CN108495442A - 一种基于小型直线加速器的小型强流中子源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于小型直线加速器的小型强流中子源装置，它包括电子回旋共振离子源，电子回旋共振离子源通过连接管A与螺线管A相连，螺线管A的另一端与螺线管B相连，螺线管B的另一端通过连接管B与射频四极场加速器相连，射频四极场加速器通过束流输运管道A连接有漂移管型加速器，束流输运管道A上设置有聚焦磁铁，漂移管型加速器的另一端通过束流输运管道B与束流输运管道C相连，束流输运管道B上设置有三联聚焦磁铁，束流输运管道C的另一端连接有加厚防护束流管道A，加厚防护束流管道A的另一端与中子靶室A相连；总的，本发明具有安全性高、经济实用、易普及推广的优点。

Description

一种基于小型直线加速器的小型强流中子源装置
技术领域
本发明属于物理领域，具体涉及一种基于小型直线加速器的小型强流中子源装置。
背景技术
1932年，查得维克发现中子以来，开辟了人类利用中子来研究物质结构以及中子其他应用的研究，中子在原子核研究、材料及材料应用研究、蛋白质/药物开发以及磁学和超导方面的研究上越来越重要，尤其是高通量中子的需求越来越重要，因此高通量的小型中子源的建设成为基础研究和新材料研发的重要战略设施，目前在用的中子源主要是由反应堆引出的中子或者同位素产生的中子，反应堆中子源因为安全性限制，不能广泛使用，而同位素中子源产生的中子产额低，导致其使用效果不好；因此，提供一种安全性高、经济实用、易普及推广的基于小型直线加速器的小型强流中子源装置。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种安全性高、经济实用、易普及推广的基于小型直线加速器的小型强流中子源装置。
本发明的目的是这样实现的：一种基于小型直线加速器的小型强流中子源装置，它包括电子回旋共振离子源，所述的电子回旋共振离子源通过连接管A与螺线管A相连，所述的螺线管A的另一端与螺线管B相连，所述的螺线管A和螺线管B之间设置有束诊元件A，所述的螺线管B的另一端通过连接管B与射频四极场加速器相连，所述的螺线管B与射频四极场加速器之间设置有束诊元件B，所述的射频四极场加速器通过束流输运管道A连接有漂移管型加速器，所述的束流输运管道A上设置有聚焦磁铁，所述的聚焦磁铁与射频四极场加速器和漂移管型加速器之间分别设置有束诊元件C和束诊元件D，所述的漂移管型加速器的另一端通过束流输运管道B与束流输运管道C相连，所述的束流输运管道B上设置有三联聚焦磁铁，所述的三联聚焦磁铁与漂移管型加速器和束流输运管道C之间分别设置有束诊元件E和束诊元件F，所述的束流输运管道C的另一端连接有加厚防护束流管道A，所述的加厚防护束流管道A的另一端与中子靶室A相连。
所述的束流输运管道C的上设置有偏转磁铁，所述的束流输运管道C上与偏转磁铁的偏转方向相对应的位置连接有加厚防护束流管道B，所述的加厚防护束流管道B的另一端与中子靶室B相连。
所述的螺线管A、射频四极场加速器和漂移管型加速器上均连接有真空泵。
所述的中子靶室A和中子靶室B均是由中子靶材、慢化材料、屏蔽材料和准直仪组成。
所述束诊元件A、束诊元件B、束诊元件C、束诊元件D、束诊元件E和束诊元件F均包括有束流位置诊断器、束流强度诊断器和束流发射度诊断器。
所述的加厚防护束流管道A和加厚防护束流管道B均由中子屏蔽的材料制成。
本发明的有益效果：本发明的基于小型强流直线加速器的中子源，在不打靶状态下，完全不产生中子，且打靶产生的中子经过慢化和屏蔽后，只剩下热中子和热外中子，且因为随时可以对其断电切断束流，因此具有比反应堆中子源更高的安全性，同时，和同位素中子源相比，本发明的小型强流直线加速器的中子源具有中子通量更高的优点，而且，本发明中的每一个部件均不带有放射性，因此在运维上都比反应堆中子源和同位素中子源具有更安全便利、更容易普及、更紧经济实用。
附图说明
