光中子源的制作方法

技术领域本发明属于核探测仪器领域。

背景技术：
已经应用的中子源有反应堆中子源和散裂中子源。这两种中子源的中子能谱都很弥散，这不利于精确测量，而且耗能多。为克服中子源的这两个不足，提出本发明。本发明提出的中子源能谱弥散小，且连续可调。

技术实现要素：
第一种光中子源称为伽码射线中子源，其特征是，这种中子源由能产生所需要频率和功率的伽码激光或伽码射线装置，具有丰中子核的靶原子，盛装靶原子容器，靶原子辐射中子后产生的正离子和电子通道组成；以单光子能量高于核激发态、功率足够大的伽码激光或伽码射线辐照丰中子的靶原子，使其原子核裂变，释放出中子；靶原子的容器壁对于所产生的中子是透明的，中子能够穿透这个容器壁到达使用装置。

这种中子源的正离子和电子通道结构是，在靶原子容器相对的两个侧面分别连通有正离子通道和电子通道，在正离子通道和电子通道中分别放置有表面有绝缘层的网孔负电极与网孔正电极，在正离子通道和电子通道的相对两侧分别放置有n、s磁极相对的磁铁或电磁铁；带电粒子在磁场中作减速运动、辐射能量，带电粒子动能越大，要选择磁感应强度越大的磁铁；速度减少到足够小的带电粒子被附加在通道上的正极或负极吸收；正离子通道和电子通道可连通，速度减少到足够小的正离子和电子在连通处结合为原子，从出口出去。

原子放出中子后，产生正离子和电子。这些带电粒子能量可能很大，这里的磁场就是约束这些带电粒子的运动范围，使其在磁场中做多次圆周运动，辐射能量，速度减少到足够小以便于吸收。

可连续或间断地将靶原子输送到伽码激光或伽码射线辐照到的位置。

伽码线中子源产生中子的机制如下：用能量高于核激发态的伽码激光或伽码射线辐照丰中子原子核后，可能存在以下反应

nhv＝ev+∑ieni+ken(1)

nhv＝ev+lep+ken(2)

nhv＝en+ken(3)

式中n是同时被一个原子核吸收的能量为hv光子的个数(更一般的是，n个不同能量的光子)，ev是母核相对于末态的结合能，∑ieni是碎裂产生的几个子核的总动能，ken，是k个中子的总动能，lep是l个质子的总动能，en是放出k个中子后原子核的动能。

这些反应，特别是(3)，在实验上可能尚未发现，但我们认为这些反应都是可能的。这些反应对于中子产生是重要的。

这些反应的物理过程是：丰中子的母核处于亚稳态或处于稳态，当其中质子吸收适当能量的伽码光子后，质子通过π介子交换，将能量转移给中子，中子获得能量后释放出来；或质子放出和吸收正或负虚π介子，转化为中子再释放出来。这样，母核处于更稳定的质子数不变的新原子核态。例如，用适当能量的伽码激光或伽码射线辐照⁶he，¹⁴c，¹⁸o，¹⁹⁸au，²³⁶u等，这种反应能发生。(1)、(2)的机制与此相似。质子吸收足够的伽码光子能量后，导致核裂变，同时释放出中子。

伽码线中子源特点：

能量越大的伽码光子将使得碎裂产生的子核动能越大，相应的中子能量也越大。

由于伽码激光或伽码射线的光子能量连续可调，因此能够产生能谱弥散小、能量适合需要的中子射线。这是因为，核激发态能量是确定的，伽码光子能量也是确定的，因此在一个确定方向出射的中子能量也是确定。

