基于α粒子发射的低产额脉冲同位素中子源制造技术

一种基于α粒子发射的低产额脉冲同位素中子源，包括同位素α粒子发射源、斩束器(光闸)、金属Be靶、电控平移装置、光学导轨、真空腔室、腔室气体与气体流量控制装置，同位素α粒子发射源与金属Be靶分离，分离装置为斩束器旋转轮，同位素α粒子发射源、斩束器、金属Be靶均封装在一密闭腔室中。该装置可通过斩束器旋转轮的设计实现具有不同重复频率和不同脉冲宽度的脉冲中子输出，并能对中子通量进行调节。该种脉冲中子源具有固有的安全性、脉冲输出、脉宽与重复频率可控、通量可调、小巧便携等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种同位素辐射源装置，具体涉及一种安全性高且可控性强的低通量脉冲中子源。
技术介绍
为了满足人们对中子在不同领域的需求，各种中子源不断被研制出来。根据产生中子的方法，人们常用的中子源可以划分为三类，即加速器中子源、反应堆中子源和同位素中子源(包括自发裂变中子源)。其中加速器中子源强度高，可以在较宽的能区内获得单色中子束，另外还可以实现脉冲中子束输出；反应堆中子源的主要特点是中子注量率大，能谱形状比较复杂；同位素中子源利用两种核素混合后发生(α,n)核反应产生中子或利用核素自身裂变产生中子，目前使用的有Am－Be源，Pu－Be源、Ra－Be源和Cf自发裂变中子源等，它的主要特点是制备比较方便，装置占地较小，发出的中子基本上是各向同性的，可作为标准源使用。其中Am-Be中子源是最为常用的同位素中子源。241Am的半衰期为432.2年，是一种常用的裂变α粒子源。α粒子能谱主要包含三条谱线：能量和脉冲绝对强度分别为5.486MeV(85.2%)、5.443MeV(12.8%)和5.389MeV(1.4%)，当其打到Be粉上时，将放出中子。现有的同位素中子源虽然应用非常广泛，但对于更高要求的应用仍然难以满足。目前Am－Be中子源都是通过将AmO2和金属Be粉末均匀混合，然后采用加压或者高温烧结的方式将其制成一体，因此对于特定的Am-Be中子源其中子通量基本上是固定的(不可调)，而且都是恒流发射的，另外在使用过程中需要进行复杂的中子屏蔽，使得整个中子源的安全性和便携性大大降低。脉冲中子源目前主要由粒子加速器和稠密等离子体焦点(Dense Plasma Focus,DPF)装置(如：氘-氘、氘-氚中子管)实现。其中加速器中子源是利用加速器加速带电粒子去轰击某些核素，从而引起发射中子的核反应，对加速器进行脉冲调制后可产生脉冲中子束。加速器产生的脉冲中子源强度高，而且可以通过控制加速器实现脉冲中子束的“开关”，安全性较高，通常可获得单能的中子束，但整个装置结构复杂、系统庞大，建成后无法移动，且建设、运行和维护费用非常高；与加速器、反应堆等大型中子源相比，DPF装置体积小、运行简单、价格便宜，可提供ns级脉冲宽度、高强度的单能脉冲中子束，适用于某些核辐射探测器的性能实验研究，在材料的表面处理、X射线光刻、快中子无损检测等工业领域有较好的应用前景。DPF装置每次放电可产生脉宽50～100ns、产额107～1010中子的D-d快中子(2.45MeV),相应的中子注量率为1014～1017s-1。DPF装置产生的D-T脉冲中子(14.1MeV)产额在109量级，脉冲半高宽约为10ns。可见该类中子源的稳定性较差、中子产额难以控制、有较强的电磁干扰，导致此类中子源在测量精度要求较高的应用领域受到很大的制约。因此，研制一套成本低、安全性高、稳定性好、中子通量可调、可产生脉冲中子束、结构轻便的低产额同位素脉冲中子源装置，已经逐渐成为同位素中子源的重要补充和发展方向之一。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种安全性高、中子通量可调、可产生脉冲中子束、结构轻便的低产额同位素脉冲中子源。本专利技术的技术解决方案是：一种基于α粒子发射的低产额脉冲同位素中子源，包括同位素α粒子发射源、金属Be靶，其特殊之处在于：还包括α粒子束阻断器、密闭腔室；所述α粒子束阻断器设置在同位素α粒子发射源与金属Be靶之间某一位置，用于调节到达Be的α粒子的数目和周期；所述同位素α粒子发射源、金属Be靶、α粒子束阻断器均设置在密闭腔室内。上述密闭腔室设置有真空阀和气体节流阀。还包括电控平移装置；所述α粒子束阻断器设置在电控平移装置上，所述电控平移装置用于调节α粒子束阻断器和同位素α粒子发射源之间的距离。