ENT2465长寿命中子管设计及性能测试

中子管是可控中子源测井仪的核心部件,其工作的稳定性、耐高温、中子产额等指标对仪器的工作性能有重要影响。目前,随着深地探测的发展,应用于石油测井的中子管中子产额、耐高温性能、寿命、工作稳定性均有待提升。从结构、材料、制造工艺三方面,对自成靶中子管进行优化设计,进一步降低功耗,提高工作时间。通过耐高温、寿命和中子产额三项指标对外径为25 mm的ENT2465样管进行了性能评估测试,将样管置于中子实验测试平台的油槽内,连接激励线缆,记录样管工作过程中的温度、累计工作时间、中子产额、靶压、靶流和阳极电流。结果表明：在靶压为80 kV、靶流小于60μA条件下,该样管累计使用寿命超过了1 000 h,其中175℃下连续工作时间持续23 h、累计工作超过500 h,室温下连续工作时间持续36 h。在相同靶压、靶流条件下,1 000 h后中子产额仅下降5.3%。     

中子管特性及其工作状态的调整

本文通过对国产冷阴极Penning离子源中子管特性的研究及工作原理的分析,说明加速电压、阳极电压、储存器电流与中子产额的关系。提出中子管的特性曲线并对调整、控制中子产额的方案给予评价。     

密封中子管氘-氘产额及二次电子抑制

中子管的工作参数是影响中子产额的重要因素.为了更准确地调控D-D中子管的中子产额,对中子管的工作参数与产额关系进行了研究,同时为了提高中子管束流品质及寿命,对中子管的二次电子抑制进行实验.采用控制参数变量的方法分别研究了D-D中子管的热子电流、阳极高压、靶极高压对中子产额的影响,以及二次电子抑制电阻阻值与靶极电流之间的...     

带伴随粒子中子发生器研制

为研制带伴随α粒子法检测隐藏爆炸物,我们研制了外形尺寸为Φ76 mm×1100 mm的中子发生器,采用中子管离子源加高压,靶接地的设计方式,便于安装α粒子探测器.靶与束流入射方向成45°角,以便探测器接收更多的α粒子,提高探测效率.试验测试表明,中子产额在3×107n/s-5×107n/s范围,中子发生器稳定工作已超过...     

高产额中子发生器研制

本文介绍了用于安检辐射成像的高产额中子管及中子发生器装置的主要性能指标和研发设计过程。中子管离子源采用冷阴极潘宁离子源,在引出阴极加磁钢,提高引出离子浓度。离子光学系统采用单电极加速结构,靶端通过外加电阻产生抑制电压,减小靶流,提高中子管工作稳定性。对中子管离子源和靶端通过散热结构设计和利用变压器油进行散热,效果良好。通过对中子管的各项性能参数进行测试,离子流可达50 mA以上,引出束流接近1 mA,中子产额达1.1×10¹⁰s^-1。研发的高产额中子管及发生器装置具有产额高、工作稳定、安全便携等优点,达到了设计目的。     

钻井内脉冲工作的密封中子管中子产额监督

一、引言在高压倍加器上,由T(d,n)~4He反应发射中子产额通常用伴随α粒子、反冲核和慢化法等各种方法测量。在地面上使用的中子发生器(抽气式和密封式),由T(d,n)~4He反应产生的中子一般用活化片法进行测量。至于在勘探钻井内使用密封中子管,其中子产额如何测量,是目前正在研究的课题。我们采用的是密封型中子发生器,以脉冲态在勘探钻井内工作,它在工作期间输出的中子产额随工作时间的增加而缓慢下降,而且还可能由于外电源电压不稳引起中子发生器的高压波动,使得中子产额也在变化,为此必须对中子发生器在工作时的中子产额进行监督。     

