附件机柜74内的设备再分别与相应的接头86对应连接；

通过接头86对接的管线包括：

真空计68与真空测量管24之间的连接线；

阳极电源69与阳极探针17之间的连接线；

射频电源70与射频电源匹配器15之间的离子源供电电缆；

控制系统与分子泵机组23、D+离子源和气体流量控制器19之间的信号线；

循环冷却机73与冷却液导流管4、离子源底盘14之间的第一冷却液输送管和第二冷却液输送管；

第一屏蔽体1和第二屏蔽体2的外表面设有把手78，用于第一屏蔽体1和第二屏蔽体2的手动合拢或者分离。

平台8底部设有若干万向轮85，用于平台8的移动。

本发明的工作原理：

中子是由靶电极13的靶片47上产生的，其工作原理是：运行状态时，分子泵机组23将真空腔5内真空抽至10^-4Pa量级，靶电极13上通过高压输入模块加载-120kV左右的高压，由气体流量控制器19向放电管16内输入一定气压的氘气，然后通过射频电源70向电容耦合环65馈入高频功率(高频电场)，使放电管16内的氘气电离，使放电管16内的游离电子在电场作用下往复运动，获得与管内气体分子碰撞几率，同时由于轴向磁场的存在，使电子运动变成往复螺旋运动，增加电子与气体分子碰撞的几率，使原子外围电子剥离，使其电离，产生D+，同时产生更多的电子，产生的电子再次使气体电离，经过一定时间的电离过程后，气体电离达到平衡并逐渐形成D+等离子体，在引出结构61的上方形成等离子面，经阳极电源69(高压电源)向阳极探针17加载正直流高压后，电离产生的D+将通过阳极探针17和引出结构61之间形成的电场作用下由引出结构61的孔道引出到离子源底盘14后端的真空腔5中，D+束流会在电场作用下加速提高能量，然后打靶发生D-D或者D-T核反应，产生中子。靶片47为氘靶将产生2.5MeV中子，靶片47为氚靶将产生14MeV中子。

冷却液从循环冷却机73的出口导入冷却液输入管30后流入内管33，然后喷向靶片47的背面，冷却液填满靶基内腔48后回流到内管33与外管32之间的循环流道，再从冷却液输出管31流出，通过进水口58进入离子源底盘14的夹层60对引出结构61进行冷却，然后从出水口59经第二冷却液输送管回流到循环冷却机73内，从而形成冷却液回路。构成冷却液导流管4的石英玻璃管的总厚度为5mm(外管32和内管33的壁厚的和)，冷却液层厚3mm，冷却液和石英玻璃管的击穿电压均可达到30kV/mm，使得冷却液导流管4的体击穿电压可达到200kV以上。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (11)

1.一种自屏蔽DD中子发生器，其特征是：包括由第一屏蔽体(1)和第二屏蔽体(2)合拢组成的密封的立方体型的屏蔽体，所述第一屏蔽体(1)内部设置第一空腔(3)，所述第二屏蔽体(2)内部设置第二空腔(82)，当所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)合拢时，所述第一空腔(3)和所述第二空腔(82)共同构成设置中子发生器的主体部分的设备舱；所述中子发生器的所述主体部分用于通过DD反应产生中子；所述主体部分包括D+离子源和直管型的冷却液导流管(4)，所述冷却液导流管(4)垂直于地面，所述冷却液导流管(4)的顶端设置高压输入模块，尾端设置靶电极(13)，所述D+离子源位于所述靶电极(13)下方；还包括直筒型的真空腔(5)，所述真空腔(5)的一端与所述冷却液导流管(4)的尾端密封连接，另一端与所述D+离子源的尾端密封连接，所述靶电极(13)位于所述真空腔(5)内；还包括为所述真空腔(5)抽真空的分子泵机组(23)；所述高压输入模块为所述靶电极(13)提供高压电，所述冷却液导流管(4)为所述靶电极(13)提供冷却，所述D+离子源向所述靶电极(13)发射D+离子束，使得所述靶电极(13)上产生中子；

