[發(fā)明專利]用于主動(dòng)探測(cè)核材料的微型中子發(fā)生器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680023709.7
• 申請(qǐng)日: 2006-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN101512329A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱唯幹;劉家瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 休斯頓大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N23/05
• 分類號(hào): G01N23/05
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 秦 晨

本申請(qǐng)要求2005年6月29日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 60/695,368的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本 文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于主動(dòng)探測(cè)高濃縮鈾(“HEU”)的微型中子發(fā) 生器和可移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)的一起使用。

發(fā)明內(nèi)容

國家安全中的最大挑戰(zhàn)問題之一是對(duì)大規(guī)模殺傷武器和其他禁 運(yùn)品的探測(cè)技術(shù)。本發(fā)明是關(guān)于有望探測(cè)核材料尤其如HEU和武器 級(jí)钚(“WGPu”)之類的可用于武器的材料的技術(shù)。

為了用可移動(dòng)的探測(cè)系統(tǒng)主動(dòng)探測(cè)HEU，小尺寸、重量輕的中 子發(fā)生器和探測(cè)器是必要的。

該微型中子發(fā)生器用于使用可移動(dòng)的探測(cè)系統(tǒng)的主動(dòng)探測(cè) HEU。它是易于操作和維護(hù)的小型的、重量輕的低功耗中子發(fā)生器。 該探測(cè)器是基于簡(jiǎn)化的離子源和離子輸送系統(tǒng)。

在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種中子發(fā)生器，該中子發(fā)生器包括： 氘氣填充室；高壓電源；場(chǎng)電離離子源；碳納米管、納米棒或多針尖 (multi-pin)鎢陽極中的至少一種；和陰極。

在本發(fā)明的另一方面中，提供一種中子發(fā)生器，該中子發(fā)生器包 括氘氣填充室、125-150kV的高壓電源、包括鎢針尖的電離源、陽極 和裝載有氚的厚氚靶，其中，該發(fā)生器的重量小于10千克。

在本發(fā)明的另一方面，提供一種探測(cè)與靶相關(guān)的高濃縮鈾的方 法，該方法包括：通過高壓電場(chǎng)對(duì)氘進(jìn)行場(chǎng)電離；提供離子流；使所 述離子加速來擊中所述靶，以發(fā)生氘-氚反應(yīng)；以及收集和分析數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明的另一方面，提供一種探測(cè)與靶相關(guān)的高濃縮鈾的方 法，該方法包括：使用碳納米管、納米棒或多針尖鎢陽極中的至少一 種產(chǎn)生高壓電場(chǎng)；使用場(chǎng)電離源，提供離子流；加速所述離子流，使 得所述離子流擊中所述靶，以產(chǎn)生氘-氚中子，其中，所述離子流被加 速到高達(dá)125-150kV；以及收集和分析數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的小型中子發(fā)生器的示意圖。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明中開發(fā)了一種中子產(chǎn)率為10⁹個(gè)/秒的微型中子發(fā)生器。 該中子發(fā)生器的離子源是場(chǎng)電離離子源。在氘氣填充室中使用碳納米 管(“CNT”)或納米棒(“NR”)或多針尖鎢陽極，以便產(chǎn)生高 達(dá)毫安(mili-Amp)或毫安以上的離子束。將載氚的鈦(“T-Ti”) 厚靶定位在所述室的另一端上，作為陰極。在陽極和陰極之間施加高 壓(“HV”)電源。如本文所用的“高壓”是指125-150kV。本發(fā) 明只需要僅僅12V或24V的DC電源。單一一個(gè)HV電源是用于中子 發(fā)生器的唯一電源。氘(“D”)離子被加速到120-150kV并轟擊T 靶。核反應(yīng)產(chǎn)生快中子(約14MeV)。毫安級(jí)別的氘離子束可以產(chǎn) 生高達(dá)10⁹個(gè)/秒的中子產(chǎn)率。

本發(fā)明的中子發(fā)生器使用場(chǎng)電離替代熱陰極或冷陰極離子源中 的電子電離或RF源中的射頻(“RF”)電離。在一個(gè)實(shí)施例中，使 用CNT或其他納米棒來產(chǎn)生氘的場(chǎng)電離所需的高電場(chǎng)。在另一個(gè)實(shí) 施例中，使用鎢多針尖來產(chǎn)生氘的氣相場(chǎng)電離所需的高電場(chǎng)。根據(jù)本 發(fā)明，使用CNT、NR或多針尖鎢陽極中的至少一種。所述各個(gè)鎢針 尖具有約80微米的柄直徑，約100納米(“nm”)的針尖半徑。用 鎢針尖的這種場(chǎng)電離用作用于質(zhì)譜儀和臺(tái)式聚變裝置的nA級(jí)別的離 子源。在本發(fā)明的離子源設(shè)計(jì)中，CNT、NR或多針尖場(chǎng)電離用于毫 安級(jí)別的離子流，并且然后被加速于高達(dá)125-150kV，以在T靶上發(fā) 生氘-氚(“D-T”)聚變反應(yīng)。10⁹個(gè)/秒的中子產(chǎn)率是在常規(guī)商業(yè)中 子管的級(jí)別上。

單一一個(gè)HV電源用于離子產(chǎn)生和加速。在加速過程中，我們沒 有使用任何聚焦和離子束傳輸系統(tǒng)。在敞口的幾何結(jié)構(gòu)中，允許離子 束擊中T靶。該簡(jiǎn)單的加速器具備兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：避免用于離子束光學(xué)的 附加的電源；以及減少在T靶上的離子束功率密度。因此，釋放了離 子束加熱，并且，提高了中子發(fā)生器的壽命。由于在T靶上的低功率 密度，該壽命比商業(yè)中子管的壽命長(zhǎng)很多。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該發(fā)生器包括遙控器。在特定的實(shí)施 例中，該遙控器與探測(cè)系統(tǒng)集成在一起，用于數(shù)據(jù)收集和分布。

該微型中子發(fā)生器在尺寸上是小的，但是可以發(fā)送與10⁹個(gè)/秒的 商業(yè)中子管可比的中子產(chǎn)率。該發(fā)生器尺寸小、重量輕、功耗經(jīng)濟(jì)、 操作和維護(hù)簡(jiǎn)單、且成本低。在一個(gè)實(shí)施例中，該微型中子發(fā)生器有 公文包大，重量小于10千克(“kg”)，電池電源為12或24伏特。 這樣使得該裝置易于攜帶。