一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的方法及装置与流程

本发明涉及加速器中子源钛膜吸附，尤其涉及一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的方法及装置。

背景技术：

1、氘气(d2)是氢同位素的分子形式，具有广泛的应用前景，尤其在加速器中子源、核聚变研究、核反应堆、氘气标记技术、氘化反应等领域中。氘气作为氢的同位素，具有更高的质量和特性，能够有效地参与到诸如中子产生、核聚变等高能反应中。氘气吸附技术在加速器中子源中的应用，主要用于氘离子束轰击氘靶产生中子。氘靶是利用氘吸附材料作为靶材，通过加速器加速氘离子轰击氘靶从而产生中子。因此，研究开发能够在常规条件下高效吸附氘气的与方法具有重要的意义。钛及其合金作为吸附材料在氢气储存中已获得广泛应用。钛具有较强的氢气吸附能力，且钛基材料表面能够形成具有一定吸附能力的氢化钛薄膜。这些特性使钛材料成为氢气和氘气吸附领域的重要研究对象。钛膜能够在较低温度下吸附氘气，并且其吸附容量较大，具有较好的热稳定性。

2、在加速器中子源钛膜吸附氘气的过程中，温度、流量以及压力是三个关键的参数，它们对钛膜的氘气吸附性能具有重要影响。合理调节这些参数能够显著提高钛膜的吸附效率和吸附容量，同时优化吸附过程。通过调节这些参数，可以优化吸附过程，提高钛膜对氘气的吸附能力。适当的温度范围能够增强吸附效果，合理的氘气流量可以确保足够的接触时间，而合适的压力则有助于提高氘气分子在钛膜表面的浓度。在实际应用中，需要根据具体需求，结合实验条件来优化这些参数，从而实现钛膜对氘气的高效吸附。

3、因此，本申请提出一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的方法及装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对背景技术中存在钛膜对氘气的吸附能力差的问题，提出一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的方法及装置。

2、第一方面，本申请提供一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的装置，包括：

3、真空吸附室，所述真空吸附室的顶部一侧安装有用于通入高纯氘气进气管道，进气管道上安装有流量计，所述真空吸附室的底部内壁安装有高温加热系统，所述真空吸附室的底部安装有高真空抽气机组；

4、安装于所述真空吸附室的顶部用于对所述真空吸附室内观测的红外摄像温度监测系统；

5、腔室压力监测系统，安装于所述真空吸附室的顶部用于观测所述真空吸附室的压力。

6、可选的，所述高温加热系统为高温加热台。

7、可选的，所述红外摄像温度监测系统包括安装于所述真空吸附室顶部的玻璃观察窗，所述真空吸附室的顶部安装有位于所述玻璃观察窗上方的红外摄像头。

8、可选的，所述腔室压力监测系统包括安装于所述真空吸附室顶部的真空计。

9、可选的，所述高真空抽气机组包括与所述真空吸附室连接的真空抽气系统，真空抽气系统包括分子泵，所述分子泵连接有机械泵，所述真空抽气系统连接有分子泵，所述分子泵连接有机械泵。

10、可选的，所述真空吸附室为不锈钢正方体腔室，尺寸为：400mm×400mm×400mm，真空吸附室的腔室外壁设有冷却水路肋条。

11、第二方面，本申请提供一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的方法，应用于如第一方面所述的用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的装置，包括以下步骤：

12、s1、将需要制备钛膜的样品放入真空吸附室的高温加热台上，打开高真空抽气机组为真空吸附室提供高真空环境；

13、s2、当真空吸附室内部真空达到10-5pa量级之后，开启高温加热台，对样品表面进行加热至500℃并且保温30分钟，保温结束后关闭高温加热装置，等待钛膜样品冷却至室温；

14、s3、达到室温条件后，关闭高真空抽气机组，然后打开高温加热台，并设置温度为300-600℃，随后打开流量计向真空吸附室内充入氘气；

15、s4、等待真空吸附室压力达到4e+4-1.5e+5pa后，关闭氘气输送，等待样品温度达到300℃-600℃后关闭高温加热台，随后让样品自然冷却至室温，完成钛膜吸附氘气的实验。

16、可选的，所述步骤s3中，充入氘气时流量计(1)设置流量为500-2000sccm。

17、与现有技术相比，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

18、通过高真空抽气机组可将真空吸附室抽至10-5pa量级的高真空度，有效避免钛膜氧化，确保钛膜良好的吸氘性能。红外摄像温度监测系统能够实时观测钛膜样品表面温度，测量范围0-800℃，精度±1％，并将温度实时反馈给高温加热装置，实现对温度的精确控制，为钛膜在合适温度下吸附氘气提供保障。

19、通过腔室压力监测系统可实时监测真空吸附室内部气体压强，压力监测范围5×10-6pa-1×105pa，精度±30％，便于调控充氘压力，探索最佳充氘压力条件，优化吸附过程。通过高温加热系统(高温加热台)能提供室温至650℃的高温环境，加热速率10℃/min，可为钛膜吸附氘气提供不同的高温条件，提高吸附效率。

20、本发明对钛膜吸附氘气过程中的温度、流量、压力进行精确调控，包括在样品处理阶段先抽高真空，再进行特定温度加热和冷却；在充氘阶段严格控制加热温度、氘气流量和腔室压力，显著提高钛膜对氘气的吸附效率和吸附容量。

技术特征：

1.一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的装置，其特征在于，所述高温加热系统为高温加热台(5)。

3.根据权利要求1所述的一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的装置，其特征在于，所述红外摄像温度监测系统包括安装于所述真空吸附室(2)顶部的玻璃观察窗(4)，所述真空吸附室(2)的顶部安装有位于所述玻璃观察窗(4)上方的红外摄像头(3)。

4.根据权利要求1所述的一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的装置，其特征在于，所述腔室压力监测系统包括安装于所述真空吸附室(2)顶部的真空计(6)。

5.根据权利要求1所述的一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的装置，其特征在于，所述高真空抽气机组包括与所述真空吸附室(2)连接的真空抽气系统(7)，真空抽气系统(7)包括分子泵(8)，所述分子泵(8)连接有机械泵(9)。

6.根据权利要求1所述的一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的装置，其特征在于，所述真空吸附室(2)为不锈钢正方体腔室，尺寸为：400mm×400mm×400mm，真空吸附室(2)的腔室外壁设有冷却水路肋条。

7.一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的方法，应用于如权利要求1-6任一项所述的用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的装置，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的方法，其特征在于，所述步骤s3中，充入氘气时流量计(1)设置流量为500-2000sccm。

技术总结
本发明涉及加速器中子源钛膜吸附技术领域，尤其涉及一种用于加速器中子源钛膜高效吸附氘气的方法及装置。其技术方案包括真空吸附室，所述真空吸附室的顶部一侧安装有用于通入高纯氘气进气管道，进气管道上安装有流量计，所述真空吸附室的底部内壁安装有高温加热系统，所述真空吸附室的底部安装有高真空抽气机组。本发明对钛膜吸附氘气过程中的温度、流量、压力进行精确调控，包括在样品处理阶段先抽高真空，再进行特定温度加热和冷却；在充氘阶段严格控制加热温度、氘气流量和腔室压力，显著提高钛膜对氘气的吸附效率和吸附容量。

技术研发人员：徐伟,冯子楠,耿成龙,王维海,孟献才,梁立振,胡纯栋
受保护的技术使用者：合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽省能源实验室）
技术研发日：
技术公布日：2025/4/6