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。     

利用便携式D-D中子发生装置测试3He中子探测器的性能

对便携式D-D中子发生装置进行产额测试、验证及均匀性、稳定性测量,并将其用于对批量中子探测器的中子响应检测.实验结果表明:D-D中子发生装置的中子产额能够满足相关国标的要求;与252Cf中子源测试结果进行产额验证,偏差为-7.4％;D-D中子发生装置中子场的不均匀性为10％,中子产额的稳定性为7.0％;批量3 He中子...     

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。     

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。     

D-D中子源产额的大角度伴随质子监测技术研究

利用伴随质子法对D-D源中子产额进行了监测,选择了双叉管靶室和三叉管靶室,在与入射D 束成90°、135°和178.2°的三个方向上,获得了伴随质子谱和中子产额,确定了进行准确的产额监测的实验条件,实验表明在大角度方向(178.2°)进行产额监测是可行性的.对实验结果及其不确定度进行了分析和讨论.     

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%。     

中子管靶材料对中子输出和溅射产额的影响

中子管的中子产额和寿命受靶性能影响,利用SRIM(The Stopping and Range of Ions in Matter)2008模拟计算不同束流和高压条件下钛靶的中子产额,并与3He中子监测仪测量结果进行比较,实验和模拟结果符合较好。模拟计算不同能量氘离子在不同含量的钪钛、钼钛、铌钛三种合金的中子输出和溅射产额。结果表明:入射离子能量为120 keV、合金比例为0.2的钪钛合金中子产额最高,模拟值可达1.24×10~9 s~(-1);合金比例为0.6的钪钛合金,金属原子和氚原子溅射产额较低;与钼钛和铌钛两种合金相比,钪钛合金的中子输出高,而溅射产额低。     

DPF装置脉冲中子测量技术研究

研制了用于DPF装置脉冲中子产额和波形监测的脉冲中子飞行时间-闪烁探测系统。在中国原子能科学研究院高压倍加器上采用电流法和脉冲中子飞行时间方法标定了该系统的D-T和D-D中子灵敏度。根据测量的光响应函数,采用Monte-Carlo方法模拟了塑料闪烁探测器的中子能量响应,由此对中子灵敏度标定结果进行了能量响应修正。利用研制的闪烁探测系统对ING-103型DPF装置的D-T脉冲中子产额和时间波形进行了实验测量,并对测量结果进行了分析和讨论。测量的DPF装置D-T脉冲中子产额在1×109–2×109n/shot之间,中子时间波形的半高宽约为9ns。     

小型D-D中子发生器氘靶的热流固耦合分析

靶温对小型D-D中子发生器的使用寿命有重要影响,在假设束斑功率密度分布为高斯分布的前提下,使用ANSYS14.0软件对设计的小型D-D中子发生器的自成靶进行了热流固耦合分析。模拟了冷却水流量及冷却水层厚度对靶温的影响,同时模拟了两种不同结构的自成靶在束流轰击及冷却水共同作用下的应力及形变。模拟结果表明,两种结构的自成靶在使用中最高温度、最大应力与形变均满足设计要求。     

陶瓷中子管

本文介绍了一种采用陶瓷绝缘外壳和自持靶的陶瓷中子管。D-T反应中子产额可大于10~9ns~(-1),D-D反应中子产额可大于10~7ns~(-1)。使用寿命已超过500h。     

大束流场发射阴极X射线管的阳极设计

采用蒙特卡罗软件和有限元分析软件分析了固定阳极X射线管中电子轰击阳极靶的能量沉积和热量传输过程,固定阳极由铜棒和钨片组成。研究了在不同形状、尺寸和占空比的电子束脉冲轰击下,阳极靶面不同厚度的钨片和相邻铜棒的温度上升过程。结果表明,钨片厚度存在最优值,但最优值与具体使用条件相关;在脉冲成像方式下,固定阳极靶能承受更强束流强度的轰击。因此,采用固定阳极靶方案,研制140 kV高压、10 mA以上电流、直径1 mm以下有效焦点的场发射阴极X射线管是可行的。     

Study of the pulsed working characteristics of the penning ion source for neutron tubes

The pulsed working characteristics of the neutron tube ion source were studied experimentally.The principle and method of selecting the gas pressure and anode voltage were determined.     

