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。     

虚拟仪器技术在D-T靶中子管中子产额测量中的应用

虚拟仪器是计算机辅助测试（CAT）领域内最具活力的一项技术。介绍了利用虚拟仪器编程语言Labwindows／CVI的强大功能实现中子测试过程中探头标定、信号采集、测量分析和结果处理的一次实践。     

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。     

中子产额大于1.5×10^10n／s的密封中子管

报道了一种中子产额大于１．５×１０１０ｎ／ｓ、靶和离子源都可拆卸的密封中子管，以它为核心研制的密封中子发生器已被用于中子照像等领域，并取得了较好的结果。     

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。     

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%。     

NT50型中子管离子源磁场变化对放电电流的影响

通过NT50型中子管离子源放电特性实验,研究潘宁离子源磁场变化对放电电流产生的影响.得到磁场变化相对放电电流的关系曲线,进行数据分析,发现离子源放电规律,从而找出其最佳工作状态和工作参数,提高中子管产品质量.     

用于中子测井的自成靶密封中子管性能评价

采用自成靶工艺,研制了SNT-DT/25型密封氘氚中子管,对其工作温度、使用寿命、功耗、中子产额及其稳定性等性能参数进行了测试。结果表明:中子管使用温度可达175℃,最高中子产额≥1×109 n/s,中子产额浮动≤10%;在靶极电压-80kV、阳极电流300μA、靶流80μA的工作条件下,中子产额可达1×108 n/s,中子管的性能指标完全满足中子测井使用要求。此外,本文还对中子产额随靶极电压、阳极电流的影响进行了分析。     

D-D中子源在聚乙烯球壳内反应率的绝对测量

利用D-D中子源/聚乙烯球壳模型,将裂变法和活化法结合,在聚乙烯球壳内水平方向的几个位置进行了反应率测量,获得了不同阈能的4种反应率的实验数据。裂变反应率结果的不确定度为2.5%~4.3%,活化反应率结果的不确定度约为6.3%。并利用MCNP程序进行了模拟计算,计算值均比测量值小,其中,²³⁸U的差别最大。     

用D-D中子发生器测量水泥生料中的元素含量

以D-D中子发生器作为中子源,用瞬发γ中子活化分析（PGNAA）检测水泥生料中主要元素Si、Al、Fe和Ca及其氧化物的百分含量。水泥生料中各元素被中子辐照而释放瞬发γ射线,通过测量γ射线的能量和强度,可对其进行定性和定量分析。测量结果与化学化验方法所得结果的相对偏差好于7.0％,在允许范围内,有较好的重复性。与化学化验方法相比,该方法不破坏样品、用时短、可同时测量多种元素、精确度和准确度高,能满足工业生产的要求。     

15 MeV电子束驱动中子源靶站模拟分析

电子轰击金属靶产生的中子源,可用于核素反应截面测量实验。为利用7.5 kW、15 MeV电子加速器作为驱动加速器,产生适用于核数据测量实验的中子源,相应开展了该功率下的中子靶站设计。研究中,依据蒙特卡罗程序MCNPX模拟计算的中子源数据,分析优化靶站结构;计算得到靶体能量沉积,导入商用CFD软件CFX中作为热源,模拟分析靶体对流传热性质,优化冷却通道模型,安全实现中子靶站冷却。本研究模拟设计的靶站,能产生强度为10¹²s^-1量级的中子源。     

井下中子发生器电路研究

本文对Ｃ／Ｏ比（碳／氧比）井下中子发生器离子源电路的靶极高压电路进行了深入研究，结果表明：离子源电路采用反激式变换电路更合理，提出了确定靶极高压倍加电路最佳工作点的方法。     

Effects of Neutron Source Ratio on Nuclear Characteristics of D-D Fusion Reactor Blankets and Shields

An examination is made of the dependence shown by the nuclear characteristics of the blanket and shield of D-D fusion reactors on S_DD/S_DT , the ratio between the 2.45 MeV neutrons resulting from the D-D reaction and those of 14.06 MeV from the D-T reaction. Also, an estimate is presented of this neutron source ratio S_DD/S_DT for the case of D-D reactors, taken as an example.

It is shown that an increase of 5_DD/5_DT reduces the amount of nuclear heating per unit source neutron, while at the same time improving the shielding characteristics. This is accountable to lowering of the energy and penetrability of incident neutrons into the blanket brought about by the increase of S_DD/S_DT. The value of 5_DD/S_DX in a steady state D-D fusioning plasma core is estimated to be 1.46~1.72 for an ion temperature ranging from 60~180 keV. The reductions obtained on H_T ^B (total heating in the blanket), H_T ^MG/H_T ^B (shielding indicator = ratio between total heating in superconducting magnet and that in the blanket) and φ^MG/φ^W (ratio of fast neutron fluxes between that at the magnet inner surface and that at the first wall inner surface) brought about by increasing S_DD/S_DT from unity to the value cited above do not differ to any appreciable extent, whichever is adopted among the design models considered here, the differences being at most about 10, 15 and 25%, respectively, for these three parameters.

These results would broaden the validity of the conclusion derived in the previous paper for the case of S_DD/S_DT = 1.0, that the blanket-shield concept would appear to be the most suitable for D-D fusion reactors.     

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。     

散射大厅内中子导管屏蔽计算

中子导管将冷中子束从冷源引出至散射大厅,为保证大厅工作人员的安全,提供低本底实验环境,必须设计相应的屏蔽体进行屏蔽。在已有中子导管屏蔽体初步结构设计方案的条件下,联合McStas、MCNP,采用分段计算的方法对其进行了屏蔽计算,得到了散射大厅内中子导管周围不同位置处的辐射剂量率,验证了中子导管屏蔽体结构设计方案的有效性,为进一步开展工程设计提供了依据。     

D-T中子管屏蔽过滤系统设计

中子监测是辐射场所监测的常规项目之一,提高辐射监测仪的标校技术在确保监测质量方面显得尤为重要,针对辐射监测仪受现场和工作条件限制不能上溯至较高的国家计量标准进行校准的问题,提出了贮存场所辐射监测仪现场标校技术研究。为获得单能中子源,实现涉核场所的现场标校,分析了D-T中子管的结构特点和中子源特点,采用蒙特卡罗方法模拟了典型材料与不同能量中子的作用效果,将多层屏蔽材料进行组合优化,得到了屏蔽中子管中子源的最佳方案。在此基础上,设计了锥形准直过滤结构,利用蒙特卡罗方法模拟了准直结构作用效果。结果表明,锥形准直过滤结构可获得单色性能较好的14.1MeV、0.18MeV和热中子等单能中子,为现场标校提供了多个单能源。     

600 kV毫微秒脉冲中子发生器研制

研制了600kVns脉冲中子发生器(CPNG 6)。CPNG 6由高压电源(输出电压为600kV,电流为15mA,高压稳定度和纹波均≤0.1%)、2214mm×1604mm×1504mm不锈钢高压电极及安装在内的高频离子源、预加速间隙透镜、初聚焦系统、切割器、90°磁分析器等构成的头部设备,均匀场加速管,漂移管,偏转磁铁,0°直流束和45°脉冲束流管道,无油分子泵真空系统等组成。在脉冲束流管道上安装有强流毫微秒脉冲化聚束装置。阐述了该器的方案要点和各部件的主要技术性能及特点。