中子发生器靶高压电源优化设计

研发小型密封可控中子发生器替代同位素中子源可降低诸多环境和社会风险。为实现中子发生器的小型化,关键在于减小靶高压电源体积。对靶高压电源的驱动电路、倍压电路以及机械结构进行了优化设计。经测试验证实现了靶高压额定电压/电流-150 kV/200μA,靶高压电源常温连续工作稳定性:24 h,≤±1%。完成了靶高压电源设计及优化。为后续研发高性能中子发生器奠定了坚实的基础。     

大面积氘/氚靶制备及中子产额分析

大面积氘/氚靶是实现高产额强流中子源的关键部件,是氘、氚中子源广泛应用的前提条件。本工作采用磁控溅射镀膜与多弧离子镀结合的方式,制备以铜或钼为基底、直径大于500 mm的大面积钛膜。针对制备的钛膜,采用自研的氘/氚靶生产系统,经过除气、净化、高温吸氘/氚、尾气回收等流程,生产了氘/氚钛原子比大于1.85的氘靶、氚靶,采用Ф22 mm的小靶片,进行氘束流加速器中子产额测试,研制的氘靶中子产额达到8.0×10⁸/s,根据氘靶与氚靶反应截面计算氚靶中子产额,相同条件下,氚靶的中子产额在1.0×10¹¹/s以上。以上测试结果表明,本工作研制的Ф500 mm大面积氘/氚靶,可实现强流中子源的高产额中子输出,达到国际先进水平。     

脉冲中子发生器高压控制系统的自动控制设计

针对在研制脉冲中子全谱测井仪过程中传统高控系统难以对不同测井模式产生多种阳极控制时序,难以达到阳极高压、灯丝供电、靶压三者的有序的控制使中子产额稳定的要求。设计本脉冲中子发生器自动控制系统能够实现阳极高压双爆发时序,能在非弹模式下兼测得Σ及活化谱;本系统还能实现中子发生器多种状态的实时测量,靶压的PWM控制,灯丝电流的自动控制使中子产额稳定达到脉冲中子全谱稳定测量的目的。     

提高中子管产额的措施

针对国产密封中子管存在的提高产额问题,采取三项措施:排气过程的真空度提高到2×10-6 Pa;离子源引出端磁场强度提高到0.33T;通过实验寻找到靶上镀膜厚度的最佳值为2.2 μm.以φ50 mm中子管为例,实际测试结果表明,中子管产额达109/s量级,在5×107/s下运行,寿命达到4000h以上,稳定性≤2％.     

AB-BNCT中子靶物理设计分析

质子加速器适用于为硼中子俘获治疗提供中子源,其中子源强及能谱较反应堆中子源更具可调性。中子靶物理计算分析是加速器中子源设计的基础,为其提供粒子能量、流强等参数需求分析,并为靶体结构尺寸设计、中子慢化和屏蔽分析等提供前端参数。本文利用MCNPX蒙特卡罗程序,通过对质子打靶的中子产额和能谱、靶体能量沉积、打靶后靶材放射性活度和中子出射空间角分布等进行研究,提出能量2.5 MeV质子轰击100～200 μm锂靶的设计,并用模拟计算数据论证其合理性。该设计中子源在1 mA流强质子轰击下,源强可达9.74×10¹¹ s^-1;拟设计15 mA、2.5 MeV质子束产生的中子源,在治疗过程中靶材放射性活度累积最大值约为1.44×10¹³ Bq。     

中子管内潘宁离子源的建模与控制

由于中子管内离子源电流滞后于储存器电流,导致离子源电流的调节速度和稳定性不够高,进而影响中子产额的稳定性。本文在分析大量实验数据的基础上,建立了中子管离子源的数学模型,设计出相应的PID控制算法。经测试表明：所构建的离子源模型与实际离子源工作情况符合较好,改进的控制算法能减少稳定离子源电流所需时间,提高中子产额的稳定性。     