所述靶电极(13)外部为光滑的外壳体，内部设有靶片(47)，所述冷却液导流管(4)内部设有能够通过冷却液的循环流道，用于为所述靶片(47)制冷；所述高压输入模块通过贯穿在所述冷却液导流管(4)内部的高压连接杆(38)向所述靶电极(13)提供高压电；

还包括位于所述屏蔽体之外的附件机柜(74)，以及设置在所述附件机柜(74)内的真空计(68)、阳极电源(69)、射频电源(70)、配电箱(71)、加速高压电源(72)、循环冷却机(73)，所述加速高压电源(72)用于为所述高压输入模块提供高压电，所述循环冷却机(73)用于为所述冷却液导流管(4)提供循环的冷却液，所述射频电源(70)用于为所述D+离子源提供电源，所述真空计(68)用于测量所述真空腔(5)内的真空度，所述配电箱(71)用于为中子发生器中的各个用电设备供电；所述附件机柜(74)内还包括用于控制所述加速高压电源(72)、所述循环冷却机(73)、所述射频电源(70)、所述真空计(68)、所述阳极电源(69)、所述配电箱(71)、所述分子泵机组(23)工作的控制系统，所述控制系统通过电脑远程控制；

所述附件机柜(74)采用琴台式机柜；由上至下依次设置所述真空计(68)、所述阳极电源(69)、所述射频电源(70)、所述配电箱(71)、所述加速高压电源(72)、所述循环冷却机(73)；

所述中子发生器的所述主体部分与所述附件机柜(74)之间连接有高压线(10)、信号线、离子源供电电缆、第一冷却液输送管和第二冷却液输送管；其中，所述循环冷却机(73)的出口通过所述第一冷却液输送管与所述冷却液导流管(4)相连，所述循环冷却机(73)的入口通过所述第二冷却液输送管与所述D+离子源相连；所述射频电源(70)通过所述离子源供电电缆与所述D+离子源相连；所述加速高压电源(72)通过所述高压线(10)与所述高压输入模块相连；所述阳极电源(69)与所述D+离子源相连；所述控制系统通过所述信号线与所述分子泵机组(23)以及所述D+离子源相连；

所述靶电极(13)包括由靶基座(43)和电极(44)组成的外表光滑的圆柱形的所述外壳体，设置在所述靶基座(43)上、位于所述外壳体内部的靶片(47)，所述靶基座(43)上设有冷却液通道(52)，所述电极(44)上设有束流通道(53)；

所述靶基座(43)为铜质材料，为圆柱形，一端设有所述冷却液通道(52)，另一端为设有靶片开口(46)的斜面(45)，所述斜面(45)和所述冷却液通道(52)之间构成靶基内腔(48)；所述冷却液通道(52)位于所述外壳体的一端为圆弧型的开口，表面光滑、无尖锐的棱角；所述电极(44)为不锈钢圆筒，一端为所述束流通道(53)，为圆弧型的开口，表面光滑、无尖锐的棱角，另一端为带内螺纹的开口，与所述靶基座(43)通过螺纹连接；

所述斜面(45)的角度为45度，所述靶片(47)密封设置在所述靶片开口(46)上，所述靶片(47)与所述斜面(45)之间为绝缘密封连接；

所述靶片开口(46)的朝向所述束流通道(53)的一侧的边沿设有凹槽，所述靶片(47)设置在所述凹槽内；所述靶片(47)与所述凹槽之间设有第四密封圈(56)，所述靶片(47)通过压环(54)压紧在所述第四密封圈(56)上，实现所述靶片(47)与所述斜面(45)之间的绝缘密封连接；

所述高压连接杆(38)的尾端穿过所述冷却液通道(52)延伸到所述靶基内腔(48)内，所述高压连接杆(38)的尾端成L形，连接在所述靶基座(43)的侧壁上；所述高压连接杆(38)为不锈钢材质；所述高压连接杆(38)的顶端设置有用于连接高压电的高压接头(28)；所述高压接头(28)为铜质；

