專(zhuān)利名稱(chēng)：陶瓷自成靶中子管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該實(shí)用新型屬中子發(fā)生裝置。
目前，中子管產(chǎn)品采用玻璃絕緣外殼和商品氚靶，外殼易碎易炸。電氣絕緣性能和排氣烘烤溫度受到限制，管內(nèi)零件不能徹底除氣，真空性能差，常常出現(xiàn)“氣多”現(xiàn)象，不能使用，還經(jīng)常出現(xiàn)放電擊穿損壞現(xiàn)象，中子管的平均使用壽命低于100小時(shí)，穩(wěn)定性和溫度特性較差，因而使中子管的推廣應(yīng)用受到影響。
靶是中子管的主要部件之一。靶的性能對(duì)中子管的產(chǎn)額、壽命和穩(wěn)定性等主要指標(biāo)起關(guān)鍵性作用。
采用自成靶是提高中子管性能的首要措施。所謂自成靶，既在靶內(nèi)事先不吸氚，而在儲(chǔ)存器內(nèi)吸入氘氚混合氣體。中子管工作時(shí)，氘氚離子逐漸打入靶內(nèi)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，靶內(nèi)氘氚含量達(dá)到飽和，形成中子產(chǎn)額穩(wěn)定的自成靶。
自成靶材料選擇和制作工藝對(duì)中子管的性能有重大影響。目前，人們采用的靶材料有金、銅、碳層和鈦鍍層靶單位束流中子產(chǎn)額較高，大多采用鈦鍍層做自成靶(丁厚本，王乃彥著，中子源物理，科學(xué)出版社，1984，p467)。
我們?cè)谥凶庸苎兄七^(guò)程中發(fā)現(xiàn)，鈦鍍層靶有下列缺點(diǎn)當(dāng)靶溫升高時(shí)，吸附在鈦層內(nèi)的氣體會(huì)迅速逸出，使管內(nèi)氣壓升高，甚至達(dá)到難于控制的程度，因此在自然冷卻條件下，穩(wěn)定工作束流僅限于100μA，中子產(chǎn)額受到限制。而中子管的某些使用場(chǎng)合，例如石油測(cè)井，不能采用流水冷卻的辦法來(lái)冷卻靶，因此需要研制能在較高環(huán)境溫度，在自然冷卻條件下，能耐住較大束流的靶。此外，鈦鍍層靶在離子束轟擊下，由于濺射等原因，鈦鍍層會(huì)逐漸損失，會(huì)影響使用壽命，束流較大時(shí)，這種現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。
本實(shí)用新型的目的是研制能在較高環(huán)境溫度(150℃)下穩(wěn)定工作，產(chǎn)額高，使用壽命長(zhǎng)的中子管。
該中子管由離子源、加速系統(tǒng)、靶和氣壓調(diào)節(jié)元件組成，全部密封在一支陶瓷管內(nèi)，構(gòu)成一支結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便的電真空器件。其工作原理是，由離子源產(chǎn)生的氘離子，經(jīng)加速后，打在靶上，與靶中的氚發(fā)生下列核反應(yīng)，21H＋31H→42He＋10n 放出14Mev中子。
本實(shí)用新型總體結(jié)構(gòu)如附圖
。潘寧離子源〔4〕的作用是產(chǎn)生氘離子。
離子源在低氣壓條件下的放電起輝時(shí)性、放電電流和等離子體密度對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的依賴性是很大的，磁場(chǎng)強(qiáng)度是影響離子源特性的關(guān)鍵因素。以前的中子管多采用鋁鎳鈷磁鋼，但其磁能積較低。本實(shí)用新型選用一種新型稀土磁鋼，設(shè)計(jì)出一種體積小、重量輕，并且適應(yīng)封接和排氣工藝要求的磁路系統(tǒng)。
