CN115988728A - 中子发生器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及中子无损检测技术，具体提供一种中子发生器，旨在解决现有中子发生器内三相点附近易发生高压打火的问题。为此目的，本申请的中子发生器包括：壳体，其内部形成有真空腔室；离子源，其设置于所述壳体上，用于产生离子束流，所述离子源的发射口位于所述真空腔室内；绝缘座，其设置于所述壳体内；靶，其固定于所述绝缘座上；以及电源模块，其与所述靶电连接，用于向所述靶提供高压电，以使所述离子束流在电场作用下轰击所述靶，从而产生中子；其中，所述绝缘座上开设有环形槽，所述环形槽环设于所述靶与所述绝缘座接触面的四周。本申请能够减小电荷的爬电距离，降低三相点附近的电场强度，进而降低高压打火的风险。

Description

中子发生器

技术领域

本申请涉及中子无损检测技术领域，具体提供一种中子发生器。

背景技术

中子成像作为一种重要的无损检测技术，其能够实现物体深度部位的检测，并能准确区分不同元素成分，因而在航空航天、材料学、生物医学等各领域中发挥着越来越重要的作用。

中子发生器作为中子成像系统中的重要部分，其通过内部离子源发射的离子束流轰击靶而产生中子。相关技术中，中子发生器内部的靶电极一般通过绝缘座进行支撑，然而在高压状态下，电极、绝缘座与真空环境的结合点附近往往容易造成高压打火，存在较高的隐患。

因此，本领域需要一种新的中子发生器来解决上述问题。

发明内容

本申请旨在解决上述技术问题，即为了解决现有中子发生器内三相点附近易发生高压打火的问题。

本申请提供一种中子发生器，该中子发生器包括：

壳体，其内部形成有真空腔室；

离子源，其设置于所述壳体上，用于产生离子束流，所述离子源的发射口位于所述真空腔室内；

绝缘座，其设置于所述壳体内；

靶，其固定于所述绝缘座上；以及

电源模块，其与所述靶电连接，用于向所述靶提供高压电，以使所述离子束流在电场作用下轰击所述靶，从而产生中子；

其中，所述绝缘座上开设有环形槽，所述环形槽环设于所述靶与所述绝缘座接触面的四周。

可选地，所述绝缘座呈一端开口的筒状结构，所述靶固定于所述筒状结构的底壁。

可选地，所述环形槽的内壁为弧面，所述弧面与所述筒状结构的底壁平滑连接。

可选地，所述中子发生器还包括屏蔽电极，其固定于所述绝缘座上，所述屏蔽电极包围于所述靶的四周，以阻挡所述离子束流轰击所述靶时产生的二次电子向所述离子源溅射。

可选地，所述屏蔽电极靠近所述离子源的端部开设有供所述离子束流通过的引流口。

可选地，所述屏蔽电极的电压不高于所述靶的电压。

可选地，所述绝缘座由聚乙烯、环氧树脂、陶瓷、微晶玻璃或聚酰亚胺制成。

可选地，所述中子发生器还包括冷却系统，所述冷却系统用于对所述靶进行冷却。

可选地，所述冷却系统包括：

冷却机，其用于提供冷却剂；

冷却剂馈入装置，所述冷却剂馈入装置的输入端连通所述冷却机，所述冷却剂馈入装置的输出端伸进所述真空腔室内并连通所述靶；以及

冷却剂排出装置，所述冷却剂排出装置的输入端连通所述靶，所述冷却剂排出装置的输出端伸出所述真空腔室外。

可选地，所述冷却剂排出装置与所述冷却剂馈入装置结构相同。

如上，在采用上述技术方案的情况下，本申请通过在靶与绝缘座的结合点或接触面的四周开设环形槽，一方面延长了爬电距离，即延长了电荷由三相点附近传递至真空腔室室壁的距离，从而能够降低沿面闪络、打火的概率。另一方面，环形槽的设置分散了三相点附近的电场分布，从而降低了三相点附近的局部电场强度，因此降低了高压打火的风险。

附图说明

下面结合附图来描述本申请的优选实施方式，附图中：

图1是本申请实施例给出的中子发生器的示意图。

图中，附图标记指代如下：

1、壳体；2、离子源；3、绝缘座；31、环形槽；4、靶；5、引出电极；51、引流口。

具体实施方式

下面参照附图来描述本申请的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本申请的技术原理，并非用于限制本申请的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示相关装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，序数词“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参照图1，为本申请实施例公开的一种中子发生器，其包括壳体1、离子源2、绝缘座3、靶4以及电源模块(图中未示出)。

壳体1作为中子发生器的载体，其内部形成有真空腔室。

离子源2固定安装在壳体1上，离子源2的发射口位于真空腔室内，并能够发射离子束流。

绝缘座3固定设置在壳体内，其可由聚乙烯、环氧树脂、陶瓷、微晶玻璃或聚酰亚胺等材料制成。绝缘座3用于支撑中子发生器的靶系统，靶系统包括靶4，靶4上连接有靶电极，实际中靶电极可以与靶4一体成型，也可以分体设置，靶4固定设置在绝缘座3上。

本申请中绝缘座3呈一端开口的筒状结构，其纵向截面呈U形，靶4固定设置在绝缘座3的底壁，绝缘座3内表面靠近其底壁的位置开设有环形槽31，环形槽31环设于靶4与绝缘座3接触面的四周。

