[发明专利]中子管离子源负氢离子束引出实验台

说明书

技术领域

本发明属于中子管的实验设备，具体涉及潘宁（PIG）中子管离子源负氢离子束引出实验台。

 

背景技术

中子管和以它为核心的中子发生器是一项实验性很强的科学技术，在很多领域都有着重要的应用。中子管把离子源、加速聚焦电极、靶和气压调节系统密封在一个绝缘的真空外壳里面，组成一个小型加速器。中子管中的离子源是决定中子管的产额、寿命和稳定性的核心部件之一。潘宁离子源（简称PIG离子源）由于其结构简单、工作稳定、寿命长、供电系统简单及能在低气压下工作等特点，被广泛应用于中子管等小型加速器中。

随着中子管、中子发生器应用领域的不断拓展，急需研制各种不同参数和特性的中子管。而中子管中离子源的引出束流与加速间隙的选择、引出孔径的尺寸、离子源的结构、各部件的尺寸和材料、电子温度以及引出电极结构、管内气压等均有密切的关系。因此，中子管的研制是以大量的实验为基础的。所以以离子源引出束流为核心，建设一种能够测量引出束流特性参数，模拟中子管工作状态的实验装置对中子管的研制是非常必要的。它可以做中子管的模拟实验，检验和修正中子管的设计，大大缩短研制周期，节省开发资金。

目前国内生产的中子管都是采用引出正离子的PIG离子源，在靶端加-60KV～-120KV的负高压将离子源产生的氘（D）离子和氚（T）离子加速，并在靶上发生核反应产生中子。这种结构的中子管存在，引出束流利用率低，靶上会产生二次电子，法拉第圆筒表面容易形成电子的场致发射点，靶的溅射损伤大等缺点。采用PIG型负离子源，产生氘（D）、氚（T）的负离子。靶上加正高压，在去除引出束流中电子的情况下，引出束流都是单原子负离子，产生中子的束流利用率可以达到100%，能够克服上述的缺点。

发明内容

为了提高研制不同用途中子管的成功率和效率，提高中子管的寿命和稳定性，本发明的目的是提供一种潘宁（PIG）中子管离子源负氢离子束引出实验台。

潘宁中子管离子源负氢离子束引出实验台是由潘宁离子源负氢离子束引出部分和真空系统与环境部分组成。

实验台上带有高压电极的玻璃钟罩为实验空间，经真空法兰与分子泵机组连通。可以做离子源束流引出实验和中子管整体工作状态的模拟实验，或者检验某一元件的设计尺寸及材料和磁场的选择。真空法兰带有绝缘电极用以引入离子源电压和收集电压。玻璃钟罩上的圆形高压电极引入加速高压。微调阀通入氢气并能调节真空度以模拟中子管内部的工作气压。实验台前面放置铅玻璃用来阻挡实验时产生的X射线。透过铅玻璃可直接观察离子源的放电情况和引出束流的形状。该实验台上的PIG离子源中D、T负离子的产生，主要是通过离解吸附方式，反应式为H₂+e →H₂^-→H₁^-+H₁，不存在负的分子离子（负的分子离子不稳定，寿命约为10^-15s―10^-13s）和负的三原子离子，引出束流都是单原子负离子，产生中子的束流利用率可以达到100%．而且，由于束流利用率高，未来封装成中子管时产生相同产额中子所需的D、T负离子的量比较小，对靶的溅射损伤非常小，靶的寿命可以得到显著延长。靶上加正高压的另一个优点是，负离子打倒靶上产生的二次电子会立即返回到靶上，因此，无需考虑抑制二次电子的措施。但是，在从PIG型负离子源引出负离子的同时，也引出了一部分电子，如果让它们打倒靶上，将占加速电流的大部分，增加加速高压电源的负荷，因此，必须把这部分电子从引出束流中分离出来。这里我们采用在束流的路径上精心设置相应的横向偏转磁场和收集电极来实现。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

潘宁中子管离子源负氢离子束引出实验台是由潘宁离子源负氢离子束引出部分和真空系统与环境部分组成。