一種氘氚中子管氘離子束流成份的測量裝置及其測量方法
2023-07-16 09:03:06 1
專利名稱：一種氘氚中子管氘離子束流成份的測量裝置及其測量方法
技術領域：
本發明屬於加速器領域，具體涉及一種氘氚中子管氘離子束流成份的測量裝置及其測量方法，尤其是指能夠對氘氚中子管中打到氚靶上的氘離子束流成份進行測量的裝置和方法。
背景技術：
氘氚聚變中子管在無損檢測和石油測井領域中有著廣泛的應用，氘氚中子管是由離子源、加速電極、氚靶和氣壓調節系統等組成。其工作原理是由離子源放電產生氘離子，經加速電極加速後打到氚靶上，形成氘氚聚變反應產生HMeV中子。離子源在放電過程中既產生氘離子，也產生氘分子離子和金屬離子。對產生中子有用的是氘離子，而其他離子束流不僅對氚靶有損傷，而且會降低氘氚中子管的耐壓性能。因此氘離子束流成份越高，意味著中子管中離子源的性能越好。在氘氚中子管中，不同類型的離子源會有不同的氘離子束流成份，即使同一類型的離子源，隨著結構和材料的差別，其氘離子束流成份也會有所不同。因此，為了選擇品質優良的離子源，或者改善離子源的性能，必須測量打到氚靶上的氘離子束流的成份。但是，到目前為止，還沒有一種能夠有效測量打到氚靶上氘離子束流的方法。這是因為氘氚中子管體積很小，離子源引出口到達氚靶的距離很短，大部分不超過5cm，這麼短的距離要放置氘離子束流成份測量設備幾乎不可能。所以只有把離子源輸出的離子束流引出後，用質譜法或者飛行時間法進行分析測量，才能獲得氘離子束流成份，例如，1996年發表在「真空放電和絕緣國際討論會文集」中的名稱為「脈衝含氫鈦電極火花離子源的離子發射」的文章採用了飛行時間法測量氘離子束流成份，其離子源引出口與粒子收集距離達到Im多。2010年，發表在國內刊物「強雷射與粒子束」第五期的名稱為「含氫電極脈衝放電等離子體特性診斷」的文章，介紹了用飛行時間法測量離子源的氫離子束流成份，離子源出口與測量靶距離為幾十釐米，引出(加速)電壓只有不到lkV，這些方法都不能用於原位測量到達中子管靶上的氘離子束流成份。
發明內容
本發明的目的是提供一種氘氚中子管氘離子束流成份的測量裝置，本發明的另一個目的是提供一種氘氚中子管氘離子束流成份的測量方法。本發明的原理是:在氘氚中子管抽真空或密封前，在靶位置安裝一適當厚度的鋁膜，因為氘離子與金屬離子在鋁膜中的射程不同，在鋁膜的厚度適當的情況下，重離子能夠被完全阻止在鋁膜內，氘離子則能夠穿過鋁膜。將穿過鋁膜的氘離子束流除以總的離子束流(穿過的離子束流與阻止在鋁膜中的離子束流之和)，即可獲得氘離子束流成份。本發明的氘氚中子管氘離子束流成份的測量裝置，其特點是，所述的裝置包括鋁膜、鋁片、第一永磁鐵、第一電阻、示波器、第二永磁鐵和第二電阻；其連接關係是，在氚靶位置設置一個面積等於氚靶面積的鋁膜，鋁膜的厚度可根據srim程序計算，與氚靶面積相同的鋁片置於鋁膜後部，為了抑制二次電子，設置第一永磁鐵、第二永磁鐵環繞設置於鋁膜的四周，磁鐵的磁感應強度可以根據入射離子的能量推算，鋁膜、鋁片分別與第一電阻、第二電阻的一端連接；第一電阻、第二電阻的另一端分別連接到電源的地線上，第一電阻、第二電阻的另一端還分別與示波器的電壓探針連接。所述的第一永磁鐵、第二永磁鐵形狀均為1/4圓環形，第一永磁鐵、第二永磁鐵磁場的方向與離子束流入射方向垂直設置。鋁膜厚度需要根據入射離子的能量進行更換。所述的鋁膜與鋁片平行設置。所述的鋁膜與鋁片之間的距離為I飛mm。本發明的氘氚中子管氘離子束流成份的測量方法，依次包括以下步驟:
