[发明专利]离子源和中子发生器

说明书

一种核反应发生器包含腔室，所述腔室被配置成含有气体并且包含靶材。所述核反应发生器还包含设置在所述腔室内的灯丝和被配置成相对于所述腔室向所述灯丝施加第一正电压的电压源。所述第一正电压被配置成将所述灯丝加热至发生热离子发射并且生成多个热离子的温度，并且所述多个热离子被配置成使所述气体电离以在所述腔室中生成正离子。所述靶材被配置成使得当所述正离子与所述靶材相互作用时发生核反应。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年4月19日提交的美国临时专利申请第62/836,481号的优先权权益，所述临时专利申请的内容整体并入本文。

技术领域

本技术总体上涉及一种共享同一物理空间的离子源和加速器以及用于生成离子和利用所述离子源加速这些离子的方法。在一些方面，来自所述离子源的离子可以被加速进入靶材以产生导致中子产生的核反应。因此，本技术还可以涉及用于利用所述离子源生成核反应的系统和方法。

背景技术

本章节旨在为权利要求书中所述的本发明提供背景或上下文。本文中的描述可以包含可以实行的概念，但不一定是先前已经构想或实行的概念。因此，除非本文另外指示，否则本章节中描述的材料不是本申请中的描述和权利要求书的现有技术，并且并不因为包含在此章节中就被认可为现有技术。

离子源通常包含发生电离的腔室、设置在腔室中的气体和电离能量源。常规的高电流离子生成方法通常仅限于通过使用RF激发、电弧放电或灯丝辅助放电来生成等离子体，这些方法需要复杂的电子、磁性和高真空布置，这难以操作和维护。这些生成等离子体的方法通常需要腔室中相对较高的气压，如果由源生成的离子需要在生成它们的同一空间体积内加速，则这可能是有问题的。

由离子源生成的离子可用于多种应用，包含但不限于用于质谱分析、医疗设备和诊断以及半导体制造的粒子加速器。由离子源生成的离子可以朝着靶材加速并用于产生核反应，包含产生中子的核反应。常规的中子源采用分立的设备进行电离物质的电离、加速和靶材聚变。这些中子源可以包含各种离子生成方法的应用，以及特定于粒子加速器的功能，如离子提取、离子加速、束聚焦、束控制和束停止。中子源已被开发用于多种应用，例如中子射线照相术、材料科学、凝聚态物理以及材料的无损检测和评估。这些装置有许多缺点，要么限制了它们的可用离子电流，从而导致中子产额不足以满足许多应用，要么非常复杂，因此建造、维护和操作起来既困难又昂贵。

在一个实例中，中子可以通过以下步骤生成：产生氘、氚或其组合的离子，并根据以下反应之一将这些离子加速到负载有氘和/或氚的氢化物靶材中：

D+T→n+⁴He E_n＝14.1MeV (1)

D+D→n+³He E_n＝2.5MeV (2)

基于反应(1)和(2)的中子源通常是单束、线性静电装置，其在传输过程中会引入大量离子损失，从而导致过度加热和中子产额降低。

需要与离子源相关的改进技术以及在低背景压力下产生高离子产生率的方法，这将允许增加离子产额和长时间连续运行而无需大量维护或支持设备。

发明内容