还包括连接在所述压环(54)和所述靶基座(43)之间的电阻(49)；

还包括设置在所述电极(44)内的一对第一永磁铁(50)，所述第一永磁铁(50)为长方形薄片,通过铁片支架(51)设置在所述电极(44)内,位于所述斜面(45)和所述束流通道(53)之间的位置，所述第一永磁铁(50)的N极和S极相对设置。

2.如权利要求1所述的一种自屏蔽DD中子发生器，其特征是：

所述第四密封圈(56)的材质为聚四氟乙烯，厚度大于所述凹槽深度；所述斜面(45)上设有若干螺纹孔，所述压环(54)与所述斜面(45)之间通过螺钉(55)和所述螺纹孔实行连接，所述螺钉(55)外围套有胶木绝缘套管(57)；

所述靶片(47)为圆片形钼片，直径小于所述凹槽的直径，所述靶片(47)的一面镀钛后吸附氘或者氚，形成氘靶或者氚靶；

所述压环(54)为不锈钢圆环，外直径与所述靶片(47)等径，内直径大于所述靶片(47)的活性区，所述压环(54)的环面设有用于安装所述螺钉(55)的螺钉通孔。

3.如权利要求1所述的一种自屏蔽DD中子发生器，其特征是：

所述冷却液导流管(4)包括外管(32)和设置在所述外管(32)内的内管(33)，所述内管(33)的顶端位于所述外管(32)内部，所述外管(32)的内壁和所述内管(33)的外壁之间的空间以及所述内管(33)的内部空间共同构成所述循环流道；所述内管(33)的顶端的外壁与所述外管(32)的内壁密封连接，所述内管(33)和所述外管(32)的尾端设置在所述靶电极(13)上，所述外管(32)与所述靶电极(13)密封连接，并用于对所述靶电极(13)进行支撑；所述外管(32)和所述内管(33)的材质为石英玻璃；

所述外管(32)的尾端设置在所述冷却液通道(52)内，所述外管(32)尾端的开口的外壁与所述冷却液通道(52)之间密封连接；所述内管(33)尾端的开口延伸至所述靶基内腔(48)内；

所述高压连接杆(38)的主体贯穿在所述内管(33)内部，所述高压连接杆(38)的顶端的所述高压接头(28)延伸至所述外管(32)的顶端之外；

还包括设置在所述外管(32)的顶端的外壁上的绝缘外螺纹环(36)，所述绝缘外螺纹环(36)的外壁设有外螺纹；

还包括设置在所述外管(32)的顶端上的绝缘螺纹塞(29)，所述高压连接杆(38)的顶端的所述高压接头(28)穿过所述绝缘螺纹塞(29)延伸至所述外管(32)的顶端之外，所述绝缘螺纹塞(29)用于封堵述外管(32)的顶端，所述绝缘螺纹塞(29)与所述高压连接杆(38)之间为密封连接；

还包括第一压盖(35)，所述第一压盖(35)用于配合所述绝缘外螺纹环(36)的外螺纹将所述绝缘螺纹塞(29)压紧在所述外管(32)的顶端上；

还包括设置在所述第一压盖(35)与所述绝缘外螺纹环(36)之间的第一密封圈(37)，用于实现所述第一压盖(35)与所述绝缘外螺纹环(36)之间的密封；

还包括冷却液输入管(30)，所述冷却液输入管(30)的输出一端穿过所述外管(32)的侧壁与所述内管(33)连通，所述冷却液输入管(30)的输入一端与所述第一冷却液输送管相连，从而连接所述循环冷却机(73)的出口，所述冷却液输入管(30)与所述外管(32)的侧壁之间为密封连接；还包括冷却液输出管(31)，所述冷却液输出管(31)的输入一端与所述外管(32)连通，所述冷却液输出管(31)的输出一端用于排出所述冷却液；

所述冷却液输入管(30)和所述冷却液输出管(31)设置在靠近所述内管(33)的顶端的位置上，所述冷却液输入管(30)和所述冷却液输出管(31)垂直于所述外管(32)，且相对的位于所述外管(32)的两侧；