上述密闭腔室设置有真空阀和气体节流阀。上述α粒子束阻断器为光闸或转速可控的斩束器旋转轮；所述斩束器旋转轮上设置有一组或多组对称周期分布的狭缝或孔。上述同位素α粒子发射源为241Am、218Po、226Ra、239Pu,238Pu或者222Rn。上述同位素α粒子发射源与金属Be靶的相对距离大于0.1cm。上述密封腔室内的真空度为1～101kPa；所述密封腔室内气体为空气、氮气、氧气或氢气。上述金属Be靶为Be片或有机膜包裹的Be粉。上述同位素α粒子发射源与α粒子束阻断器之间设有α粒子准直器。本专利技术相对于现有同位素中子源具有的有益效果：1、本专利技术安全性高。中子源装置将同位素α粒子发射源与金属Be靶分离，可以通过多种方式实现对α粒子的控制，而α粒子相对于中子所固有的安全性使得本装置安全性非常高，另外α粒子准直器设计以及真空腔室设计都能将α粒子完全屏蔽。由于Am与Be被放置在完全封闭的密闭腔室中，因此材料本身也不会对操作人员造成伤害。2、本专利技术中子为脉冲输出。通过改变斩束器的转速和狭缝尺寸，可获得不同脉宽的中子脉冲输出，受制于现有机械转子的转速，该装置产生的中子脉冲宽度可达到微秒量级。相比于普通的同位素中子源，该装置可以实现脉冲中子束输出，对扩展同位素中子源的应用具有重要的作用。3、本专利技术可控性强。中子源的脉冲宽度、重复频率、中子通量均可以实现可控，另外可以通过电控平移装置、真空度、气体浓度或者斩束器设计实现中子源的“开关”控制。4、中子源装置体积小、移动性好。整个装置可控制在1米见方的空间当中，占地面积小，结构简单使得其保留了同位素中子源的便携性。附图说明图1为本专利技术的装置原理示意图；其中：a为同位素同位素α粒子发射源，b为α粒子束阻断器，c为Be金属片；图2为本专利技术的装置结构示意图；图3A为斩束器的一种旋转轮结构示意图；图3B为斩束器的第二种旋转轮结构示意图；图4为装置预期产生的脉冲中子时序示意图；附图标记如下：1-同位素α粒子发射源，2-α粒子准直器，3-固定杆，4-斩束器旋转轮，5-步进电机，6-升降套筒，7-金属Be粉，8-有机薄膜，9-电控平移台，10-光学导轨，11-真空转接电缆头，12-真空腔室，13-真空阀，14-气体节流阀，15-斩束器控制电源接头，16-电控平移台控制器，17-支撑杆底座，18-支撑杆，19-旋转轮固定件，20-电机轴固定孔，21-斩束器周期槽。具体实施方式一种基于α粒子发射的低产额脉冲同位素中子源，包括同位素α粒子发射源、α粒子束阻断器(斩束器或光闸)、金属Be靶(粉或Be金属片)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于α粒子发射的低产额脉冲同位素中子源，包括同位素α粒子发射源、金属Be靶，其特征在于：还包括α粒子束阻断器、密闭腔室；所述α粒子束阻断器设置在同位素α粒子发射源与金属Be靶之间某一位置，用于调节到达金属Be靶的α粒子的数目和周期；所述同位素α粒子发射源、金属Be靶、α粒子束阻断器均设置在密闭腔室内。

【技术特征摘要】
1.一种基于α粒子发射的低产额脉冲同位素中子源，包括同位素α粒子
发射源、金属Be靶，其特征在于：还包括α粒子束阻断器、密闭腔室；所述α
粒子束阻断器设置在同位素α粒子发射源与金属Be靶之间某一位置，用于调
节到达金属Be靶的α粒子的数目和周期；所述同位素α粒子发射源、金属Be
靶、α粒子束阻断器均设置在密闭腔室内。
2.根据权利要求1所述的基于α粒子发射的低产额脉冲同位素中子源，
其特征在于：所述密闭腔室设置有真空阀和气体节流阀。
3.根据权利要求1所述的基于α粒子发射的低产额脉冲同位素中子源，
其特征在于：还包括电控平移装置；所述α粒子束阻断器设置在电控平移装置
上，所述电控平移装置用于调节α粒子束阻断器和同位素α粒子发射源之间的
距离。
4.根据权利要求3所述的基于α粒子发射的低产额脉冲同位素中子源，
其特征在于：所述密闭腔室设置有真空阀和气体节流阀。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于α粒子发射的低产额脉冲同
位素中子源，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，李雪松，欧阳晓平，李竞，卢毅，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：