CN111739674A - 一种用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极 - Google Patents

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Abstract

本发明属于中子发生器技术领域，具体涉及一种用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极，包括由靶基座(2)和电极(6)组成的外表光滑的圆柱形的外壳体，设置在靶基座(2)上、位于外壳体内部的靶片(3)，靶基座(2)上设有冷却液通道(12)，电极(6)上设有束流通道(13)。该靶电极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内部，保证了电场分布的均匀性。该靶电极对二次电子的抑制效果好，尺寸小，功能全，靶片(3)上能承载3.5mA以上、能量为130keV的D+束流。

Description

一种用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极
技术领域
本发明属于中子发生器技术领域，具体涉及一种用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极。
背景技术
对于离子源接地，靶端加载负高压，利用离子源和靶之间的间隙进行加速的小型中子发生器，对靶端的要求很高。靶端需要加载-130kV的高电压，电场等级很高，要避免靶端高压打火，需设计产生均匀电场的靶结构和电极形状；离子源产生的束流强度达到毫安量级，靶点尺寸一般在10mm以下，靶上功率密度很高，需要对靶进行有效冷却；靶端处于真空腔内，要对靶进行真空密封。束流轰击靶面产生大量的二次电子，二次电子受到离子源底盘和靶之间电场的作用反向加速轰击离子源，造成离子源寿命缩短，同时造成靶端电流增大，使加速高压电源负载增大，从而造成非常不利的影响，因此需要对靶上产生的二次电子进行抑制，避免其进入加速场区。抑制二次电子通常采用外加电场的方法，即在靶面附近加一个电力线指向离子源的电场，使产生的二次电子向靶面运动，避免进入加速场区。这种方法需要额外设计靶结构，在靶面上方设计一个电极，在此电极上加载一个负电压，在靶面和该电极之间形成方向由靶面指向该电极的电力线，由于靶端加载的是-100kV左右的高压，靶端处于真空腔中，从真空腔外面的地电位引入一个电线加载到电极上非常困难，会造成靶端结构复杂，同时带来高压绝缘的问题，还会增加系统电源数量，对于尺寸要求严格的小型中子发生器来说，都是不可取的。因此小型中子发生器的靶电极的结构设计、二次电子抑制方法对于研制负高压加速型小型中子发生器十分关键。
发明内容
本分明的目的是提供一种处于高压端的紧凑型靶电极，解决靶端高压打火、靶片冷却、抑制二次电子等综合性问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极，其中，包括由靶基座和电极组成的外表光滑的圆柱形的外壳体，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。
进一步，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。
进一步，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。
进一步，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绝缘密封圈，所述靶片通过压环压紧在所述绝缘密封圈上，实现所述靶片与所述斜面之间的绝缘密封连接。
进一步，所述绝缘密封圈的材料为聚四氟乙烯，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。
进一步，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。
进一步，所述压环为不锈钢圆环，外径与所述靶片等径，内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，还包括连接在所述压环和所述靶基座之间的电阻。
进一步，在所述靶基座的所述冷却液通道内设置有高压连接杆，所述高压连接杆的尾端成L形，延伸到所述靶基内腔内，并连接在所述靶基座的侧壁上；所述高压连接杆的顶端延伸至所述冷却液通道的圆弧型开口之外，所述高压连接杆为不锈钢材质。
进一步，还包括设置在所述电极内的一对永磁铁，磁场强度为200高斯，所述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，所述永磁铁的N极和S极相对设置。
本发明的有益效果在于：
1.靶电极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内部，保证了电场分布的均匀性。
2.将靶基座2与冷却液导流管粘接，冷却液导流管是由同轴的内管和外管组成的双层石英玻璃管，冷却液将通过冷却液导流管的内管导向靶片3，对靶片3冷却，然后通过靶片3下方的靶基内腔16流入冷却液导流管的内管和外管之间的循环流道导出，对靶片3实现循环冷却。
3.束流为D+粒子，打在靶片3的靶面上的正电荷将通过电阻5流向电极6，在靶面和电极6之间形成电压差，产生方向由靶面指向电极6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。
4.电极6内壁的永磁铁7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6的内壁上消失掉，阻止其进入加速场区。
5.自抑制电场和永磁铁7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。
6.靶电极尺寸小，功能全，抑制二次电子效果显著。
7.靶片3上能承载3.5mA以上、能量为130keV的D+束流。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述的一种用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极的示意图；
图2是本发明具体实施方式中所述的靶片部分的绝缘密封的局部放大图；
图中：1-高压连接杆，2-靶基座，3-靶片，4-绝缘密封圈，5-电阻，6-电极，7-永磁铁，8-铁片支架，9-压环，10-螺钉，11-胶木绝缘套管，12-冷却液通道，13-束流通道，14-斜面，15-靶片开口，16-靶基内腔。
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所示，本发明提供的一种用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极，包括高压连接杆1、靶基座2、靶片3、电阻5、电极6、永磁铁7等部件。
靶基座2和电极6组成外表光滑的圆柱形的外壳体，靶片3设置在靶基座2上、位于外壳体内部，靶基座2上设有冷却液通道12，电极6上设有束流通道13，用于通过由离子源产生的D+束流。
靶基座2为铜质材料，为圆柱形，一端设有冷却液通道12(冷却液通道12用于与绝缘的冷却液导流管粘接，向靶基座2上的靶片3输送冷却液，对靶片3进行冷却)，另一端为设有靶片开口15的斜面14，并设有外螺纹；斜面14和冷却液通道12之间构成靶基内腔16；冷却液通道12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6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13，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2的外螺纹相适应)的开口，与靶基座2通过螺纹连接。
斜面14的角度为45度，靶片3密封设置在靶片开口15上，靶片3与斜面14之间为绝缘密封连接；靶片3的直径为40mm，冷却液通道12的直径为30mm，束流通道13的直径为18mm，外壳体的外径为52mm，内径为46mm，长度150mm电极6构成外壳体的主体部分(即电极6的外径为52mm，内径为46mm)。
如图2所示，靶片开口15的朝向束流通道13的一侧的边沿设有凹槽，靶片3设置在凹槽内；靶片3与凹槽之间设有绝缘密封圈4，靶片3通过压环9压紧在绝缘密封圈4上，实现靶片3与斜面14之间的绝缘密封连接(靶片3与斜面14之间不接触)，安装顺序是依次在凹槽内安装绝缘密封圈4、靶片3和压环9，压环9和靶基座2之间采用绝缘的螺钉10连接，使靶片3和斜面14(即靶基座2)之间实现绝缘密封。
绝缘密封圈4的材料为聚四氟乙烯，厚度大于凹槽深度。
斜面14上设有均匀设置的若干螺纹孔。
靶片3为圆片形钼片，直径小于凹槽的直径，靶片3的一面镀钛后吸附氘或者氚，形成氘靶或者氚靶。
压环9为不锈钢圆环，外径与靶片3等径，内径大于靶片3的活性区，压环9的环面设有用于安装螺钉10的螺钉通孔。
压环9与斜面14之间通过螺钉10和螺纹孔实行连接，螺钉10外围套有胶木绝缘套管11。安装时靶片3不接触靶基座2，胶木绝缘套管11放置在压环9的螺钉通孔内，最后用螺钉10压紧压环9，使靶片3与靶基座2之间实现绝缘密封。
电阻5连接在压环9和靶基座2之间，电阻5的阻值为300kΩ。
在靶基座2的冷却液通道12内设置有高压连接杆1，高压连接杆1的尾端成L形，延伸到靶基内腔16内，并通过焊接连接在靶基座2的侧壁上；高压连接杆1的顶端延伸至冷却液通道12的圆弧型开口之外，位于冷却液导流管(冷却液导流管是由同轴的内管和外管组成的双层石英玻璃管)的内管中心，高压连接杆1为不锈钢材质，用于与高压线连接，给靶电极输送加速高压。
永磁铁7为两片，形状为长方形薄片，通过半圆形的铁片支架8设置在电极6内，磁场强度为200高斯。永磁铁7位于斜面14和束流通道13之间的位置，永磁铁7的N极和S极相对设置。
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 (10)