在所述冷却液导流管(4)上设有法兰盘(12)，用于与所述真空腔(5)的密封连接，所述法兰盘(12)为不锈钢材质；所述冷却液导流管(4)通过上压环(39)和下压环(40)穿设在所述法兰盘(12)的圆心上；所述上压环(39)和所述下压环(40)套在所述冷却液导流管(4)外表面，通过第二压盖(34)压紧在所述法兰盘(12)上，所述第二压盖(34)通过螺纹与所述法兰盘(12)连接；所述上压环(39)与所述下压环(40)之间设置第二密封圈(41)，所述下压环(40)与所述法兰盘(12)之间设置第三密封圈(42)，通过所述第二密封圈(41)和所述第三密封圈(42)实现所述冷却液导流管(4)与所述法兰盘(12)之间的密封。

4.如权利要求3所述的一种自屏蔽DD中子发生器，其特征是：

所述绝缘螺纹塞(29)和所述第一压盖(35)的材质为聚四氟乙烯，所述绝缘外螺纹环(36)的材质为有机玻璃；所述冷却液输入管(30)和所述冷却液输出管(31)的材质为石英玻璃；所述冷却液为氟化液。

5.如权利要求3所述的一种自屏蔽DD中子发生器，其特征是：

所述高压输入模块包括内部设有高压线(10)的T形绝缘子(11)，所述高压连接杆(38)的顶端的所述高压接头(28)设置在所述T形绝缘子(11)内并与所述高压线(10)连接；所述高压线(10)与所述加速高压电源(72)相连；

所述高压接头(28)通过所述绝缘螺纹塞(29)和所述T形绝缘子(11)的螺纹与所述T形绝缘子(11)密封连接；所述高压接头(28)的侧面设有凹槽；所述高压线(10)的顶端设置圆头铜帽(27)，所述高压线(10)通过活套塞(25)设置在所述T形绝缘子(11)内，所述圆头铜帽(27)通过绝缘固定塞(26)固定在所述T形绝缘子(11)内；所述圆头铜帽(27)设置在所述高压接头(28)的所述凹槽内，实现所述高压接头(28)与所述高压线(10)的连接；所述活套塞(25)与所述T形绝缘子(11)通过螺纹密封连接；

所述T形绝缘子(11)和所述绝缘固定塞(26)和所述活套塞(25)的材质为聚四氟乙烯。

6.如权利要求5所述的一种自屏蔽DD中子发生器，其特征是：

所述的D+离子源包括尾端设有引出结构(61)、顶端与氘气钢瓶(20)相连的放电管(16)，所述放电管(16)的尾端设有圆盘形的离子源底盘(14)，所述引出结构(61)位于所述离子源底盘(14)中心，处于所述真空腔(5)内，正对所述靶电极(13)的所述束流通道(53)；还包括套装在所述放电管(16)的外表面的电容耦合环(65)和设置在所述放电管(16)的顶端的阳极探针(17)；

所述引出结构(61)位于所述放电管(16)的轴线上，由铝电极和石英套管组成，所述铝电极为中心带圆孔的圆柱体，所述圆孔为束流引出孔道；所述石英套管套装在所述铝电极外面；

还包括设置在所述放电管(16)外围的屏蔽盒(6)，所述放电管(16)的顶端和尾端位于所述屏蔽盒(6)之外，所述屏蔽盒(6)为铝质，在所述屏蔽盒(6)上设有若干散热孔；所述屏蔽盒(6)与所述离子源底盘(14)固定在一起。

7.如权利要求6所述的一种自屏蔽DD中子发生器，其特征是：

所述离子源底盘(14)采用304不锈钢制作，所述离子源底盘(14)的一侧通过第三压盖(62)和压片与所述放电管(16)的尾端连接，所述第三压盖(62)与所述离子源底盘(14)之间通过螺纹连接；所述放电管(16)的尾端上设有第五密封圈(63)，在所述第三压盖(62)和压片的作用下实现所述放电管(16)与所述离子源底盘(14)之间的密封；所述离子源底盘(14)的另一侧用于与所述真空腔(5)连接；所述离子源底盘(14)内部为圆形的夹层(60)，所述离子源底盘(14)的侧边沿设有与所述夹层(60)连通的进水口(58)和出水口(59)；所述进水口(58)与所述冷却液导流管(4)上的所述冷却液输出管(31)的输出一端连通；所述出水口(59)与所述第二冷却液输送管连通；所述冷却液通过所述进水口(58)进入所述夹层(60)，对所述引出结构(61)进行冷却，然后从所述出水口(59)经所述第二冷却液输送管回流至所述循环冷却机(73)的入口；