电源模块与靶4电连接，电源模块用于向靶4提供高压，在离子源2与靶4之间形成电场，离子束流在电场作用下轰击靶4，从而产生中子。

由于在高压环境下，靶4、绝缘座3以及真空环境的结合点(即三相点)附近或接触面附近容易发生高压打火的现象，通过在靶4与绝缘座3的结合点或接触面的四周开设环形槽31，一方面延长了爬电距离，即延长了电荷由三相点附近传递至真空腔室室壁的距离，从而能够降低沿面闪络、打火的概率。另一方面，环形槽31的设置分散了三相点附近的电场分布，从而降低了三相点附近的局部电场强度，因此降低了高压打火的风险。

参照图1，作为本申请一种可能的实现方式，环形槽31的内壁设置为弧面，弧面与绝缘座3的底壁平滑连接。将环形槽31的内壁面设置为弧面，避免形成尖角，使电场分布更均匀，从而能够进一步降低打火风险。

参照图1，靶4的外侧罩设有引出电极5，引出电极5为筒状结构，其作用是对离子源2轰击靶4的过程中产生的二次电子进行抑制，阻挡二次电子向离子源2方向溅射，导致离子源2的发射口或微波窗口受到损伤。

应当理解的是，引出电极5可以作为靶电极，也可作为屏蔽电极。当引出电极5作为靶电极时，其与靶电极同电位。当引出电极5作为屏蔽电极时，屏蔽电极通过绝缘座3或其它绝缘结构支撑于壳体1内，须保证屏蔽电极包围于靶4的四周即可。无论引出电极5作为靶电极或屏蔽电极，环形槽31均适应于该场景。

当引出电极5作为屏蔽电极时，其电压可以等于靶4的电压，也可以低于靶4的电压。当屏蔽电极的电压低于靶4的电压，此时，屏蔽电极相对靶4来讲，相当于阴极，使得二次电子在电场作用下束缚在靶4的附近。

无论引出电极5作为靶电极还是屏蔽电极，其靠近离子源2的端部开设有供离子束流通过的引流口51。通过引流口51的设置，降低引出电极5对离子束流发射产生的阻隔作用，保证轰击靶面的离子束流的强度。

作为本申请一种可能的实现方式，本申请的中子发生器还包括冷却系统，离子源轰击靶的过程中会产生大量热量，冷却系统与靶相连，在此过程中对靶进行冷却，从而将热量及时散发出去。

可选地，冷却系统包括冷却机、冷却剂馈入装置以及冷却剂排出装置。冷却机用于提供冷却剂，其中，冷却剂可以为液态冷却剂，也可以为气态冷却剂，即可以采用液冷和气冷等方式，本申请不作具体限定。冷却剂馈入装置的输入端连通冷却机、输出端伸进真空腔室内并与靶内部的冷却腔连通。冷却剂排出装置的输入端位于真空腔室内，且连通靶内的冷却腔，输出端伸出真空腔室外。冷却机、冷却剂馈入装置、靶以及冷却剂排出装置组成一个完整的循环回路，将离子束流轰击靶的过程中产生的热量及时排出，确保靶系统安全稳定运行。

在一些可能的实现方式中，冷却剂馈入装置和冷却剂排出装置的结构相同，相对于靶对称设置。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中子发生器，其特征在于，包括：

壳体，其内部形成有真空腔室；

离子源，其设置于所述壳体上，用于产生离子束流，所述离子源的发射口位于所述真空腔室内；

绝缘座，其设置于所述壳体内；

靶，其固定于所述绝缘座上；以及

电源模块，其与所述靶电连接，用于向所述靶提供高压电，以使所述离子束流在电场作用下轰击所述靶，从而产生中子；

其中，所述绝缘座上开设有环形槽，所述环形槽环设于所述靶与所述绝缘座接触面的四周。

2.根据权利要求1所述的中子发生器，其特征在于，所述绝缘座呈一端开口的筒状结构，所述靶固定于所述筒状结构的底壁。

3.根据权利要求2所述的中子发生器，其特征在于，所述环形槽的内壁为弧面，所述弧面与所述筒状结构的底壁平滑连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的中子发生器，其特征在于，还包括：

屏蔽电极，其固定于所述绝缘座上，所述屏蔽电极包围于所述靶的四周，以阻挡所述离子束流轰击所述靶时产生的二次电子向所述离子源溅射。

5.根据权利要求4所述的中子发生器，其特征在于，所述屏蔽电极靠近所述离子源的端部开设有供所述离子束流通过的引流口。

6.根据权利要求4所述的中子发生器，其特征在于，所述屏蔽电极的电压不高于所述靶的电压。

7.根据权利要求1所述的中子发生器，其特征在于，所述绝缘座由聚乙烯、环氧树脂、陶瓷、微晶玻璃或聚酰亚胺制成。

8.根据权利要求1所述的中子发生器，其特征在于，所述中子发生器还包括冷却系统，所述冷却系统用于对所述靶进行冷却。

9.根据权利要求8所述的中子发生器，其特征在于，所述冷却系统包括：

冷却机，其用于提供冷却剂；

冷却剂馈入装置，所述冷却剂馈入装置的输入端连通所述冷却机，所述冷却剂馈入装置的输出端伸进所述真空腔室内并连通所述靶；以及

冷却剂排出装置，所述冷却剂排出装置的输入端连通所述靶，所述冷却剂排出装置的输出端伸出所述真空腔室外。

10.根据权利要求9所述的中子发生器，其特征在于，所述冷却剂排出装置与所述冷却剂馈入装置结构相同。

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