[發明專利]一種高產額中子發生器氦處理裝置

有效

• 申請號: 201410339895.1
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104093261A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 何小海;李彥;薛小明;婁本超;唐君;張欽龍;劉百力;劉灣;黃瑾;李艷
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院核物理與化學研究所
• 主分類號: H05H6/00
• 分類號: H05H6/00;H05H3/06
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉杰

技術領域

本發明涉及核技術及應用領域，尤其涉及高產額氘氚中子發生器氦處理裝置。

背景技術

小型中子發生器一般分為放射源中子發生器和加速器中子發生器，放射源中子發生器是利用放射性核素來產生中子，產額較低，壽命短。加速器中子發生器產額高，關斷電源后沒有中子產生，使用方便，可控性好，安全性較高。

加速器中子發生器是利用離子源產生的氘或者氘氚混合離子，經過加速電場的加速，獲得較高的能量，在靶上發生氘/氘或氘/氚聚變反應，在4π方向上放出中子和氦粒子。

氘/氚聚變反應截面大，產額高，但是氚是一種放射性物質，屬于嚴格管控的核材料，國家對于其使用及排放都有極其嚴格的要求，因此氚的使用和排放處理成本很高。而采用氘/氘中子發生器則沒有這些管控要求；氘的價格也非常便宜，只有氚的幾萬分之一。但是氘/氘聚變反應截面小，在小型氘氘中子發生器能量范圍70～300keV之間，產額比氘/氚反應低100～250倍左右。

如果了能夠解決氚排放問題，僅僅需要充入一半氚氣替換氘氣，就可以簡單地將原有氘氘中子發生器的中子產額提升幾百倍，非常有意義。在保持產額不變的條件下，可以大幅度減小發生器尺寸，對于需要小束斑、小體積的應用場合很有意義。

專利《自成靶中子管CN202949621U》中，介紹了常規密封式中子管的壽命主要是由于采用成品靶，不能高溫烘烤除氣，管子內部的雜質氣體不斷累積，造成產額降低和絕緣破壞，平均壽命小于100小時。該專利介紹一種密閉中子管，平均使用壽命為370小時左右。

東北師范大學報自然科學版1994年第一期《自成靶陶瓷中子管的主要技術特點》介紹分析了密封式中子管的技術現狀，雜質氣體和真空度下降時影響使用壽命的關鍵因素，但是其所介紹的密封陶瓷中子管，在高溫烘烤后，雜質氣體放氣率大幅度降低，使用壽命提升到500小時，產額10⁹n/s。但是，管子的氦氣和隨時產生的雜質氣體依然無法排除，尤其是小體積高產額的密封中子管，真空度下降依然很快，壽命還是不夠長。

影響壽命的主要原因之一還是內部真空度下降，由于系統內部初始吸附雜質氣體經過高溫排氣，基本都可以去除。真空系統內部的氣源還有以下幾個途徑：

(1)氚衰變

氚半衰期12.33年，放出氦氣，由于氚的數量龐大，產氦率較高，雖然其中的大部分都被吸氣劑封閉在內部，但是各種表面吸附的氚氣發生衰變時，氦氣將直接進入系統；吸氣劑是需要加熱的，內部封閉的氦氣在加熱時會加速釋放到真空系統中。

(2)氘氚反應

氘氚反應在發出一個中子的同時，還會放出一個氦粒子，能量>3MeV，轟擊到內壁及靶材料，大部分將在材料內部埋藏，聚集到一定程度也會釋放出來，少部分直接回到系統內部。

(3)粒子轟擊

氘離子和氚粒子以及氘氚反應產生的氦離子，都會濺射相關材料中的一些可以形成氣體的組成元素，比如：陶瓷Al₂O₃，石英SiO₂中的O₂，釋放到系統中，逐漸累積，造成真空度降低。

因此，通常高產額的中子發生器都是利用氘氚反應，采用開放式結構，動態真空系統，通過氚吸附回收系統或高排放煙囪方式解決系統氦氣累積問題，一次性投資和運行成本都很高。另外，開放系統因為氚的消耗量過于巨大，無法使用自成靶技術，只能采用充氚成品靶，用氘離子轟擊產生氘氚反應，靶的壽命和尺寸都受限，需要高產額時，只能是多個小靶拼接起來，形成大面積靶。專利《聚變反應強流加速器中子源的旋轉靶CN203057673U.pdf》，轟擊區面積約90cm²，活性區面積約135cm²，充氚密度約3Ci/cm²，總計約400Ci，中子產額5×10¹²n/s,氚成品靶的壽命約幾百小時，價值12萬，運行成本很高，同時，靶的制作及更換工藝復雜。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高產額中子發生器氦處理裝置，解決目前在高產額密閉中子發生器中氦氣和其他雜質氣體不斷累積，導致真空下降，中子產額降低，絕緣性能變壞的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種高產額中子發生器氦處理裝置，包括氦處理系統、第一真空管道閥門、第一真空管道；