a)在氚靶位置設置一面積等於氚靶面積的鋁膜；
b)將鋁膜附著在銅環上，在鋁膜後設置一個面積與氚靶面積相同的鋁片；
c)在鋁膜和鋁片的四周環繞設置一對永磁鐵，永磁鐵的磁場方向與離子束流入射方向
垂直；
d)在鋁膜和鋁片邊緣分別引出一根導線，導線通過電阻接地；
e)對於直流型中子管束流成份的測量，直接用數字萬用表測量電阻上兩端的電壓，分別測量鋁片上的電壓和鋁膜上的電壓，根據式(I )，測得的氘離子束流比例R權利要求
1.一種氘氚中子管氘離子束流成份的測量裝置，其特徵在於，所述的測量裝置包括鋁膜(1)、鋁片(2)、第一永磁鐵(3)、第一電阻(4)、示波器(5)、第二永磁鐵(6)和第二電阻(7);其連接關係是，在氚靶位置設置一個與氚靶面積相同的鋁膜(1)，與氚靶面積相同的鋁片(2)置於鋁膜(1)後部，第一永磁鐵(3)、第二永磁鐵(6)環繞設置於鋁膜(1)的外圍；鋁膜(1)、鋁片(2)分別與第一電阻(4)、第二電阻(7)的一端連接，第一電阻(4)、第二電阻(7)的另一端分別連接到電源的地線上，第一電阻(4)、第二電阻(7)的另一端還分別與示波器(5)的電壓探針連接。
2.根據權利要求1所述的氘氚中子管氘離子束流成份的測量裝置，其特徵在於，所述的第一永磁鐵(3)、第二永磁鐵(6)的形狀均為1/4圓環形，第一永磁鐵(3)、第二永磁鐵(6)的磁場方向與離子束流入射方向垂直設置。
3.根據權利要求1所述的氘氚中子管氘離子束流成份的測量裝置，其特徵在於，所述的鋁膜(1)與鋁片(2 )平行設置。
4.根據權利要求1所述的氘氚中子管氘離子束流成份的測量裝置，其特徵在於，所述的鋁膜(1)與鋁片(2)之間的距離為1-5mm。
5.一種氘氚中子管氘離子束流成份的測量方法，其特徵在於，依次包括以下步驟: a)在氚靶位置設置一面積等於氚靶面積的鋁膜； b)將鋁膜附著在銅環上，在鋁膜後設置一個面積與氚靶面積相同的鋁片； c)在鋁膜和鋁片的四周環繞設置一對永磁鐵，永磁鐵的磁場方向與離子束流方向垂直； d)在鋁膜和鋁片邊緣分別引出一根導線，導線通過電阻接地； e)對於直流型中子管束流成份的測量，直接用數字萬用表測量電阻上兩端的電壓，分別測量鋁片上的電壓和鋁膜上的電壓，根據式(1)，測得的氘離子束流比例R1
6.根據權利要求5所述的一種氘氚中子管氘離子束流成份的測量方法，所述的步驟e)中對於脈衝型中子管束流成份的測量，採用示波器測量電阻兩端的脈衝電壓峰值，分別測量鋁片上的電壓峰值和鋁膜上的電壓峰值，根據式(2)，得到的氘離子束流成份比例R全文摘要
本發明提供了一種氘氚中子管氘離子束流成份的測量裝置及其測量方法。在氘氚中子管抽真空或密封前，在靶位置安裝一適當厚度的鋁膜，根據氘離子與金屬離子在鋁膜中的射程不同，在鋁膜的厚度適當的情況下，重離子能夠被完全阻止在鋁膜內，氘離子則能夠穿過鋁膜。將穿過鋁膜的氘離子束流除以總的離子束流(穿過的離子束流與阻止在鋁膜中的離子束流之和)，即可獲得氘離子束流的成份。本發明的測量裝置結構簡單，操作容易，能夠在中子管靶附近原位有效的測量氘離子束流成份，離子束不發散，測量方法準確性較高。本發明的設備材料簡便，容易製備和購置，同時可以抑制二次電子對測量的影響。
文檔編號G01T1/29GK103176202SQ20131012487
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月12日 優先權日2013年4月12日
發明者周長庚, 柯建林, 邱瑞, 安力, 何鐵, 胡永宏 申請人:中國工程物理研究院核物理與化學研究所