离子源及厚靶参数对氘氚反应中子源中子产额的影响

用厚靶氘氚(D-T)反应中子产额的计算方法模拟计算了入射氘离子能量为120 keV时D-T中子源的中子产额。研究了氘离子源产生的束流中单原子氘离子(D+)及双原子氘离子(D2+)比例对中子产额的影响。结果表明,提高D+比例,同时降低D2+比例将有效提高中子产额。另外还研究了不同靶膜材料及组分引起的中子产额变化。表明中子产额与靶膜中氚的含量成正比,与靶膜元素的原子质量成反比。同时分析讨论了离子源品质及靶参数对中子源整体性能的影响,得出离子源束流品质的提高对中子源整体的设计至关重要。最后,模拟计算了靶膜表面有氧化层情况下中子产额的变化,并与实验结果作了对比。在此基础上提出了一种新的靶设计方案,并对其物理可行性进行了研究。     

强流氘氚聚变中子源HINEG设计研究

强流氘氚聚变中子源HINEG(High Intensity D-T Fusion Neutron Generator)研发分两期:HINEG-Ⅰ为直流脉冲双模式,已成功产生中子强度1.1×10~(12)n/s的氘氚聚变中子,并实现连续稳定运行;HINEG-Ⅱ中子强度设计指标为10~(14)~10~(15)n/s量级,重点突破强流离子源和高载热氚靶技术。HNEG中子源可开展中子学方法程序与核数据、辐射屏蔽与防护、材料活化与辐照损伤机理和部件中子学性能等核能与核安全研究,同时也可在核医学与放射治疗、中子照相等领域拓展核技术应用研究。本文简要介绍HINEG总体设计方案与关键技术研究进展。     

强流氘氚中子源用TiD2靶膜制备技术研究

基片镀膜是氘/氚靶制备过程的重要工序,靶膜的性能直接影响充氘及中子实验。本文对去除表面污渍和氧化层后的基片采用磁控溅射进行镀膜,研制性能优良的强流氘氚中子源用靶膜。采用扫描电镜观察膜层表面外观形貌,根据称重法用电子天秤测量理论膜厚,使用划痕仪分析膜层结合力,并通过电子探针分析膜层的杂质元素含量来表征靶膜的性能。结果表明,磁控溅射镀膜后膜层颗粒度细小、分布均匀,同时膜层表面杂质小于6.0%。镀膜后基片的活化充氘实验表明,氘/钛(原子比)最高可达1.98,满足中子产额实验要求,可进行后续中子实验。     

离子溅射对氚钛靶寿命的影响

应用TRIM程序模拟了离子在氚钛靶上的溅射产额。结果显示,O+、N+、C+和D+2等在氚钛靶上的溅射是导致氚钛靶寿命下降的重要因素。为了减小离子溅射对氚钛靶寿命的影响,束流入射角应小于45°。     

HI—13串列加速器上的氚气体靶装置

在ＨＩ－１３串列加速器上建立了我国第一台氚气体靶装置。氚气体靶采用双窗结构，入射窗为Ｍｏ箔。Ｍｏ窗把气室分成氚气室和氦气室两部分。实验运行时，氚气室的氚气压力为２×１０５Ｐａ，氦气室的氦气压力为３×１０４Ｐａ。氚气体靶装置在入射氘束流能量为２０ＭｅＶ、流强１．５μＡ时，可长时间安全运行。该靶装置已应用于中子物理的实验测量工作。     

基于固体靶的D-T和D-D中子源特性模拟计算

基于氚(氘)钛固体靶,利用TARGET程序结合实际的氚(氘)靶和靶室建模,对D-T中子和D-D中子的能量和微分截面角分布、氘离子能量损失率和平均能量、中子平均能量和能散、反应率在氚(氘)钛靶中的深度分布、中子注量率谱和中子产额进行了计算,获得了D-T和D-D中子的相关特性参数。计算结果可为在其他蒙特卡罗模型中精确描述各项异性中子源提供数据,对中子能量单色性和中子产额等指标的选择提供了参考数据。     