图1是本发明一种基于小型直线加速器的小型强流中子源装置的结构示意图。
图中：1、电子回旋共振离子源 2、连接管A 3、螺线管A 4、螺线管B 5、连接管B6、射频四极场加速器 7、束流输运管道A 8、聚焦磁铁 9、漂移管型加速器 10、束流输运管道B 11、加厚防护束流管道B 12、中子靶室B 13、偏转磁铁 14、加厚防护束流管道A 15、中子靶室A 16、束流输运管道C 17、束诊元件F 18、三联聚焦磁铁 19、束诊元件E 20、真空泵 21、束诊元件D 22、束诊元件C 23、束诊元件B 24、束诊元件A。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种基于小型直线加速器的小型强流中子源装置，它包括电子回旋共振离子源1，所述的电子回旋共振离子源1通过连接管A2与螺线管A3相连，所述的螺线管A3的另一端与螺线管B4相连，所述的螺线管A3和螺线管B4之间设置有束诊元件A24，所述的螺线管B4的另一端通过连接管B5与射频四极场加速器6相连，所述的螺线管B4与射频四极场加速器6之间设置有束诊元件B23，所述的射频四极场加速器6通过束流输运管道A7连接有漂移管型加速器9，所述的束流输运管道A7上设置有聚焦磁铁8，所述的聚焦磁铁8与射频四极场加速器6和漂移管型加速器9之间分别设置有束诊元件C22和束诊元件D21，所述的漂移管型加速器9的另一端通过束流输运管道B10与束流输运管道C16相连，所述的束流输运管道B10上设置有三联聚焦磁铁18，所述的三联聚焦磁铁18与漂移管型加速器9和束流输运管道C16之间分别设置有束诊元件E19和束诊元件F17，所述的束流输运管道C16的另一端连接有加厚防护束流管道A14，所述的加厚防护束流管道A14的另一端与中子靶室A15相连。
本发明在使用时，电子回旋共振（ECR）离子源产生的强流束通过螺线管A和螺线管B聚焦后注入到射频四极场（RFQ）加速器里，经RFQ加速器加速后的束流经过聚焦磁铁的聚焦和匹配后被注入到漂移管（DTL）型加速器，束流从DTL中出来后再次经过三联聚焦磁铁的聚焦和匹配后通过加厚防护束流管道进入中子靶室，束流进入中子靶室后轰击中子靶室内的中子靶材产生强流中子，同时束流停止在中子靶材中，产生的强流中子有与束流运动方向相反的回流中子和与束流运动方向相同的前进中子，其中，回流中子会被加厚防护束流管道屏蔽，而前进强流中子则继续前进和扩散，在中子需求方向上的前进中子会遇到慢化材料（慢化剂）后其速度会被慢化，经过多次慢化后，前进中子都会被慢化成热中子、热外中子和冷中子，而不在中子需求方向上的前进中子遇到慢化材料和屏蔽材料后会被完全屏蔽；本发明中的小型强流中子源的整体真空度为10-4-10-7Pa，其可以作为硼中子俘获癌症治疗的中子源使用，也可以作为无损探伤的中子源，也可以作为中子成像的中子源使用，也可以作为材料辐照用中子源使用，具有设施更简单，束流强度更强，中子产额更高，造价更低的优点；本发明中的电子ECR离子源为离子产生和注入装置；螺线管A和螺线管B主要用于对从离子源引出的束流进行横向聚焦；束诊元件用于对束流信息进行检测；RFQ加速器作为预加速器对经过螺线管A和螺线管B匹配后的束流进行加速和整形；聚焦磁铁主要用于对从RFQ加速器出来的束流进行聚束和调整，使束流能够匹配后续的DTL加速器；而DTL加速器主要用于把RFQ加速器出来的束流加速到合适能量，以产生更多的中子；三联聚焦磁铁主要用于对DTL加速器出来的束流进行聚束、调整和匹配，使得束流能按设计轰击中子靶室中的中子靶材；加厚防护束流管道为中空管道，方便束流从中间通过，其主要用于屏蔽回流的中子；中子靶室主要用于产生中子以及在不需要中子的方向上对中子进行屏蔽；本发明中的束诊元件A、束诊元件B、束诊元件C、束诊元件D、束诊元件E和束诊元件F主要用于对相应的束流进行检测，而检测到的束流信息可以作为反馈，进而调整螺线管A、螺线管B、聚焦磁铁和三联聚焦磁铁以得到更好品质的束流；总的，本发明具有安全性高、经济实用、易普及推广的优点。
