一種中子源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種中子源，所述中子源采用多孔離子源，引出有特定形狀及密度分布的氘離子或氘氚混合離子。每個(gè)引出孔都有對(duì)應(yīng)的初始聚焦電極和加速電極，離子束完成加速后，經(jīng)過(guò)電四極場(chǎng)，在Z方向上聚焦至所需要的小尺寸，同時(shí)在Y方向上散焦展開(kāi)到一定長(zhǎng)度，形成扇形離子束。扇形離子束轟擊到移動(dòng)靶上，在Y方向上，產(chǎn)生與小尺寸焦斑點(diǎn)狀中子源等效的出射中子束。本實(shí)用新型的中子源適合應(yīng)用于中子治療、照相、爆炸物檢測(cè)等對(duì)中子束有方向性和點(diǎn)源特性要求的領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】
_種中子源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于核技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種中子源。
【背景技術(shù)】
[0002]加速器中子源是利用離子源產(chǎn)生的氘離子或氘氚混合離子，經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)的加速，獲得一定的能量，在靶上發(fā)生D/D或D/T聚變反應(yīng)，并在4JT方向上放出中子。加速器中子源產(chǎn)額高，關(guān)斷電源后沒(méi)有中子產(chǎn)生，使用方便，可控性好，安全性較高。利用加速器中子源產(chǎn)生的中子束進(jìn)行中子照相、治療、違禁品檢測(cè)等工作時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)小型化及可移動(dòng)的中子源，應(yīng)用前景廣闊。
[0003]用中子進(jìn)行照相、治療等工作時(shí)，通常希望中子產(chǎn)額越高越好，同時(shí)還希望焦斑小，提高中子束的準(zhǔn)直特性。離子源的引出孔徑一般只有幾個(gè)毫米，束流強(qiáng)度幾十毫安，增大孔徑雖然可以提高引出的束流強(qiáng)度，但是會(huì)影響離子源的工作特性以及初始的離子束光學(xué)特性。另外，采用單孔引出的離子源產(chǎn)生的離子束，加速后的束斑截面束流密度呈高斯分布，峰值密度比平均密度高出60%，靶上高密度部分成為薄弱區(qū)，影響整個(gè)靶的使用壽命。一般在需要強(qiáng)流離子束輸出時(shí)，多采用多孔引出，可以得到極高的離子束流強(qiáng)，比如:開(kāi)孔數(shù)量足夠多時(shí)，可以引出流強(qiáng)高達(dá)幾個(gè)安培的離子束。但是，多孔引出離子束束斑截面都比較大，在需要產(chǎn)生點(diǎn)源特性中子束的應(yīng)用領(lǐng)域，聚焦是一個(gè)困難的事情。
[0004]目前，尚無(wú)一種經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有方向性和點(diǎn)源特性的高產(chǎn)額中子源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種中子源。
[0006]本實(shí)用新型的中子源，其特點(diǎn)是，包括多孔離子源、初始聚焦電極、加速電極、四極透鏡、移動(dòng)靶，多孔離子源輸出的離子束，通過(guò)初始聚焦電極和加速電極后獲得額定能量，然后穿過(guò)四極透鏡，形成扇形離子束，扇形離子束轟擊移動(dòng)靶，產(chǎn)生與等效焦斑相同特性的出射方向中子束；
[0007]所述的移動(dòng)靶的轟擊面為斜面。
[0008]所述的多孔離子源的輸出孔排列成間距相同的矩形陣列。
[0009]所述的初始聚焦電極上開(kāi)有聚焦孔，聚焦孔的數(shù)量和排列方式與多孔離子源上的輸出孔對(duì)應(yīng)。
[0010]所述的加速電極上的開(kāi)有加速孔，加速孔的數(shù)量和排列方式與初始聚焦電極上的聚焦孔一一對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)的輸出孔、聚焦孔和加速孔在與X軸平行的一條直線上。
[0011]所述的離子束為氘或氘氚混合離子束中的一種。
[0012]所述的四極透鏡為電四極透鏡。
[0013]所述的扇形離子束在移動(dòng)靶上轟擊區(qū)域的Z方向?qū)挾确秶鸀?mm?10mm。
[0014]所述的移動(dòng)靶斜面傾斜角α范圍為3°?15°。
[0015]所述的移動(dòng)靶在ζ方向來(lái)回平移。
[0016]本實(shí)用新型的中子源，采用均勻分布引出孔的多孔離子源輸出分布基本均勻的強(qiáng)流離子束，通過(guò)各自獨(dú)立的加速通道加速后，獲得基本均勻分布的具有額定能量的離子束，再用四極透鏡將離子束在Z方向聚焦到所需要小尺寸，在Y方向大幅度均勻展寬，降低了靶面上沉積功率的峰值密度，延長(zhǎng)了靶的壽命。也可以在保持峰值密度不變的條件下，增加總的離子束流強(qiáng)度，進(jìn)而提升總中子產(chǎn)額。整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，成本低。
【附圖說(shuō)明】

[0017]圖1為本實(shí)用新型的中子源的示意圖；
[0018]圖中，1.多孔離子源2.初始聚焦電極3.加速電極4.離子束5.四極透鏡6.移動(dòng)靶7.等效焦斑8.出射方向中子束。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型的中子源，包括多孔離子源1、初始聚焦電極2、加速電極3、四極透鏡5、移動(dòng)靶6，多孔離子源I輸出的離子束4，通過(guò)初始聚焦電極2和加速電極3后達(dá)到額定能量，然后穿過(guò)四極透鏡5，形成扇形離子束，扇形離子束轟擊移動(dòng)靶6，產(chǎn)生與等效焦斑7相同特性的出射方向中子束8;圖中的X、Y、Z為坐標(biāo)系。