基于氘氚中子源硼中子俘获治疗的中子慢化整形研究

硼中子俘获治疗（Boron Neutron Capture Therapy,BNCT）是一种具有广阔前景的癌症治疗方法。氘氚中子源是未来可供选择的BNCT中子源之一,由于氘氚中子源产生的中子能量为14.1 MeV,不能直接用于BNCT,需要进行束流慢化整形。使用蒙特卡罗模拟程序MCNP5设计了相应的束流整形组件（Beam Shaping Assembly,BSA）,模拟验证了用半径为14 cm的天然铀球做中子倍增层的优越性,计算结果表明：采用50 cm厚的BiF3和10 cm厚的TiF3组合慢化层,17 cm厚的AlF3补充慢化层,0.2 mm厚的Cd热中子吸收层,3.5 cm厚的Pb作为γ屏蔽层,以及10 cm厚的Pb反射层,获得了较为理想的治疗中子束,输出中子束的空气端参数满足国际原子能机构（International Atomic Energy Agency,IAEA）的建议值。     

利用伴随α粒子能谱分析固体氚靶中氚浓度深度分布

在目前的氘氚中子发生器源中子分析过程中,固体氚靶中氚浓度深度分布信息的缺失是普遍遇到的问题。为解决此问题,本文建立了利用伴随粒子能谱反演氚浓度深度分布的模型,采用来自氚钛靶的α实验能谱作为模型测试对象,通过该模型获得了氚钛靶中氚浓度深度分布的数据。结果表明,氚浓度随氚钛靶深度的增加呈双峰趋势,两峰之间的氚浓度波谷位于靶中0.94 μm处,该深度正是入射氘粒子的射程极限。所得的氚浓度深度分布趋势与其他实验方法测量结果相符,表明该模型能为氘氚中子发生器的源中子分析提供即时的氚浓度深度分布信息。     

定时氘氚中子管设计

设计了一种新型的具有定时功能的氘氚中子管,取代252Cf源作为核材料识别系统与反应堆噪声分析系统的驱动中子源.定时氘氚中子管在氘氚中子管上装一个α粒子探测器,通过测量T(d,n)4He反应放出的α粒子,获取中子发射的时间信息.该设计方案立足于国内现有的中子管制造工艺,可以满足噪声分析系统的技术要求.     

惯性约束聚变低温冷冻氘氚靶制备技术

低温冷冻氘氚靶对于惯性约束聚变研究至关重要，主要有塑料微球靶、金属铍球靶、泡沫球壳靶等。根据微球球壳材质的不同，采用不同的低温冷冻氘氚靶制备技术。塑料微球靶采用“高压充氘氚-冷冻法”或“充气管充气法”；金属铍球靶采用“低温、低压冷凝法”或“高温、高压扩散连接半球壳法”；多孔泡沫球壳靶采用“球壳材料吸附氘氚液体法”。本文简述上述技术和方法的发展状况和趋势。     

简易旋转靶的研制

用高压倍加器加速能量为几百keV的氘离子,束流强度可达几十到几百mA量级。由于T(d,n)~4He反应在这一能区具有较高的反应截面,通常用它轰击氘钛靶产生中子作为强中子源。假定能量为400keV的氘离子束流强度为5mA,它打在靶上产生的热功率为2kW。如果靶子得不到有效的冷却,靶中吸附的氚将迅速地从钛层逸出,使中子源强度     

厚靶T(d,n)4He反应加速器中子源的中子产额、能谱和角分布

本文给出一种氚钛厚靶氘氚反应加速器中子源的中子产额、能谱和角分布的计算方法,并开发了相应的计算模拟程序.用自行开发的计算程序计算了入射氘束流能量低于1.0 MeV时加速器中子源的中子产额、能谱和角分布,给出了氚钛厚靶的一些典型计算结果,并对结果的可靠性进行分析.     

聚变能源中的氚化学与氚工艺研究进展及展望

核聚变被认为是人类社会未来的理想能源，对社会、经济的可持续发展具有重要的战略意义。氘氚聚变反应具有反应截面大、反应速率高、点火温度低及释放能量大等优点，是目前聚变研究的主要目标，而高效的氘氚燃料循环工艺与技术是实现聚变能源商业应用的基础。本文主要介绍氘氚燃料循环所涉及的等离子体排灰气中氚的快速回收、氚的增殖与提取、大规模氢同位素分离、氚测量等相关氚化学与氚工艺的研究进展及展望，以期对未来聚变能源氚工厂相关技术的研究提供借鉴和参考。     