絕緣材料對(duì)中子管的耐壓性能和壽命有很大影響。95陶瓷是在1700℃高溫下燒結(jié)而成，其絕緣性能比玻璃高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，化學(xué)性能穩(wěn)定，不會(huì)象玻璃那樣出現(xiàn)水解現(xiàn)象。軟化溫度為1650℃，不會(huì)出現(xiàn)放電擊穿損壞現(xiàn)象。其導(dǎo)熱系數(shù)和不銹鋼差不多。機(jī)械強(qiáng)度也比較好。因此采用95陶瓷做為絕緣外殼?！?〕加速系統(tǒng)由輸出陰極和加速電極組成，這種簡(jiǎn)單的一次加速系統(tǒng)同時(shí)完成離子的引出、加速和成形三項(xiàng)任務(wù)。
加速電極〔2〕的材料選擇、結(jié)構(gòu)型式和工藝處理方法對(duì)耐壓性能的影響也很大。本實(shí)用新型采用一種可伐合金做為電極〔2〕材料，并嚴(yán)格工藝處理過(guò)程，既保證了耐壓性能，又適應(yīng)封接工藝的要求。
儲(chǔ)存器〔5〕是中子管的氣壓調(diào)解元件，從耐壓角度考慮，管內(nèi)真空度高一些為好，但為了保證離子源正常工作，管內(nèi)真空度需在10－4mmHg左右。如果管內(nèi)僅充入氘氚氣體至10－4mmHg。由于電清除作用，管內(nèi)氣體會(huì)迅速消耗，真空度不能長(zhǎng)時(shí)間保持在10－4mmHg，中子管也就不能正常工作。為此，管內(nèi)裝入有氣體儲(chǔ)存器〔5〕，它是利用鈦、鋯或其合金的吸收放氣特性而制成的。制管時(shí)，吸收一定數(shù)量的氘氚氣體，工作時(shí)將其通電加熱。氘氚氣體便會(huì)釋出，溫度一定時(shí)，氘氚的釋出和消耗保持平衡，使管內(nèi)氣壓維持在一定數(shù)量，改變儲(chǔ)存器〔5〕的加熱電流，可以方便的調(diào)整管內(nèi)氣壓。
中子管內(nèi)氣壓穩(wěn)定性是保證中子產(chǎn)額和耐壓性能穩(wěn)定性的重要因素。首要前提是對(duì)中子管內(nèi)零件進(jìn)行徹底除氣。還要求儲(chǔ)存器〔5〕有良好的氣壓調(diào)節(jié)性能。中子管工作時(shí)，因電清除作用而引起的氣體消耗速率與離子流有關(guān)，離子流愈大，氣體消耗愈加顯著，因此，儲(chǔ)存器〔5〕的氘氚氣體儲(chǔ)存要有一定數(shù)量才能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，但又不能過(guò)多，過(guò)多不僅浪費(fèi)氘氚氣體，而且會(huì)影響儲(chǔ)存器〔5〕的氣壓調(diào)節(jié)速率。中子管工作時(shí)，靶〔5〕或電極〔2〕等元件會(huì)因溫升而釋出氣體，使管內(nèi)氣壓增高，此時(shí)可降低儲(chǔ)存器〔5〕電流，使其迅速吸收這些氣體，以維持氣壓穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，要使中子管長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，需采用吸氣量大而吸氣速率又高的儲(chǔ)存器〔5〕。目前的玻璃中子管產(chǎn)品采用鈦粉，其缺點(diǎn)是吸氣量小，吸氣速率低。本實(shí)用新型采用一種新型鋯－石墨吸氣劑材料，并仔細(xì)進(jìn)行激活處理，其特點(diǎn)是吸氣速率高，氣壓調(diào)節(jié)效果靈敏。
采用一種95陶瓷做成自成靶〔1〕。它是一種絕緣材料，按傳統(tǒng)觀念難以置信它能做為一種靶材料。然而，實(shí)驗(yàn)表明，它確是一種良好的自成靶材料。