BNIF-1长中子计数器探测效率的刻度

长中子计数器是在一定的中子能量范围内,中子探测器效率恒定,不随中子能量变化的一种中子探测装置。本工作的长中子计数器为Hanson结构。采用含氢正比计数器与半导体望远镜法,用静电加速器中子源分别为220 keV、500 keV、1.000 MeV、1.403 MeV、3.270 MeV、4.000 MeV与5.000 MeV单能中子束,对本单位制作的BNIF-1长中子计数器进行了刻度。刻度结果表明,在220 keV～5.000 MeV区间,中子探测器效率为2.8810×10^-4（1±4.8%）。     

中子管用PIG负氢离子源及其束流引出实验研究

PIG离子源用于中子管引出正离子,但在使用过程中存在一定问题,如单原子离子比低、靶材料溅射严重及功耗大等。为解决这些问题,提高中子管的寿命和稳定性,本文设计一种中子管用PIG负氢离子源,并对其束流引出进行实验研究。分别测量了离子源的磁场、不同阴极材料及引出阴极离子发射孔径对引出负氢离子束流的影响。实验数据表明,该负氢离子源可用于制作性能指标良好的中子管。     

基于150 MeV电子束的光中子特性模拟分析

高能中子源是研究高能太空宇宙射线中子对人体和电子仪器辐射损伤的必备装置,基于高能电子加速器的光中子源是目前能够提供较高能量白光中子的方式之一。本工作以清华大学先进加速器实验室的激光电子加速器束流参数为基础,借助Geant4对产生的光中子的能量特性、产额特性、角分布特性、时间特性进行了分析。模拟结果表明,Φ2 cm×2 cm的圆柱体Ta靶时,150 MeV电子束流可产生最高能量约为110 MeV、中子产额约为1.2×10~5n/10~7e-、出射时间在0~100 ns之间呈负指数分布的几乎各向同性的光中子。根据拟合的中子能量-出射时间离散指数函数,估算得到对产生的1~100MeV中子,在飞行距离为5m时中子飞行时间的时间分辨率好于2.23%。本工作为该加速器的光中子产生和实验测量工作提供了参考依据。     

keV能区单能中子参考辐射场核反应靶设计

质子轰击中等质量靶核是产生keV能区单能中子的一种常用方法。选择⁴⁵Sc(p,n)⁴⁵Ti反应中子源作为keV能区单能中子参考辐射场的中子源,利用FloWizard软件模拟大束流条件下核反应靶的温度分布,分析了影响靶温度分布的主要因素。利用Target程序模拟核反应靶出射中子能谱,分析了不同材料的散射中子本底。同时精细调节5SDH 2加速器端电压,测量了薄靶（Sc）的激发曲线,测量结果与NPL和PTB的接近。     

Particle Release from Vanadium Metal Surface by Neutrons

Sputtering yields from vanadium metal surface due to neutron irradiation were studied. A carefully prepared Pyrex glass tube, containing a vanadium foil as target and a polyethylene film pasted on a nickel plate as catcher, was sealed after evacuation, irradiated in a reactor, disassembled to take up the film, and the ⁵²V activity on it was counted for estimating the thermal neutron sputtering yield due to the recoil by(n, γ) reaction. The reactivation of the film gave the fast neutron sputtering yield. These values were found to be 2.3×10^?9 and 2.1×10^?1 respectively.     

基于模糊综合评判和层次分析法的中子管故障风险评估

中子管是一种用途广泛的关键部件,然而目前国产中子管的可靠性水平与国外相比还有一定差距,难以满足各行业的使用需求。本文分析了中子管的主要故障模式,采用模糊综合评判和层次分析法对中子管故障进行了多级模糊综合评判,并对中子管故障风险进行了评估。结果表明,中子管总体故障风险水平中等,故障风险前3位的部件为靶、氘氚储存器和加速极,在设计和使用中应重点关注靶释放氦气,靶膜氧化,氘氚储存器吸气剂局部破损,绝缘瓷管破损,加速极离子加速、聚焦不稳定等故障。