一种适用于超高流强氘氚聚变中子源的高压差气态靶装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于超高流强氘氚聚变中子源的高压差气态靶装置，包括加速器接口和反应气体腔室，还包括：真空差分系统，包括二级差分室、一级差分室、小孔径长管道、以及小孔径法兰；束流约束装置，用于对小孔径长管道中的氘束流进行聚焦，使得束流包络小于小孔径长管道与小孔径法兰的内径；以及反应气体循环回收装置，通过真空泵与一级差分室和二级差分室连接，用于将真空泵排出的气体经过分离提纯后通过节流阀进入反应气体腔室，其中，自加速器接口离开的氘束流经过真空差分系统、实现加速器末端10

A high pressure difference in ultra high intensity gaseous deuterium tritium fusion neutron source target device

High pressure gas target device of the invention discloses a method for ultra high current deuterium tritium fusion neutron source, including accelerator interface and reactive gas chamber also includes differential vacuum system, including two rooms, a differential differential chamber, small diameter and long pipe, small diameter flange beam constraint; focus on the device for small aperture long pipeline in deuterium beam, the beam envelope is less than the small pore and small pore diameter long pipe flange diameter; and a reaction gas recycling device, vacuum pump and chamber are connected through a differential chamber and two differential vacuum pump for supplying gas discharged after purification after entering the reaction gas chamber through the throttle valve, which, since the deuterium beam from the accelerator interface through differential vacuum system, realize the accelerator at the end of 10