实施例2
如图1所示，一种基于小型直线加速器的小型强流中子源装置，它包括电子回旋共振离子源1，所述的电子回旋共振离子源1通过连接管A2与螺线管A3相连，所述的螺线管A3的另一端与螺线管B4相连，所述的螺线管A3和螺线管B4之间设置有束诊元件A24，所述的螺线管B4的另一端通过连接管B5与射频四极场加速器6相连，所述的螺线管B4与射频四极场加速器6之间设置有束诊元件B23，所述的射频四极场加速器6通过束流输运管道A7连接有漂移管型加速器9，所述的束流输运管道A7上设置有聚焦磁铁8，所述的聚焦磁铁8与射频四极场加速器6和漂移管型加速器9之间分别设置有束诊元件C22和束诊元件D21，所述的漂移管型加速器9的另一端通过束流输运管道B10与束流输运管道C16相连，所述的束流输运管道B10上设置有三联聚焦磁铁18，所述的三联聚焦磁铁18与漂移管型加速器9和束流输运管道C16之间分别设置有束诊元件E19和束诊元件F17，所述的束流输运管道C16的另一端连接有加厚防护束流管道A14，所述的加厚防护束流管道A14的另一端与中子靶室A15相连；
图中：1、电子回旋共振离子源 2、连接管A 3、螺线管A 4、螺线管B 5、连接管B 6、射频四极场加速器 7、束流输运管道A 8、聚焦磁铁 9、漂移管型加速器 10、束流输运管道B 11、加厚防护束流管道B 12、中子靶室B 13、偏转磁铁 14、加厚防护束流管道A15、中子靶室A 16、束流输运管道C 17、束诊元件F 18、三联聚焦磁铁 19、束诊元件E20、真空泵 21、束诊元件D 22、束诊元件C 23、束诊元件B 24、束诊元件A。
所述的束流输运管道C16的上设置有偏转磁铁13，所述的束流输运管道C16上与偏转磁铁13的偏转方向相对应的位置连接有加厚防护束流管道B11，所述的加厚防护束流管道B11的另一端与中子靶室B12相连；所述的螺线管A3、射频四极场加速器6和漂移管型加速器9上均连接有真空泵20；所述的中子靶室A15和中子靶室B12均是由中子靶材、慢化材料、屏蔽材料和准直仪组成；所述束诊元件A24、束诊元件B23、束诊元件C22、束诊元件D21、束诊元件E19和束诊元件F17均包括有束流位置诊断器、束流强度诊断器和束流发射度诊断器；所述的加厚防护束流管道A14和加厚防护束流管道B11均由中子屏蔽的材料制成。
本发明在使用时，电子回旋共振（ECR）离子源产生的强流束通过螺线管A和螺线管B聚焦后注入到射频四极场（RFQ）加速器里，经RFQ加速器加速后的束流经过聚焦磁铁的聚焦和匹配后被注入到漂移管（DTL）型加速器，束流从DTL中出来后再次经过三联聚焦磁铁的聚焦和匹配后通过加厚防护束流管道进入中子靶室，束流进入中子靶室后轰击中子靶室内的中子靶材产生强流中子，同时束流停止在中子靶材中，产生的强流中子有与束流运动方向相反的回流中子和与束流运动方向相同的前进中子，其中，回流中子会被加厚防护束流管道屏蔽，而前进强流中子则继续前进和扩散，在中子需求方向上的前进中子会遇到慢化材料（慢化剂）后其速度会被慢化，经过多次慢化后，前进中子都会被慢化成热中子、热外中子和冷中子，而不在中子需求方向上的前进中子遇到慢化材料和屏蔽材料后会被完全屏蔽；本发明中的小型强流中子源的整体真空度为10-4-10-7Pa，其可以作为硼中子俘获癌症治疗的中子源使用，也可以作为无损探伤的中子源，也可以作为中子成像的中子源使用，也可以作为材料辐照用中子源使用，具有设施更简单，束流强度更强，中子产额更高，造价更低的优点；本发明中的电子ECR离子源为离子产生和注入装置；螺线管A和螺线管B主要用于对从离子源引出的束流进行横向聚焦；束诊元件用于对束流信息进行检测；RFQ加速器作为预加速器对经过螺线管A和螺线管B匹配后的束流进行加速和整形；聚焦磁铁主要用于对从RFQ加速器出来的束流进行聚束和调整，使束流能够匹配后续的DTL加速器；而DTL加速器主要用于把RFQ加速器出来的束流加速到合适能量，以产生更多的中子；三联聚焦磁铁主要用于对DTL加速器出