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。     

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。     

HINEG强流氘氚中子发生器方案设计分析

HINEG(High Intensity Neutron Generator)中子发生器是正在设计建造的直流/脉冲两用型强流氘氚聚变中子发生装置。本文给出装置的总体方案,并对其主要设计特点进行分析。HINEG直流中子强度的最高设计指标为3×1013 n/s,脉冲中子脉冲宽度的设计指标小于1.5ns,束流光学计算结果表明,总体方案设计可以满足设计指标要求。系统设计的主要特点包括螺线管透镜选束聚焦、高梯度均匀场加速管加速和高能段切割的脉冲化方式。     

氚靶片核素组成对氘氚中子源强的影响

氘氚中子源通过氘离子束轰击氚靶片引发氘氚聚变反应,产生14.1 MeV高能中子。高能中子调控后亦可产生宽能谱中子场,是先进核能及核技术交叉应用研究的重要实验平台。作为中子源的核心部件,氚靶片由靶片基底和储氚薄膜组成,其中储氚薄膜的核素组成会影响氚原子密度与入射氘离子射程,最终直接关系到中子源强的高低。本文基于MATLAB和SRIM软件建立氘氚中子源强计算模型,对比计算了不同新型储氢金属材料组成的储氚薄膜(TiT_2、MgT_2、Mg_2NiT_4、VT_2、LiBT_4和LaNi_5T_6)和不同氘离子能量对中子源强的影响。计算结果表明,在同等束流条件下,MgT_2的中子源强相比TiT_2可提高30%以上,且制备工艺较为成熟,是氘氚中子源的优秀储氚薄膜材料。     

中子发生器用氚靶的研究进展

对粒子加速器和密封中子管用氚靶的工作原理、制备过程及基本要求，包括具有较高的载氚密度、较高的热稳定性、氚靶靶膜应具有较低的^3He释放率和掉粉率等作了简要介绍。在此基础上，综述了近年来在金属氚化物膜块结构和性质、靶膜表面性质、金属氚化物的氦释放和新型靶材料的研制等方面的进展，提出了今后中子发生器氚靶的研究方向，主要涉及新型靶材料设计开发、新型结构靶研制、氚化物靶膜结构及其氦释放行为研究等方面。     

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。     

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.     

中子发生器用氚靶的研究进展

对粒子加速器和密封中子管用氚靶的工作原理、制备过程及基本要求,包括具有较高的载氚密度、较高的热稳定性、氚靶靶膜应具有较低的3He释放率和掉粉率等作了简要介绍.在此基础上,综述了近年来在金属氚化物膜块结构和性质、靶膜表面性质、金属氚化物的氦释放和新型靶材料的研制等方面的进展,提出了今后中子发生器氚靶的研究方向,主要涉及新型靶材料设计开发、新型结构靶研制、氚化物靶膜结构及其氦释放行为研究等方面.     

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。     

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。     

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。     

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。     

氧化层厚度对氘氚中子产额影响研究

对氚化钛膜表面氧化层厚度对氘氚中子产额的影响进行了理论与实验研究.理论计算表明,能量为120keV的氘核入射氚化钛膜的深度为833 nm,入射钛氧化层的深度为527-577 nm.实验结果表明,氧化层降低了氘氚反应的中子产额,且中子产额随氧化层厚度的增加而减小,氧化层厚度低于220nm,中子产额与氧化层厚度的线性关系为Y=(7.524-0.01326X)×106.     

高速旋转氚钛靶系统设计和靶温度的数值模拟

给出了用于强流中子发生器的高速旋转氚钛靶系统的设计方案,并对靶的温度变化进行了数值模拟,给出了强流中子发生器的运行参数。     

分析束强流中子发生器中子比产额及靶寿命

将在分析束(D_1~-)轰击下,大面积高速旋转靶半寿命、中子比产额等指标与非分析束作了比较。中子比产额从1.1×10~(11)s~(-1)·mA~(-1)提高到1.6×10~(11)s~(-1)·mA~(-1),氚钛靶半寿命提高一个数量级,靶寿期由1mA·h/cm~2提高到6.9 mA·h/cm~2。     

仪器中子活化分析技术在氚靶靶膜材料分析中的应用

采用仪器中子活化分析技术（INAA）对中子发生器用氚靶的靶膜材料Ti、Y中的12种杂质元素进行了分析。对实验结果中存在的问题进行了讨论,计算了实验条件下各杂质元素的检出限,用作质控标准的国标物质测量值与推荐值的相对标准偏差（RSD）≤±10%。     

Ti-Mo储氢合金氘化物的中子衍射研究

Ti-Mo储氢合金合金是一种重要的氚靶材料,但其吸氢后的晶体结构变化还未见报道。由于氢的原子序系数很小,X射线衍射方法不易观察。而氢(氘、氚)的相干中子散射长度很大,中子对     

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。     

强流中子发生器除氚净化装置的研制

本文在研究、确定除氚工艺参数的基础上,研制成强流中子发生器除氚净化装置。该装置采用两级串接方式,在200℃温度下净化因子不低于10~4。     

强流中子发生器运行期间氚污染调查

本文报道了14MeV 强流(3.3×10~(12)n/s)中子发生器运行期间空气中氚浓度的调查结果。各采样点空气中的氚浓度分别为:手套箱,8.9MBq/m~3;发生器大厅走道,6.6kBq/m~3;氘操作室,4.1kBq/m~3;尾气排放口,9.7×10~7Bq/m~3;发生器大厅外,98Bq/m~3。调查结果表明,发生器运行期间工作场所和居民区空气中的氚浓度有所增加,但均未超过国家防护标准中对工作人员和对公众的导出空气浓度(DAC)。