【技术实现步骤摘要】
一种适用于超高流强氘氚聚变中子源的高压差气态靶装置
本专利技术涉及一种适用于超高流强氘氚聚变中子源的高压差气态靶装置，主要用于强流氘氚聚变中子源的中子产生。
技术介绍
氘氚聚变中子源利用强流氘离子束轰击氚靶发生氘氚聚变反应产生14MeV高能聚变中子，可应用于中子物理、医学物理、辐射防护及核技术应用等研究领域，是先进核能与核技术应用研究的必备大科学装置。目前世界各国在1011-1013n/s的强流氘氚聚变中子源上均使用了高速旋转的固态氚靶系统，即将氚吸附于高导热衬底及镀膜上(如氚吸附在钛镀膜和钼基底的固体靶片上)制成氚靶片，同时利用高速旋转配合强制散热达到对靶点冷却的目的。但针对中子产额为1014-1016n/s的超高流强氘氚聚变中子源，如果继续使用固态氚靶，强流离子束的大量能量会沉积在氚靶片上极小的面积中，造成靶点的热流密度将超过每平方厘米数百千瓦。如不能对靶片进行有效的冷却散热，会引起靶片温度急剧升高，在毫秒内即可将靶片熔穿，造成中子源毁损和氚大量释放的严重事故。气态靶通过加速器的氘束流直接轰击反应气体腔室内的气态氚或氘来产生高能中子。因氚或氘呈气体状态，束流能量可分散在气态靶整个反应气体腔室内，因此没有固态靶因靶点热量过于集中而形成的散热难题；同时气态靶中的氚或氘可循环利用，降低装置运行成本。在实施本专利技术的过程中，本专利技术人认识到：气态靶的主要技术难点是压强的获得和控制。一方面根据反应原理，源强越高的中子的产生需要越多的氚或氘，因此在气体腔室内氚气或氘气压力需要在103Pa量级，另一方面束流需要在真空环境下传输，以降低束流损失，因此加速器末端的真空在10-5Pa量级。在氘束流从加速器传输至气态靶过程中，需要跨越从压强10-5Pa至103Pa的空间，在连通的空间内，气体会自动从高压强流向低压强，为保持压强差，一方面需要使用真空抽气设备对气态靶各反应气体腔室进行实时抽气；另一方面需要通过节流结构减低各级腔室之间的流导，从而减少各级腔室之间流动的气体量，如何实现压强的跨越是气态靶的一大关键技术。此外，为获得真空差分，管道直径需要达到毫米量级，且束流需要通过长度约3-4米的低真空环境。气态靶的另一大难点在于保持真空差分的同时，实现高流强束流在低真空度环境下的小直径差分管道中的长距离传输。此外，气态靶中的反应物质氘或氚呈气体状态，且处于流动状态，出于运行成本和环境污染考虑，需要保证氘气和氚气的封闭式循环。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种适用于超高流强氘氚聚变中子源的高压差气态靶装置。该专利技术可以用于强流氘氚聚变中子源末端以产生强流聚变中子。通过反应气体腔室内的最高8000Pa压力的氚气或氘气与加速器氘束流发生聚变反应。为此，本专利技术提供了一种高压差气态靶装置，用于超高流强氘氚聚变中子源，包括加速器接口和反应气体腔室，还包括：真空差分系统，设置在加速器接口和反应气体腔室之间，包括二级差分室、一级差分室、连接二级差分室与一级差分室的小孔径长管道、以及位于一级差分室与反应气体腔室之间的小孔径法兰、以及真空泵；束流约束装置，用于对小孔径长管道中的氘束流进行聚焦，使得束流包络小于小孔径长管道的后续管道与小孔径法兰的内径；以及反应气体循环回收装置，通过真空泵与一级差分室和二级差分室连接，用于将真空泵排出的气体经过分离提纯后通过节流阀进入反应气体腔室，其中，自加速器接口离开的氘束流经过真空差分系统、实现加速器末端10-5Pa量级至反应气体腔室103Pa量级的压强跨越后，与反应气体腔室内的氚气或氘气发生聚变反应，产生高能聚变中子。进一步地，上述小孔径长管道由多个能够在线调节直径的法兰沿束流方向排列组合构成，其中，组合后的小孔径长管道的管道形状与束流包络形状相同。进一步地，上述真空差分系统还包括与脉冲式氘束流配合使用的间歇式阀门，间歇式阀门与氘束流脉冲频率同步开启和关闭。进一步地，上述束流约束装置由四极透镜、螺线管中的一种或多种组合构成，用于实现氘束流在低真空度环境下的小直径管道中的长距离低损耗传输。进一步地，上述高压差气态靶装置还包括在反应气体腔室中设置的束流收集装置，用于接受未能全反应的氘束流。进一步地，上述反应气体循环回收装置还用于对反应气体腔室内的氚气或氘气在线提纯、回收、和循环使用。进一步地，上述小孔径长管道的管道直径为毫米量级，氘束流通过长度约-米的低真空环境。本专利技术的有益效果是：利用氘束流与气态的氘或氚进行反应产生高能聚变中子，避免氘束流轰击固态氚靶所带来的承热问题及其他技术难题，且通过氘气、氚气的循环使用，避免氘气、氚气的损耗，降低使用成本。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术一实施例的适用于超高流强氘氚聚变中子源的高压差气态靶装置的示意图。图2是图1所示的适用于超高流强氘氚聚变中子源的高压差气态靶装置中的小孔径管道结构的示意图；以及图3是图2所示的中小孔径管道结构中的各个组成法兰结构的示意图。附图标记说明1、反应气体腔室；2、真空差分系统；3、反应气体循环回收装置；4、束流约束装置；5、加速器接口；6、氘束流；7、束流收集装置；21、小孔径法兰；22、一级差分室；23、小孔径长管道；231、变直径法兰；232、驱动结构；233、法兰板；24、二级差分室；25、真空泵；26、间歇式阀门；31、管道；32、节流阀。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。本专利技术可以用于强流氘氚聚变中子源末端以产生强流聚变中子。通过反应气体腔室内的氚气或氘气与加速器氘束流发生聚变反应。本装置结构的一大设计特点在于实现高流强束流传输的同时，通过真空差分系统实现加速器末端10-5Pa至气态靶反应气体腔室103Pa共计8个数量级的压强跨越、高流强氘束流在小直径管道内的长距离低损耗传输以及气体腔室内的氚气或氘气的在线提纯、回收、循环。图1至图3示出了根据本专利技术的一些实施例。如图1所示，本专利技术的高压差气态靶装置包括加速器接口5、真空差分系统2、反应气体腔室1、反应气体循环回收装置3和束流约束装置4。通过真空差分系统2实现从压强为10-5Pa的加速器到压强为103Pa的反应气体腔室的压强跨越，通过束流约束装置4实现高流强氘束流6从在低真空环境中长距离从加速器传输至反应气体腔室1内，氘束流6与反应气体腔室1内的氚气或氘气发生聚变反应，产生高能聚变中子。下面对上述高压差气态靶装置的各部件进行分别说明。一、反应气体腔室在一实施例中，加速器产生的一定能量的氘束流6进入气态靶反应气体腔室1，与气态靶中的气态氚或氘发生聚变反应产生高能中子，气态靶反应气体腔室使用压力调节阀门实现实时进气，保持103Pa量级的气压，反应气体腔室中的氚气或者氘气压强最高可超过8000Pa。二、加速器接口在一实施例中，加速器产生的高能氘束流6通过加速器接口5穿过真空差分系统2进入反应气体腔室1内，与反应气体腔室1中的气态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压差气态靶装置，用于超高流强氘氚聚变中子源，包括加速器接口(5)和反应气体腔室(1)，其特征在于，还包括：真空差分系统(2)，设置在所述加速器接口(5)和所述反应气体腔室(1)之间，包括二级差分室(24)、一级差分室(22)、连接所述二级差分室(24)与所述一级差分室(22)的小孔径长管道(23)、位于所述一级差分室与所述反应气体腔室之间的小孔径法兰(21)、以及真空泵(25)；束流约束装置(4)，用于对所述小孔径长管道(23)中的氘束流(6)进行聚焦，使得束流包络小于所述小孔径长管道(23)与所述小孔径法兰(21)的内径；反应气体循环回收装置(3)，通过真空泵(25)与所述一级差分室(22)和二级差分室(24)连接，用于将所述真空泵(25)排出的气体经过分离提纯后通过节流阀(32)进入所述反应气体腔室(1)，其中，自所述加速器接口(5)离开的氘束流(6)经过所述真空差分系统(2)、实现加速器末端10

【技术特征摘要】
1.一种高压差气态靶装置，用于超高流强氘氚聚变中子源，包括加速器接口(5)和反应气体腔室(1)，其特征在于，还包括：真空差分系统(2)，设置在所述加速器接口(5)和所述反应气体腔室(1)之间，包括二级差分室(24)、一级差分室(22)、连接所述二级差分室(24)与所述一级差分室(22)的小孔径长管道(23)、位于所述一级差分室与所述反应气体腔室之间的小孔径法兰(21)、以及真空泵(25)；束流约束装置(4)，用于对所述小孔径长管道(23)中的氘束流(6)进行聚焦，使得束流包络小于所述小孔径长管道(23)与所述小孔径法兰(21)的内径；反应气体循环回收装置(3)，通过真空泵(25)与所述一级差分室(22)和二级差分室(24)连接，用于将所述真空泵(25)排出的气体经过分离提纯后通过节流阀(32)进入所述反应气体腔室(1)，其中，自所述加速器接口(5)离开的氘束流(6)经过所述真空差分系统(2)、实现加速器末端10-5Pa量级至反应气体腔室103Pa量级的压强跨越后，与反应气体腔室(1)内的氚气或氘气发生聚变反应，产生高能聚变中子。2.根据权利要求1所述的高压差气态靶...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宜灿，王文，季翔，王永峰，刘超，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34