本實(shí)用新型采用一種陶瓷做為自成靶材料，它的氫飽和溶解度高于其他金屬，原子序數(shù)Z小，阻止本領(lǐng)小，中子產(chǎn)額高于其他金屬。它是一種非金屬材料，但其導(dǎo)熱性能和不銹鋼差不多，而且很容易和靶底釬焊在一起，因而能保證其導(dǎo)熱性能。這種靶的主要優(yōu)點(diǎn)是①熱穩(wěn)定性好，靶溫升較高時(shí)，靶內(nèi)氣體不逸出，容易使管內(nèi)氣壓穩(wěn)定，因而在自然冷卻條件下，能耐住較大離子束流，穩(wěn)定工作束流可達(dá)800μA，盡管其單位束流中子產(chǎn)額較鈦鍍層靶低一些，但由于其穩(wěn)定工作束流大，在自然冷卻條件下，所獲得的中子總產(chǎn)額遠(yuǎn)高于鈦鍍層靶，可達(dá)2×109n／s。②使用壽命長(zhǎng)，不會(huì)因?yàn)R射或涂層脫落而影響使用壽命。③成本低廉，加工制作容易。
該實(shí)用新型與普通同位素中子源相比，其中子產(chǎn)額高，能譜單色性好，無(wú)γ本底，可產(chǎn)生脈沖中子，不用時(shí)可關(guān)斷，防護(hù)容易，儲(chǔ)存管理和運(yùn)輸方便；與反應(yīng)堆或加速器中子源相比，體積小，重量輕，消耗功率小，無(wú)須真空系統(tǒng)和冷卻設(shè)備，不必更換氚靶，操作容易，維護(hù)管理簡(jiǎn)單，便于攜帶或移動(dòng)，適于流動(dòng)輻照或現(xiàn)場(chǎng)輻照，而其成本卻低得多，因而適于推廣應(yīng)用。
可用于原子核物理，中子物理，反應(yīng)堆物理，放射化學(xué)和放射醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)研究，中子測(cè)量和防護(hù)材料的實(shí)驗(yàn)研究，中子輻照生物效應(yīng)和中子醫(yī)療診斷等研究試驗(yàn)工作。也可直接用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，例如中子探礦、中子測(cè)井、中子輻照養(yǎng)蠶、中子輻照養(yǎng)蝦、中子輻照春雷霉素、反應(yīng)堆點(diǎn)火，也可開(kāi)展中子水分測(cè)量和活化分析等試驗(yàn)研究工作，利用中子管還可以產(chǎn)生多種半衰期適宜的放射性核素，進(jìn)行半衰期測(cè)量，放射性核素生長(zhǎng)和衰變規(guī)律，能譜和原子核能級(jí)測(cè)量，中子全截面測(cè)量等多種教學(xué)實(shí)驗(yàn)，因而很適于裝備普通高校實(shí)驗(yàn)室。
附圖為中子管結(jié)構(gòu)示意圖
權(quán)利要求1.一種由絕緣外殼；儲(chǔ)存器、離子源、加速電極和靶構(gòu)成的中子管，其特征在于靶[1]為陶瓷自成靶。
2.一種按權(quán)利1所述的中子管，其特征在于，所謂的儲(chǔ)存器〔5〕為鋯一石墨構(gòu)成。
3.一種按權(quán)利要求1、2所述的中子管，其特征在于，其加速電極〔2〕采用一種可伐合金材料制成。
4.一種按權(quán)利要求1、2所述的中子管，其特征在于離子源〔4〕磁路系統(tǒng)選用一種稀土磁鋼。
5.一種按權(quán)利要求1、2所述的中子管，其特征為，所謂的靶〔1〕所用的陶瓷為95陶瓷。
專(zhuān)利摘要該實(shí)用新型屬中子發(fā)生裝置該實(shí)用新型采用稀土磁鋼，設(shè)計(jì)離子原磁路系統(tǒng)。采用鋯—石墨儲(chǔ)存器，可伐合金為加速電極，利用陶瓷做為自成靶材料。使中子管熱穩(wěn)定性好。在自然冷卻條件下耐離子束流高，可達(dá)800μA，產(chǎn)額高，可達(dá)2×10
文檔編號(hào)H01J27/00GK2052573SQ8822022
公開(kāi)日1990年2月7日 申請(qǐng)日期1988年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月21日
發(fā)明者魏寶杰, 岳成波, 董艾平, 李文生, 李文杰 申請(qǐng)人:東北師范大學(xué)