CN2052573U - 陶瓷自成靶中子管 - Google Patents

Abstract

该实用新型属中子发生装置

该实用新型采用稀土磁钢，设计离子原磁路系统。采用锆—石墨储存器，可伐合金为加速电极，利用陶瓷做为自成靶材料。使中子管热稳定性好。在自然冷却条件下耐离子束流高，可达800μA，产额高，可达2×10⁹n/s。使用寿命长、成本低、加工制作容易。重量轻，便于携带。消耗功率小，操作管理容易。适于流动作业，易于推广应用。可用于科学研究及工农业生产。如：中子探矿、测井，中子辐照养蚕、养虾等。

Description

该实用新型属中子发生装置。

目前，中子管产品采用玻璃绝缘外壳和商品氚靶，外壳易碎易炸。电气绝缘性能和排气烘烤温度受到限制，管内零件不能彻底除气，真空性能差，常常出现“气多”现象，不能使用，还经常出现放电击穿损坏现象，中子管的平均使用寿命低于100小时，稳定性和温度特性较差，因而使中子管的推广应用受到影响。

靶是中子管的主要部件之一。靶的性能对中子管的产额、寿命和稳定性等主要指标起关键性作用。

采用自成靶是提高中子管性能的首要措施。所谓自成靶，既在靶内事先不吸氚，而在储存器内吸入氘氚混合气体。中子管工作时，氘氚离子逐渐打入靶内，经过一段时间后，靶内氘氚含量达到饱和，形成中子产额稳定的自成靶。

自成靶材料选择和制作工艺对中子管的性能有重大影响。目前，人们采用的靶材料有金、铜、碳层和钛镀层靶单位束流中子产额较高，大多采用钛镀层做自成靶（丁厚本，王乃彦著，中子源物理，科学出版社，1984，p467）。

我们在中子管研制过程中发现，钛镀层靶有下列缺点：当靶温升高时，吸附在钛层内的气体会迅速逸出，使管内气压升高，甚至达到难于控制的程度，因此在自然冷却条件下，稳定工作束流仅限于100μA，中子产额受到限制。而中子管的某些使用场合，例如石油测井，不能采用流水冷却的办法来冷却靶，因此需要研制能在较高环境温度，在自然冷却条件下，能耐住较大束流的靶。此外，钛镀层靶在离子束轰击下，由于溅射等原因，钛镀层会逐渐损失，会影响使用寿命，束流较大时，这种现象尤为严重。

本实用新型的目的是研制能在较高环境温度（150℃）下稳定工作，产额高，使用寿命长的中子管。

该中子管由离子源、加速系统、靶和气压调节元件组成，全部密封在一支陶瓷管内，构成一支结构紧凑、使用方便的电真空器件。其工作原理是，由离子源产生的氘离子，经加速后，打在靶上，与靶中的氚发生下列核反应，

² ₁H＋³ ₁H→⁴ ₂He＋¹ ₀n 放出14Mev中子。

本实用新型总体结构如附图。潘宁离子源〔4〕的作用是产生氘离子。

离子源在低气压条件下的放电起辉时性、放电电流和等离子体密度对磁场强度的依赖性是很大的，磁场强度是影响离子源特性的关键因素。以前的中子管多采用铝镍钴磁钢，但其磁能积较低。本实用新型选用一种新型稀土磁钢，设计出一种体积小、重量轻，并且适应封接和排气工艺要求的磁路系统。

绝缘材料对中子管的耐压性能和寿命有很大影响。95陶瓷是在1700℃高温下烧结而成，其绝缘性能比玻璃高两个数量级，化学性能稳定，不会象玻璃那样出现水解现象。软化温度为1650℃，不会出现放电击穿损坏现象。其导热系数和不锈钢差不多。机械强度也比较好。因此采用95陶瓷做为绝缘外壳。〔3〕

加速系统由输出阴极和加速电极组成，这种简单的一次加速系统同时完成离子的引出、加速和成形三项任务。

加速电极〔2〕的材料选择、结构型式和工艺处理方法对耐压性能的影响也很大。本实用新型采用一种可伐合金做为电极〔2〕材料，并严格工艺处理过程，既保证了耐压性能，又适应封接工艺的要求。

