[实用新型]一种用于聚变反应加速器中子源的强流离子束加速管

说明书

技术领域

 本实用新型涉及一种用于聚变反应强流加速器中子源的强流离子束加速管。

背景技术

强流氘氘（D-D）和氘氚（D-T）聚变反应加速器中子源是重要的单能中子源，可广泛应用于核数据测量、核聚变堆基础研究、军工基础研究等各个方面。这种中子源的基本原理是利用倍压高压加速器将氘（D）离子束加速到几百keV能量，轰击氘钛（TiD）靶或氚钛（TiT）发生氘氘（D-D）和氘氚（D-T）聚变反应产生快中子。

快中子的产额与加速并轰击在靶上的D束流强度成正比。为了实现D-D反应快中子产额达到1-5×10¹⁰ s^-1和D-T反应快中子产额达到1-5×10¹² s^-1的指标，要求加速并轰击在靶上的D束流强度要达到10-40mA的强流离子束量级，即几十mA强D束流的加速是需要解决的关键问题之一。

强流加速管是实现几十mA强流D束流加速的重要元件。几十mA强流D束流在加速管中加速时，束流空间电荷效应十分明显，束流发散快，束流包络大，故需要考虑以下问题：1）加速电极需要取较大的孔径，以保证强流束的加速与传输；2）加速电场分布要有强的径向聚焦力，以保证强流束的聚焦传输；3）要设置多个屏蔽电极，保护陶瓷绝缘瓷环内表面免遭强流束下大量杂散粒子的轰击，以防止杂散粒子溅射镀膜造成的绝缘瓷环内表面短路。

以上问题的解决会导致强流加速管及其绝缘陶瓷环孔径尺寸变大，给加速管的金属电极和陶瓷绝缘瓷环的真空封接带来困难。早先的加速管真空封接一般采用金属与陶瓷焊接或金属与陶瓷绝缘胶粘接技术。国内目前对小尺寸陶瓷绝缘瓷环与金属电极的焊接技术已发展的较为成熟，但对涉及孔径尺寸大于Φ500mm的强流加速管的焊接技术还不成熟，还无法保证大尺寸加速管的一次成品率。现国际上仅有少数公司能实现较大尺寸加速管的金属焊接，（如德国NTG公司，网址：http:// www. ntg.de/index.php?id=6&L=1；http://www.beijingoec.cn/ beijingoec_Product12391312 .html），但这一技术加工费用昂贵。现阶段国内一般采用绝缘胶粘接工艺实现大尺寸强流加速管金属电极和陶瓷绝缘瓷环的真空封接（如：兰州大学的ZF-300强流中子发生器的强流加速管-见下列文献：[1] S.U. Tongling, S.U.N. Biehe, Y. Baotai, et al.,An intense 14 MeV neutron source，Nucl. Instr.and Meth. A 287 (1990) 452；[2] Z.-E. Yao et al. ，Design status of an intense 14MeV neutron source forcancer therapy，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 490 (2002) 572 566–572）。但采用绝缘胶粘接的加速管存在抗拉强度低、易漏气、真空度不高等缺陷。

发明内容

本实用新型可克服现有绝缘胶粘接技术的不足，实现了大直径强流离子束加速管的“O”型圈真空密封装配式封接结构和工艺。具有轴向弹性好、真空度高等优点。

本实用新型的一种用于聚变反应加速器中子源的强流离子束加速管，由多个绝缘陶瓷环（2）、不锈钢真空密封法兰（4）、筒状屏蔽电极（7）、加速电极（6）和（8）相互连接而成，其特征在于在加速管中设有用于固定相邻的陶瓷环（2）、不锈钢真空密封法兰（4）的压环（12）和（5），其中，在每个陶瓷环（2）的两个端面上分别开设有用于放置真空密封的O型密封圏的凹槽（3），在与陶瓷环的真空密封端面相垂直的圆周外缘面上分别开设有用于放置O型缓冲圏的凹槽（10）；在不锈钢真空密封法兰（4）开设有连接孔（13）；所述的两个压环（12）和（5）上均设置有可与不锈钢真空密封法兰（4）上孔（13）位置对应的装配孔（15）和（16），且两个压环法兰12和5与陶瓷环2圆周面相接触处的环圈内为一斜面，在加速管装配状态下：槽（3）内放置O型密封圈（14），槽（10）内放置O型缓冲圏（11），固定螺栓穿过两个压环上的孔（15）、（16）以及法兰（4）上的孔（13），用螺栓和相配合的螺母的作用力将两个压环（12）和（5）与法兰（4）固定，同时通过两个压环（12）和（5）内圈的斜面向O型缓冲圏（11）施加轴向力将相邻的两个陶瓷环（2）相互固定。