低纹波微型X射线管高压电源的研制

国内研发的X射线高压电源体积普遍较大,不适合微型X射线管的要求。针对微型X射线管的特点,本文设计了一种低纹波、小体积高压电源,其输出电压在0~-40kV范围内可调。电源的逆变电路采用罗耶谐振电路,并引入UCC2973控制芯片以提高其效率。在电源的升压部分设计了高频变压器、双向倍压整流电路,以进行两级升压。通过电阻分压后取样反馈的方式进行稳压。电路工作在线性状态,无开关噪声。测试结果表明,电源的输出电压纹波低于0.3%、稳定度优于0.12%/10h,可满足微型X射线管的需求。     

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。     

Experimental Study of the Variation of Neutron Emission Anisotropy in a Filippov-type Plasma Focus Facility

This paper presents the results of experimental studies of the variation of spatial anisotropy in neutron emission with working conditions in a 90 kJ Filippov-type plasma focus device. The working gases are D₂ and D₂ + 1%Kr. The results of our experiments have shown that the anisotropy factor decreases with increasing the initial pressure and/or discharge energy. Furthermore, it has been observed that by using D₂ + 1%Kr as working gas, the variation in anisotropy factor with initial pressure and/or discharge energy is relatively high, but by using D₂ it changes slowly. The highest neutron yield has been achieved by using D₂ + 1%Kr and a conic insert anode. Thus, we have studied the correlation between neutron yield and anisotropy factor for this case at fixed working conditions from shot to shot. At 16 kV discharge voltage and pressures around optimum, the behavior of anisotropy factor is generally increasing with neutron yield, whereas at low and high pressures, the anisotropy factor does not change significantly with yield.     

基于脉冲步进调制技术的ECRH全固态阳极高压电源控制系统设计

电子回旋共振管是产生高功率毫米微波的真空电子器件,在可控热核聚变研究、雷达等领域中有重要的应用。针对可控热核聚变研究中1 MW/105 GHz回旋管加热系统阳极电源幅度可调且调制的要求,使用高频开关电源技术和脉冲步进调制技术（PSM）研制了全固态阳极高压电源。重点阐述了阳极高压电源实现稳压、调制、前沿时间可调功能的软件控制算法,并通过实验对设计进行了验证。该阳极高压电源具有单脉冲、多脉冲调制和六电平预置波形等3种模式输出功能;输出参数达到35 kV/200 mA,波形前沿3 ms内可调,最大调制频率为1 kHz,调节精度在100 V以内。设计的控制方法也可应用于其他大功率微波源。     

多能量档电子直线加速器用栅控电子枪电源研究

本文介绍了一种应用于多能量档电子直线加速器栅控电子枪的专用电源。根据栅控电子枪的工作需求,电子枪的阴极处于-50 kV高压上,电源的3路输出,包括灯丝电源、偏压电源和栅控脉冲电源,均通过高压隔离变压器,将信号输送到高压端的灯丝、阴极和栅极上。利用主控计算机精确调节了电子枪发射束流的大小和脉冲宽度,以满足加速器多能量输出的需求。高压端均为无源器件,以降低故障率。此电源结构简单、调节方便、工作稳定,已在多能量档电子直线加速器上连续工作近4 a,运行状态良好。     

兰州大学的中子发生器研制及应用展望

1988年兰州大学成功研制了3×10¹² s^-1的ZF-300强流中子发生器,主要用于核数据测量、材料辐照损伤等研究。为进一步开展活化法中子核数据测量、裂变物理等研究,兰州大学启动了基于倍压加速器的ZF-400强流中子发生器研制工程,该中子发生器的设计指标为D束流能量400 keV、D束流强度大于30 mA、D-D中子产额大于5×10¹⁰ s^-1,D-T中子产额大于5×10¹² s^-1。在裂变物理研究方面,已成功发展了描述裂变核断点裂变势的势驱动模型（potential-driving model）,并开展了中子诱发典型锕系核素裂变发射中子前裂变产物的质量分布计算研究;将potential-driving model植入Geant4程序,发展了用于裂变发射中子后裂变产物质量分布、动能分布、裂变中子能谱等模拟的蒙特卡罗方法,并开展了可靠性评估研究;研制了一套用于裂变产物实验测量的双屏栅电离室（TFGIC）,并完成了初步实验测试。在中子应用技术方面,为满足小型化中子应用技术系统的研发需求,兰州大学成功研制了长度984 mm、直径234 mm的紧凑型中子发生器,通过在引出加速电极和靶之间加电阻的方式产生偏置电场,实现对靶上二次电子的抑制。在自注入靶条件和150 keV氘束流能量下,D-D中子产额可大于5×10⁸ s^-1,该中子发生器已具备产生D-T中子产额大于10¹⁰ s^-1量级的潜力。完成了基于紧凑型D-T中子发生器的快中子准直屏蔽体的设计,并研发了基于微通道板的快中子成像探测器,初步D-T快中成像测试显示,图像空间分辨率约为500 μm。开展了基于紧凑型D-D中子发生器的核燃料棒²³⁵U富集度及均匀性检测系统研发,仿真研究表明,在D-D中子产额5×10⁸ s^-1条件下,对核燃料棒中10%范围内的²³⁵U富集度相对变化的检测置信度可达到99%。     

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。