10~(12)n/s氘氚聚变中子发生器旋转氚靶设计与传热分析

本文设计一种用于1012 n/s量级氘氚中子发生器HINEG(High Intensity Neutron Generator)的旋转氚靶系统,对该系统的技术难点、机械和冷却方案等进行介绍,给出了该靶系统的设计关键指标参数,并利用CFD方法对该旋转靶系统的传热过程进行三维模拟和分析。分析结果表明,该靶系统在稳定运行时,靶片最高温度为48℃,靶系统采用的冷却方案可以有效地实现靶系统的散热,不会发生氚的大量释放和靶片熔毁。     

氚靶介绍

一、前言应用加速器中子源获得中子,常常是利用氘核、质子轰击含氚靶物质,进行核反应,产生快中子,这种作为靶子的含氚物质通常称为氚靶。随着科学技术的发展,氚靶在科学技术的许多领域中得到了广泛的应用,引起了人们的注意。根据应用及制备方法不同,氚靶可以分为气体靶、固体靶和金属氚化物靶。本文     

用飞行时间法测量氚的深度分布

氚在材料中的浓度、深度分布及其在材料中的扩散行为,是从事核聚变研究者最为关心的问题之一。氚(钛)靶是14MeV中子发生器的主要部件,精确地分析氚在靶中的行为,可以为合理地设计氚靶的厚度提供依据,并使靶的寿命和密封的中子发生器的寿命得以延长。因此,研究一些可行的方法来分析氚在基质材料中的行为有着应用的价值。用离子背散射     

带自动控制功能的除氚系统

针对氚工艺尾气处理的需求和源项实际情况,根据化工原理和氚特性设计含自动控制功能除氚系统的主要部件、自动控制功能和初步性能测试,得出催化反应器、氚水吸附床等部件的结构尺寸,催化剂、干燥吸附剂的装填量等参数及控制软件界面;通过除氘和除氚实验初步测试了除氚系统的处理性能。结果表明,在循环处理模式下,1m3密闭容器中氘体积比6.0×10–4–2.8×10–2范围内时,35min内氘气浓度降低两个量级;5次对30L密闭容器内不同浓度的含氚气体处理,60min内对氚的去除效率均达到95%以上。     

厚靶T(d,n)4He反应加速器中子源的中子产额、能谱和角分布

本文给出一种氚钛厚靶氘氚反应加速器中子源的中子产额、能谱和角分布的计算方法,并开发了相应的计算模拟程序。用自行开发的计算程序计算了入射氘束流能量低于1.0MeV时加速器中子源的中子产额、能谱和角分布,给出了氚钛厚靶的一些典型计算结果,并对结果的可靠性进行分析。     

SiC薄膜的阻氚性能研究

在不锈钢基体表面用离子束混合技术沉积SiC薄膜,然后用能量为5 keV的H+对其辐照直至剂量达到1×1018/cm2,再用二次离子质谱分析(SIMS)分析H+在SiC薄膜中深度分布和正离子谱,研究薄膜的阻氢性能和阻氢机理;最后采用渗透实验对涂覆在不锈钢基体表面的SiC材料的氚渗透系数进行测试,对其阻氚性能进行验证.结果表明,在不锈钢基材表面涂覆的SiC薄膜具有良好的阻氢性能,可将氚的渗透率降低4个数量级以上,SiC薄膜的阻氢是由于氢与薄膜中的硅、碳悬挂键反应形成诸如C-H、C-H2、C-H3、Si-H、Si-H2和Si-H3引起的.     

核电厂氚的产生和排放分析

研究核电厂中氚在堆芯和主冷却剂中的产生方式,以及进入环境的途径、形态和排放量,是核电厂辐射环境影响评价非常重要的内容之一。本文通过分析压水堆核电厂中的主冷却剂系统、辅助系统、三废系统和厂房通风系统的运行模式,结合国际上的运行经验参数,研究主冷却剂中的氚排放进入环境大气的途径和形态。研究结果表明:理论计算分析结果与电厂运行经验数据相吻合,氚主要通过燃料棒中的三元裂变,可燃毒物棒中硼的活化以及主冷却剂中硼、锂和氘流经堆芯时的活化产生,主要以液态氚水形式排放,影响气液两相分配份额的主要因素取决于主冷却剂向反应堆厂房和辅助厂房的泄漏率。