由于对中子流不能加速，产生这样的中子射线尤其重要。这是其他中子源难以实现的。

第二种光中子源称为激光尾波中子源，其特征是，这种中子源由能产生所需要的超短超快激光脉冲和功率的激光器、磁约束装置、电子与裸丰中子核构成的等离子体及输送这种等离子体的输送装置组成；这种激光器产生的超短超快激光脉冲通过磁约束中的这种等离子体时，由于激光尾波的作用，电子和裸丰中子核获得所需要的能量，并发生对撞，使得裸丰中子核碎裂，释放出中子；这一过程所需单光子能量和总能量是确定的，选择激光的频率和脉冲宽度，使得电子与裸丰中子核获得所需能量；按需要连续或间断地将这种等离子体输送到激光尾波到达的位置，并按权利要求1、2的方式，取得中子和处理碰撞之后产生的正离子与电子。

第三种光中子源称为激光驻波中子源，其特征是，这种中子源由能产生所需要波长和功率的激光驻波的装置，磁约束装置和电子与裸丰中子核构成的等离子体组成；在磁场约束中的电子与裸丰中子核构成的等离子体通过激光驻波，由于激光驻波的作用，电子和裸丰中子核获得所需要的能量，并发生对撞，使得裸丰中子核碎裂，释放出中子；这一过程所需要单光子能量和总能量是确定的，选择激光的频率和等离子体通过激光驻波的时间，使得电子与裸丰中子核获得所需能量；按权利要求1、2的方式取得中子和处理碰撞之后产生的正离子与电子。

激光驻波中子源的一个特征是，其中的激光驻波谐振腔(图2中abefc)由激光介质和能将激光介质激发到其激发态的输能装置，对于所选择的波长λ，反射系数接近100％的两个平面反光镜a、c(图2)，对于所选择的波长λ，透射系数为接近100％的三个平面透光镜b、e、f(图2)构成；这些镜子形状、尺度相同，垂直于谐振腔轴线、平行安置；a、c在谐振腔两端，镜面相对，ab之间盛装有激光介质，e、f之间是等离子体通道，ce之间和fb之间是真空；b、e、f折射率为nb，厚度分别为b1b2、e1e2、f1f2，等离子体通道的宽为e2f1、其中等离子体折射率为nef，ab中激光介质折射率为nba；反射镜a、c之间的光程差l满足

l＝ce1+f2b+nefe2f1+nb(b1b2+e1e2+f1f2)+nbaba

＝kλ/2，k是一个正整数。(4)

附图说明图1是电子及正离子通道俯视示意图。图中，1是靶原子容器；2是网孔负电极；3是网孔正电极；4是在磁场向上区域中的正离子通道；5是在磁场向上区域中的电子通道；6是粒子出口。图2是激光驻波中子源激光驻波装置示意图。图中，7是激光介质；8是激光驻波腔中真空部分；9是等离子通道；10是产生磁场的螺线管导线；e、f、b是透光镜，a、c是反光镜。

具体实施方式准备10g²³⁶u，一个伽马射线源，单光子能量为5.5mev(相应的频率为1.33×10²¹/s)，功率为1瓦。将10g²³⁶u放在4个0.1mm厚、长宽都是40mm的钨片围成的容器中部。在这四面外部，安置有接收、利用中子的仪器。在这个容器两个相对开口处，分别安置有网孔为1平方毫米、边长为40mm正方形的正电极与负电极，正电极与负电极的电压分别为100v和(-100v)；正离子和电子通道截面也是边长为40mm正方形。正离子通道为半圆形，长50cm，上面安置有场强为0.4特斯拉的电磁铁；电子通道为半圆形，长200cm，上面安置有场强为2特斯拉的电磁铁；两个通道相通，在连通处，有开口，将正离子与电子复合成原子从开口清理出去。

启动伽马射线源，在单光子能量为5.5mev、功率1瓦的伽码射线连续辐照下，有以下反应

²³⁶u+γ→¹⁴⁴ba+⁸⁹kr+3n.(5)

这个反应放出了大量中子，而离子、电子通过分别离子通道、电子通道被清理出去。

上述过程的通道设计只是概念性的。具体设计要根据实验结果做出。