基于氘代有机流体的高产额脉冲中子源研究

Compact high yield pulse neutron sources have important applications such as in neutron physics parameter measurement, special nuclear materials detection, radiation detector performance test research, fast neutron imaging, radioactive medicine etc. Pulse neutron yield of typical linear ion accelerator is only about 1E4n/pulse. Pulse neutron yield produced by devices with vacuum arc ion source or laser ion source are about 1E8 n/pulse, but their life are short. The dense plasma focus (DPF) device can produce high yield pulsed neutron, but associated with a large number of X rays and other particles in this process. Therefore , application range of the DPF device is limited. In order to study compact high yield pulsed neutron source, this project will employs method of strong deuterium ion beam produced by anode membrane bombarding cathode containing deuterium or tritium. In order to solve the short service life problem of solid anodic film, anodic film with deutericarban fluid will be adopted, defect of discharge process is supplemented by fluid. Discharge process and failure mechanism of the anode film based on deutericarban fluid are the research emphasis of this project. Determination for kinds and ratio of material are key technology problems that must be settled in the study.

紧凑型高产额脉冲中子源在中子物理学参数测量、特殊核材料探测、辐射探测器性能试验研究、快中子照相、放射性医学等方向有着重要的应用。典型的直线离子加速器脉冲中子源的脉冲中子产额只有约1E4n/pulse。以真空弧离子源或激光离子源为核心的加速器所产生的脉冲中子产额为1E8n/pulse左右，但使用寿命短。浓密等离子体焦点装置（DPF）可以产生高产额脉冲中子，但伴随产生大量的X射线和其它粒子，使其应用受限。为了研究紧凑型高产额脉冲中子源，本项目拟用阳极膜产生强流氘离子轰击含氘或含氚阴极的方法，研究小尺度范围产生高产额脉冲中子的过程。为了解决固体阳极薄膜使用寿命短的问题，拟采用氘代有机流体阳极膜，以流动性补充放电过程产生的缺损。氘代有机流体阳极的放电过程和失效机制是本项目的研究重点，氘代有机流体的材料种类和材料配比的测定是研究中必须解决的关键技术。

紧凑型高产额脉冲中子源在中子物理学参数测量、特殊核材料探测、辐射探测器性能试验研究、快中子照相、放射性医学等方向有着重要的应用。典型的直线离子加速器脉冲中子源的脉冲中子产额只有约1E4n/pulse。以真空弧离子源或激光离子源为核心的加速器所产生的脉冲中子产额为1E8n/pulse左右，但使用寿命短。浓密等离子体焦点装置（DPF）可以产生高产额脉冲中子，但伴随产生大量的X射线和其它粒子，使其应用受限。为了研制紧凑型高产额脉冲中子源，本项目采用阳极膜产生强流氘离子轰击含氚阴极的方法，研究小尺度范围产生高产额脉冲中子的过程，为了解决固体阳极薄膜使用寿命短的问题，采用氘代有机流体阳极膜，以流动性补充放电过程产生的缺损。.本项目研究掌握了氘代有机流体阳极的放电物理规律和失效机制，确定了获得最优的离子束输出的放电参数，验证了氘代有机流体阳极对于改善阳极表面放电均匀性和提高束流密度具有显著效果，而且大幅提高阳极工作寿命。研究测量了基于氘代有机流体的离子束流强度及氘离子束流比例，典型值分别是1.7kA和65%，在此基础上进行中子产额模拟计算、靶结构设计和靶温计算，中子产额大于1E10n/pulse。依据上述各项研究结果，形成了新型的离子源和靶结构，确定了中子源技术参数，完成了中子产额大于1E10n/pulse的长寿命脉冲中子源的物理设计，典型中子产额为2.6E10n/pulse。