来的束流进行聚束、调整和匹配，使得束流能按设计轰击中子靶室中的中子靶材；加厚防护束流管道为中空管道，方便束流从中间通过，其主要用于屏蔽回流的中子；中子靶室主要用于产生中子以及在不需要中子的方向上对中子进行屏蔽；本发明中的束诊元件A、束诊元件B、束诊元件C、束诊元件D、束诊元件E和束诊元件F主要用于对相应的束流进行检测，而检测到的束流信息可以作为反馈，进而调整螺线管A、螺线管B、聚焦磁铁和三联聚焦磁铁以得到更好品质的束流；所述的束流输运管道C的上侧面上设置有偏转磁铁，所述的束流输运管道C的下侧面上连接有加厚防护束流管道B，所述的加厚防护束流管道B的另一端与中子靶室B相连，偏转磁铁主要用于偏转束流，本申请在DTL加速器后安装有偏转磁铁，并在偏转方向上也安装了中子靶室，使得束流可以在两个方向进行切换，从而能在两个方向打靶，进而在两个方向上都能产生中子；所述的中子靶室有中子靶材、慢化材料、屏蔽材料和准直仪组成，其中，中子靶材通过束流的轰击能产生强流中子，慢化材料用于慢化快中子，屏蔽材料用于屏蔽不需要中子的方向上的中子，准直仪用于校准中子引出方向和位置；所述束诊元件A、束诊元件B、束诊元件C、束诊元件D、束诊元件E和束诊元件F，分别对螺线管A和螺线管B之间、螺线管B和RFQ加速器之间、RFQ加速器和聚焦磁铁之间、聚焦磁铁和DTL加速器之间，DTL加速器和三联聚焦磁铁之间，三联聚焦磁铁和偏转磁铁之间的束流位置和束流流强信息进行测量；所述的加厚防护束流管道由中子屏蔽的材料制成，用于防护和屏蔽打靶产生的回流中子；总的，本发明具有安全性高、经济实用、易普及推广的优点。

Claims (6)

1.一种使用基于小型强流直线加速器的中子源装置，它包括电子回旋共振离子源，其特征在于：所述的电子回旋共振离子源通过连接管A与螺线管A相连，所述的螺线管A的另一端与螺线管B相连，所述的螺线管A和螺线管B之间设置有束诊元件A，所述的螺线管B的另一端通过连接管B与射频四极场加速器相连，所述的螺线管B与射频四极场加速器之间设置有束诊元件B，所述的射频四极场加速器通过束流输运管道A连接有漂移管型加速器，所述的束流输运管道A上设置有聚焦磁铁，所述的聚焦磁铁与射频四极场加速器和漂移管型加速器之间分别设置有束诊元件C和束诊元件D，所述的漂移管型加速器的另一端通过束流输运管道B与束流输运管道C相连，所述的束流输运管道B上设置有三联聚焦磁铁，所述的三联聚焦磁铁与漂移管型加速器和束流输运管道C之间分别设置有束诊元件E和束诊元件F，所述的束流输运管道C的另一端连接有加厚防护束流管道A，所述的加厚防护束流管道A的另一端与中子靶室A相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于小型直线加速器的小型强流中子源装置，其特征在于：所述的束流输运管道C的上设置有偏转磁铁，所述的束流输运管道C上与偏转磁铁的偏转方向相对应的位置连接有加厚防护束流管道B，所述的加厚防护束流管道B的另一端与中子靶室B相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于小型直线加速器的小型强流中子源装置，其特征在于：所述的螺线管A、射频四极场加速器和漂移管型加速器上均连接有真空泵。
4.根据权利要求1所述的一种基于小型直线加速器的小型强流中子源装置，其特征在于：所述的中子靶室A和中子靶室B均是由中子靶材、慢化材料、屏蔽材料和准直仪组成。
5.根据权利要求1所述的一种基于小型直线加速器的小型强流中子源装置，其特征在于：所述束诊元件A、束诊元件B、束诊元件C、束诊元件D、束诊元件E和束诊元件F均包括有束流位置诊断器、束流强度诊断器和束流发射度诊断器。
6.根据权利要求1所述的一种基于小型直线加速器的小型强流中子源装置，其特征在于：所述的加厚防护束流管道A和加厚防护束流管道B均由中子屏蔽的材料制成。
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