[0021 ]所述的移動(dòng)靶6的轟擊面為斜面。
[0022]所述的多孔離子源I的輸出孔排列成間距相同的矩形陣列。
[0023]所述的初始聚焦電極2上開(kāi)有聚焦孔，聚焦孔的數(shù)量和排列方式與多孔離子源I上的輸出孔一一對(duì)應(yīng)。
[0024]所述的加速電極3上的開(kāi)有加速孔，加速孔的數(shù)量和排列方式與初始聚焦電極2上的聚焦孔一一對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)的輸出孔、聚焦孔和加速孔在與X軸平行的一條直線上。
[0025]所述的離子束4為氘或氘氚混合離子束中的一種。
[0026]所述的四極透鏡5為電四極透鏡。
[0027]所述的扇形離子束在移動(dòng)革E6上轟擊區(qū)域的Z方向?qū)挾确秶鸀?br>[0028]所述的移動(dòng)靶6斜面傾斜角α范圍為3°?15°。
[0029]所述的移動(dòng)靶6在ζ方向來(lái)回平移。
[0030]實(shí)施例1
[0031 ] 單排引出孔，孔徑3mm，數(shù)量5個(gè)，每個(gè)引出束流2mA，總流強(qiáng)1mA，加速電壓250kV，電四極透鏡工作電壓30kV，采用通水冷卻的固定靶，固定靶的斜面傾斜角α范圍為3°?15°，在固定革G上獲得I OOmm X 5mm的轟擊區(qū)域，扇形離子束在固定革El上轟擊區(qū)域的Z方向?qū)挾确秶鸀?mm?10mm。等效焦斑尺寸5mmX 5mm，峰值密度只有單孔引出、加速，再經(jīng)四極透鏡壓縮展開(kāi)方式的60%左右，從而延長(zhǎng)了靶壽命。
[0032]實(shí)施例2
[0033]雙排引出孔，孔徑3mm，數(shù)量2 X 5個(gè)，每個(gè)引出束流2mA，總流強(qiáng)20mA，加速電壓250kV，電四極透鏡聚焦電位30kV，采用通水冷卻的固定靶，固定靶的斜面傾斜角α范圍為3°?15°，在固定革El上獲得120mmX8mm的轟擊區(qū)域，等效焦斑尺寸8mmX8mm，峰值密度只有單孔引出、加速，再經(jīng)四極透鏡壓縮展開(kāi)方式的60%左右，延長(zhǎng)了靶壽命。
[0034]實(shí)施例3
[0035]三排引出孔，孔徑3mm，數(shù)量3 X 8個(gè)，每個(gè)引出束流5mA，總流強(qiáng)120mA，加速電壓250kV，電四極透鏡聚焦電位30kV，采用移動(dòng)靶3，移動(dòng)靶3的斜面傾斜角α范圍為3°?15°，移動(dòng)革G3的來(lái)回平移范圍為±50mm，在革El上獲得150mmX 10mm的轟擊區(qū)域，等效焦斑尺寸1mmX 1mm與實(shí)施例2比較，等效焦斑尺寸大了2mm，中子產(chǎn)額高出6倍，革El上沉積的束流平均峰值密度低了2.5倍，峰值密度只有單孔引出、加速，再經(jīng)四極透鏡壓縮展開(kāi)方式的60%左右，有效延長(zhǎng)了靶壽命。
[0036]最后應(yīng)說(shuō)明的是，以上【具體實(shí)施方式】?jī)H用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種中子源，其特征在于，所述中子源包括多孔離子源(I)、初始聚焦電極(2)、加速電極(3)、四極透鏡(5)、移動(dòng)靶(6)，多孔離子源(I)輸出的離子束(4)，通過(guò)初始聚焦電極(2)和加速電極(3)后獲得額定能量，然后穿過(guò)四極透鏡(5)，形成扇形離子束，扇形離子束轟擊移動(dòng)靶(6)，產(chǎn)生與等效焦斑(7)相同特性的出射方向中子束(8); 所述的移動(dòng)靶(6)的轟擊面為斜面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的多孔離子源(I)的輸出孔排列成間距相同的矩形陣列。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的初始聚焦電極(2)上開(kāi)有聚焦孔，聚焦孔的數(shù)量和排列方式與多孔離子源(I)上的輸出孔一一對(duì)應(yīng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的加速電極(3)上的開(kāi)有加速孔，加速孔的數(shù)量和排列方式與初始聚焦電極(2)上的聚焦孔一一對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)的輸出孔、聚焦孔和加速孔在與X軸平行的一條直線上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的離子束(4)為氘或氘氚混合離子束中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的四極透鏡(5)為電四極透鏡。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的扇形離子束在移動(dòng)靶(6)上轟擊區(qū)域的Z方向?qū)挾确秶鸀?mm?10mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的移動(dòng)靶(6)斜面傾斜角α范圍為3°?15° ο9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子源，其特征在于，所述的移動(dòng)靶(6)在ζ方向來(lái)回平移。
【文檔編號(hào)】G21G4/02GK205722827SQ201620545681
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】何小海, 李彥, 唐君, 婁本超, 薛小明, 牟云峰, 李小飛, 胡永宏
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所