储存器〔5〕是中子管的气压调解元件，从耐压角度考虑，管内真空度高一些为好，但为了保证离子源正常工作，管内真空度需在10^－4mmHg左右。如果管内仅充入氘氚气体至10^－4mmHg。由于电清除作用，管内气体会迅速消耗，真空度不能长时间保持在10^－4mmHg，中子管也就不能正常工作。为此，管内装入有气体储存器〔5〕，它是利用钛、锆或其合金的吸收放气特性而制成的。制管时，吸收一定数量的氘氚气体，工作时将其通电加热。氘氚气体便会释出，温度一定时，氘氚的释出和消耗保持平衡，使管内气压维持在一定数量，改变储存器〔5〕的加热电流，可以方便的调整管内气压。

中子管内气压稳定性是保证中子产额和耐压性能稳定性的重要因素。首要前提是对中子管内零件进行彻底除气。还要求储存器〔5〕有良好的气压调节性能。中子管工作时，因电清除作用而引起的气体消耗速率与离子流有关，离子流愈大，气体消耗愈加显著，因此，储存器〔5〕的氘氚气体储存要有一定数量才能保证长期稳定工作，但又不能过多，过多不仅浪费氘氚气体，而且会影响储存器〔5〕的气压调节速率。中子管工作时，靶〔5〕或电极〔2〕等元件会因温升而释出气体，使管内气压增高，此时可降低储存器〔5〕电流，使其迅速吸收这些气体，以维持气压稳定。由此可见，要使中子管长期稳定工作，需采用吸气量大而吸气速率又高的储存器〔5〕。目前的玻璃中子管产品采用钛粉，其缺点是吸气量小，吸气速率低。本实用新型采用一种新型锆－石墨吸气剂材料，并仔细进行激活处理，其特点是吸气速率高，气压调节效果灵敏。

采用一种95陶瓷做成自成靶〔1〕。它是一种绝缘材料，按传统观念难以置信它能做为一种靶材料。然而，实验表明，它确是一种良好的自成靶材料。

本实用新型采用一种陶瓷做为自成靶材料，它的氢饱和溶解度高于其他金属，原子序数Z小，阻止本领小，中子产额高于其他金属。它是一种非金属材料，但其导热性能和不锈钢差不多，而且很容易和靶底钎焊在一起，因而能保证其导热性能。这种靶的主要优点是：①热稳定性好，靶温升较高时，靶内气体不逸出，容易使管内气压稳定，因而在自然冷却条件下，能耐住较大离子束流，稳定工作束流可达800μA，尽管其单位束流中子产额较钛镀层靶低一些，但由于其稳定工作束流大，在自然冷却条件下，所获得的中子总产额远高于钛镀层靶，可达2×10⁹n／s。②使用寿命长，不会因溅射或涂层脱落而影响使用寿命。③成本低廉，加工制作容易。

该实用新型与普通同位素中子源相比，其中子产额高，能谱单色性好，无γ本底，可产生脉冲中子，不用时可关断，防护容易，储存管理和运输方便；与反应堆或加速器中子源相比，体积小，重量轻，消耗功率小，无须真空系统和冷却设备，不必更换氚靶，操作容易，维护管理简单，便于携带或移动，适于流动辐照或现场辐照，而其成本却低得多，因而适于推广应用。

可用于原子核物理，中子物理，反应堆物理，放射化学和放射医学等基础科学研究，中子测量和防护材料的实验研究，中子辐照生物效应和中子医疗诊断等研究试验工作。也可直接用于工农业生产，例如中子探矿、中子测井、中子辐照养蚕、中子辐照养虾、中子辐照春雷霉素、反应堆点火，也可开展中子水分测量和活化分析等试验研究工作，利用中子管还可以产生多种半衰期适宜的放射性核素，进行半衰期测量，放射性核素生长和衰变规律，能谱和原子核能级测量，中子全截面测量等多种教学实验，因而很适于装备普通高校实验室。

附图为中子管结构示意图

Claims (5)

1、一种由绝缘外壳；储存器、离子源、加速电极和靶构成的中子管，其特征在于靶[1]为陶瓷自成靶。

2、一种按权利1所述的中子管，其特征在于，所谓的储存器〔5〕为锆一石墨构成。

3、一种按权利要求1、2所述的中子管，其特征在于，其加速电极〔2〕采用一种可伐合金材料制成。

4、一种按权利要求1、2所述的中子管，其特征在于离子源〔4〕磁路系统选用一种稀土磁钢。

5、一种按权利要求1、2所述的中子管，其特征为，所谓的靶〔1〕所用的陶瓷为95陶瓷。

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