基于惯性静电约束聚变的同轴柱形D-D中子发生器

本发明涉及中子发生器，具体为一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器。

背景技术：

1、中子源是开展中子照相、中子活化分析、中子爆炸物检测等中子应用技术所需的重要装置，在反应堆点火、核材料检测、航空航天元件(如航空发动机叶片、航天器及导弹点火装置)无损检测及反恐等方面有重要的应用价值。中子源的主要类型有反应堆中子源、同位素中子源和加速器中子源。

2、反应堆中子源，利用原子核在裂变过程中释放的裂变中子。反应堆中子源中子通量极高，是其他所有同位素中子源和一般加速器中子源无法比拟的，由于其中子通量高的特性，多用于辐照效应研究、同位素生产等方面工作。但是反应堆中子源中子能谱复杂、装置结构庞杂以及辐射安全性能差，这些因素制约了反应堆中子源在中子应用技术中的应用。

3、同位素中子源，通常是借助(α,n)、(γ,n)、自发裂变等核反应产生中子。对比反应堆中子源和加速器中子源，同位素中子源具有体积小、易于操作等优点，但是其辐射安全性能差、中子产额低、进口受限、以及价格昂贵。

4、加速器中子源，通常是利用(p,n)、(d,n)核反应产生中子，其中(p,n)反应通常具有反应阈值，不适用于小型化中子源设备。与此相反，几乎所有用于获得中子的(d,n)核反应都是强放热反应，反应没有阈值，能量接近零的氘核都能产生中子。绝大多数加速器中子源都是用氘核作为轰击粒子，与轻核素靶核发生(d,n)核反应获得中子。用得较多的靶核有2h、3h、7li、9be等，其中前两种反应发射单能的中子，后两种中子能谱较复杂，又由于3h为管制核材料且价格极其昂贵，所以d-d聚变反应常用于提供单能中子。当前，实验室研发的倍压型d-d中子发生器、紧凑型d-d中子发生器因其系统庞大、功率高、靶寿命有限等因素的限制，使其很难直接应用于中子应用技术现场。紧凑型、小型化、高产额中子源成为限制当前中子应用技术应用的主要瓶颈技术。

技术实现思路

1、本发明主要目的在于提供一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器，其可以满足反应堆点火、核材料检测、航空航天元件无损检测对小型化中子发生器的要求。

2、为达上述目的，本发明提供了一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器，包括：外壳、栅形阳极、栅形阴极、高压接头组件和观察窗，其中，所述外壳一端与所述高压接头组件相连，另一端安装有所述观察窗；外壳内部设置有低压腔体，所述栅形阳极与所述栅形阴极安装在所述低压腔体内，所述栅形阳极接地，所述栅形阴极通过所述高压接头电连接有高压电源，所述低压腔体内部填充有氘气。

3、进一步的，所述外壳上设置有分子泵接口，所述分子泵接口通过活套法兰连接分子泵，用于抽取低压腔体中的空气。

4、进一步的，所述外壳上设置有真空计接口，所述真空计接口通过活套法兰连接真空计，用于测量低压腔体中的真空度。

5、进一步的，所述外壳上设置有进气口，所述进气口设有连通氘气源的管道。

6、进一步的，所述管道上设置有流量阀，与流量控制器电连接，用于对进气量进行精确控制。

7、进一步的，所述外壳长度为600mm，外壁直径为110mm，壁厚为3mm。

8、进一步的，所述栅形阳极由24根不锈钢柱环形排列在半径45.5mm圆盘上，每根不锈钢柱长度为300mm，直径为3mm。

9、进一步的，所述栅形阴极由12根不锈钢柱环形排列在半径11.5mm圆盘上，长度为200mm，直径为3mm。

10、进一步的，高压接头组件包括陶瓷绝缘环、高压电缆、冷却管道以及不锈钢法兰，高压接头组件包括陶瓷绝缘环、高压电缆、冷却管道以及不锈钢法兰，所述高压电缆用于向栅形阴极馈入负高压，其周围包裹冷却管道，冷却管道周围包裹陶瓷绝缘环，陶瓷绝缘环外侧安装不锈钢法兰。

11、本发明的有益效果在于：

12、本发明提供了一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器，利用辉光放电在栅形阴极周围形成高密度d+离子区，d+离子与d+离子相互作用发生d(d,n)3he(d-d)聚变反应，产生高产额的快中子场。由于该装置不存在靶结构，也不需要冷却系统，所以其具有结构简单、使用寿命长、维护简单、造价低廉等优点。本发明涉及一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器，该设备能够满足反应堆点火、核材料检测、航空航天元件无损检测对小型化中子发生器的要求。

技术特征：

1.一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器，其特征在于，包括：外壳、栅形阳极、栅形阴极、高压接头组件和观察窗，其中，所述外壳一端与所述高压接头组件相连，另一端安装有所述观察窗；外壳内部设置有低压腔体，所述栅形阳极与所述栅形阴极安装在所述低压腔体内，所述栅形阳极接地，所述栅形阴极通过所述高压接头电连接有高压电源，所述低压腔体内部填充有氘气。

2.如权利要求1所述的一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器，其特征在于，所述外壳上设置有分子泵接口，所述分子泵接口通过活套法兰连接分子泵，用于抽取低压腔体中的空气。

3.如权利要求1或2所述的一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器，其特征在于，所述外壳上设置有真空计接口，所述真空计接口通过活套法兰连接真空计，用于测量低压腔体中的真空度。

4.如权利要求3所述的一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器，其特征在于，所述外壳上设置有进气口，所述进气口设有连通氘气源的管道。

5.如权利要求4所述的一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器，其特征在于，所述管道上设置有流量阀，与流量控制器电连接，用于对进气量进行精确控制。

6.如权利要求1所述的一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器，其特征在于，所述外壳长度为600mm，外壁直径为110mm，壁厚为3mm。

7.如权利要求1所述的一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器，其特征在于，所述栅形阳极由24根不锈钢柱环形排列在半径45.5mm圆盘上，每根不锈钢柱长度为300mm，直径为3mm。

8.如权利要求1或7所述的一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器，其特征在于，所述栅形阴极由12根不锈钢柱环形排列在半径11.5mm圆盘上，长度为200mm，直径为3mm。

9.如权利要求1所述的一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形d-d中子发生器，其特征在于，高压接头组件包括陶瓷绝缘环、高压电缆、冷却管道以及不锈钢法兰，所述高压电缆用于向栅形阴极馈入负高压，其周围包裹冷却管道，冷却管道周围包裹陶瓷绝缘环，陶瓷绝缘环外侧安装不锈钢法兰。

技术总结
本发明关于一种基于惯性静电约束聚变的同轴柱形D‑D中子发生器，涉及中子发生器技术领域。包括外壳、栅形阳极、栅形阴极、高压接头组件和观察窗，外壳一端与所述高压接头组件相连，另一端安装有观察窗；外壳内部设置有低压腔体，栅形阳极与栅形阴极安装在低压腔体内，且分别与高压接头电连接，低压腔体内部填充有氘气。本发明具有结构简单、使用寿命长、维护简单、造价低廉等优点，能够满足反应堆点火、核材料检测、航空航天元件无损检测对小型化中子发生器的要求。

技术研发人员：韦峥,张宇,姚泽恩,王俊润
受保护的技术使用者：兰州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14