所述放电管(16)采用高纯石英玻璃制作，所述放电管(16)的尾端为平底，所述尾端的中心设有圆孔，所述圆孔用于套装在所述引出结构(61)的所述石英套管上；所述放电管(16)的顶端设有进气管(18)，所述进气管(18)通过真空橡皮管与所述氘气钢瓶(20)相连，用于向所述放电管(16)内输入氘气；所述阳极探针(17)设置在所述放电管(16)的顶端的中心位置，与所述阳极电源(69)相连，用于加载引出电压；所述阳极探针(17)采用钨棒制作；

所述进气管(18)与所述氘气钢瓶(20)之间还设有气体流量控制器(19)，所述气体流量控制器(19)采用针阀控制气体流量，所述气体流量控制器(19)两端分别用所述真空橡皮管连接所述氘气钢瓶(20)和放电管(16)的所述进气管(18)；所述氘气钢瓶(20)上设有气压表，所述氘气钢瓶(20)通过第二抱卡设置在所述第一空腔(3)的内部底层；

所述气体流量控制器(19)由所述控制系统进行控制。

8.如权利要求6所述的一种自屏蔽DD中子发生器，其特征是：

所述电容耦合环(65)为两个尺寸相同的铜环，分开套装在所述放电管(16)的外表面，还包括与所述电容耦合环(65)相连的射频电源匹配器(15)，所述射频电源匹配器(15)设置在所述屏蔽盒(6)内部底部；所述屏蔽盒(6)上设有射频线接头，用于所述射频电源匹配器(15)与所述射频电源(70)的连接；所述射频电源匹配器(15)上设有匹配器输入端口(66)和匹配器输出端口(67)，所述匹配器输入端口(66)用于与所述射频线接头连接，实现所述射频电源匹配器(15)与所述射频电源(70)的连接；所述匹配器输出端口(67)用于连接所述电容耦合环(65)，所述射频电源(70)通过所述射频电源匹配器(15)和所述电容耦合环(65)将功率馈入所述放电管(16)中；所述射频电源(70)的输出频率为108MHz、最大功率200W；

还包括套装在所述放电管(16)外的环形的第二永磁铁(64)，所述第二永磁铁(64)设置在所述屏蔽盒(6)内部，靠近所述放电管(16)的尾端，用于产生轴向磁场；

还包括设置在所述屏蔽盒(6)内部的冷却风扇，用于所述屏蔽盒(6)内部的散热。

9.如权利要求7所述的一种自屏蔽DD中子发生器，其特征是：

所述真空腔(5)为不锈钢圆筒，一端设置第一法兰，用于与所述冷却液导流管(4)上的所述法兰盘(12)相配合，实现所述冷却液导流管(4)与所述真空腔(5)的密封连接；另一端设置第二法兰，用于与所述离子源底盘(14)相配合，实现所述D+离子源与所述真空腔(5)的密封连接；所述第一法兰与所述法兰盘(12)之间以及所述第二法兰与所述离子源底盘(14)之间均通过螺钉连接并使用密封圈实现密封；

还包括垂直设置在所述真空腔(5)侧壁上的直管型、不锈钢材质的第三法兰(21)，所述第三法兰(21)的一端与所述真空腔(5)连通，另一端通过弯管(22)与所述分子泵机组(23)密封连接，实现所述分子泵机组(23)对所述真空腔(5)的抽真空；所述弯管(22)与所述第三法兰(21)和所述分子泵机组(23)相连的端口为国际标准ISO63型，两个端口均通过C形卡实现连接，并通过橡胶密封圈实现密封；