1.一种用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极，其特征是：包括由靶基座(2)和电极(6)组成的外表光滑的圆柱形的外壳体，设置在所述靶基座(2)上、位于所述外壳体内部的靶片(3)，所述靶基座(2)上设有冷却液通道(12)，所述电极(6)上设有束流通道(13)。
2.如权利要求1所述的用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极，其特征是：所述靶基座(2)为铜质材料，为圆柱形，一端设有所述冷却液通道(12)，另一端为设有靶片开口(15)的斜面(14)，所述斜面(14)和所述冷却液通道(12)之间构成靶基内腔(16)；所述冷却液通道(12)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(6)为不锈钢圆筒，一端为所述束流通道(13)，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(2)通过螺纹连接。
3.如权利要求2所述的用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极，其特征是：所述斜面(14)的角度为45度，所述靶片(3)密封设置在所述靶片开口(15)上，所述靶片(3)与所述斜面(14)之间为绝缘密封连接。
4.如权利要求3所述的用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极，其特征是：所述靶片开口(15)的朝向所述束流通道(13)的一侧的边沿设有凹槽，所述靶片(3)设置在所述凹槽内；所述靶片(3)与所述凹槽之间设有绝缘密封圈(4)，所述靶片(3)通过压环(9)压紧在所述绝缘密封圈(4)上，实现所述靶片(3)与所述斜面(14)之间的绝缘密封连接。
5.如权利要求4所述的用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极，其特征是：所述绝缘密封圈(4)的材料为聚四氟乙烯，厚度大于所述凹槽深度；所述斜面(14)上设有若干螺纹孔，所述压环(9)与所述斜面(14)之间通过螺钉(10)和所述螺纹孔实行连接，所述螺钉(10)外围套有胶木绝缘套管(11)。
6.如权利要求5所述的用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极，其特征是：所述靶片(3)为圆片形钼片，直径小于所述凹槽的直径，所述靶片(3)的一面镀钛后吸附氘或者氚，形成氘靶或者氚靶。
7.如权利要求5所述的用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极，其特征是：所述压环(9)为不锈钢圆环，外径与所述靶片(3)等径，内径大于所述靶片(3)的活性区，所述压环(9)的环面设有用于安装所述螺钉(10)的螺钉通孔。
8.如权利要求3所述的用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极，其特征是：还包括连接在所述压环(9)和所述靶基座(2)之间的电阻(5)。
9.如权利要求2所述的用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极，其特征是：在所述靶基座(2)的所述冷却液通道(12)内设置有高压连接杆(1)，所述高压连接杆(1)的尾端成L形，延伸到所述靶基内腔(16)内，并连接在所述靶基座(2)的侧壁上；所述高压连接杆(1)的顶端延伸至所述冷却液通道(12)的圆弧型开口之外，所述高压连接杆(1)为不锈钢材质。
10.如权利要求2所述的用于负高压加速的小型中子发生器的靶电极，其特征是：还包括设置在所述电极(6)内的一对永磁铁(7)，磁场强度为200高斯，所述永磁铁(7)为长方形薄片,通过铁片支架(8)设置在所述电极(6)内,位于所述斜面(14)和所述束流通道(13)之间的位置，所述永磁铁(7)的N极和S极相对设置。
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