还包括设置在所述第三法兰(21)上的真空测量管(24)，用于与所述真空计(68)相连，实现对所述真空腔(5)的真空度的测量；所述第三法兰(21)上设置第四法兰，所述真空测量管(24)通过所述第四法兰密封设置在所述第三法兰(21)上，所述第四法兰为快接法兰。

10.如权利要求9所述的一种自屏蔽DD中子发生器，其特征是：所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)为立方体，所述第一空腔(3)和所述第二空腔(82)相对设置；所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)设置在设有滑轨(7)的可移动的平台(8)上，通过所述滑轨(7)实现所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)的移动，从而实现所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)的合拢和分离；

所述第一空腔(3)内设有支架(81)，所述中子发生器的所述主体部分通过第一抱卡设置在所述支架(81)上；所述支架(81)的高度能够调整；

所述第一屏蔽体(1)上设有第一中子通道准直孔(75)，所述第二屏蔽体(2)上设有第二中子通道准直孔(83)；所述第一中子通道准直孔(75)与所述第二中子通道准直孔(83)同轴；

还包括用于可拆卸的封堵所述第一中子通道准直孔(75)和所述第二中子通道准直孔(83)的含硼聚乙烯棒；

还包括可拆卸的设置在所述第一中子通道准直孔(75)和所述第二中子通道准直孔(83)内的不同孔径的含硼聚乙烯管，用于调节所述第一中子通道准直孔(75)和所述第二中子通道准直孔(83)的孔径，实现准直孔功能；

所述第一中子通道准直孔(75)与所述第二中子通道准直孔(83)对准所述靶片(47)的位置；

在所述第一屏蔽体(1)的一侧上部设计高压线穿线孔(76)，用于通过所述高压线(10)；所述高压线穿线孔(76)与所述高压线(10)之间设有聚乙烯管，用于固定所述高压线(10)；所述高压线穿线孔(76)位于屏蔽体外表面的端口上设有航空接头，所述高压线(10)通过所述航空接头进行固定；

所述第一空腔(3)的边沿设有凹槽(77)，所述第二空腔(82)的边沿设有凸缘(84)，所述凹槽(77)和所述凸缘(84)能够相互配合，在所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)合拢时实现密封连接；所述凹槽(77)和所述凸缘(84)的咬合面能够降低中子和伽马射线从所述凹槽(77)和所述凸缘(84)的交接面的缝隙中泄漏的几率；

所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)的屏蔽层包括由内到外的含硼聚乙烯层、铅层、不锈钢板；所述含硼聚乙烯层用来屏蔽和吸收中子，所述铅层用于屏蔽伽马射线，所述不锈钢板用来外层保护。

11.如权利要求10所述的一种自屏蔽DD中子发生器，其特征是：

在所述第一屏蔽体(1)的底部，设有若干通孔(79)，用于所述屏蔽体内的所述中子发生器的所述主体部分与所述屏蔽体外的所述附件机柜(74)内的设备之间的管线的连通；

在所述第一屏蔽体(1)的外侧设有转换连接板(80)，所述转换连接板(80)上设有若干接头(86)；所述管线通过所述通孔(79)后从所述第一屏蔽体(1)的底部与所述平台(8)之间的缝隙引出连接到所述接头(86)上，所述附件机柜(74)内的设备再分别与相应的所述接头(86)对应连接；

通过所述接头(86)对接的所述管线包括：

所述真空计(68)与所述真空测量管(24)之间的连接线；

所述阳极电源(69)与所述阳极探针(17)之间的连接线；

所述射频电源(70)与所述射频电源匹配器(15)之间的所述离子源供电电缆；

所述控制系统与所述分子泵机组(23)、所述D+离子源和所述气体流量控制器(19)之间的所述信号线；

所述循环冷却机(73)与所述冷却液导流管(4)、所述离子源底盘(14)之间的所述第一冷却液输送管和所述第二冷却液输送管；

所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)的外表面设有把手(78)，用于所述第一屏蔽体(1)和所述第二屏蔽体(2)的手动合拢或者分离；

所述平台(8)底部设有若干万向轮(85)，用于所述平台(8)的移动。

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