一种脉冲中子发生器

技术领域

本发明涉及中子发生器技术领域，具体涉及一种脉冲中子发生器。

背景技术

中子呈电中性，对低Z材料(低原子序数材料)的高灵敏度，在中Z和高Z材料中的良好穿透性，以及对同位素种类的特殊敏感性，使其成为元素成分诊断的强大探针。中子发生器通过内部的离子源产生氘离子，经加速电场加速获得能量后打在氘靶或氚靶上，发生D(d,n)

当中子发生器用于油田测井时，一方面，受油井直径限制，要求中子发生器通常设计为细长圆柱形，直径越小越好，另一方面，内部高电压又要求中子发生器的直径越大越好。小直径约束下100kV量级的高电压给中子发生器内部高电压绝缘耐压设计带来了巨大挑战。

现有技术中大多采用双圆筒静电场加速含氘正离子，中子发生器内部供电及其绝缘耐压性能需求在100kV左右，绝缘空间设计造成无法小型化，且径向的绝缘耐压限制了直径的减小。现有的射频直线加速器技术由于需要一定频率的射频腔体导致无法小型化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中大多采用双圆筒静电场加速含氘正离子，中子发生器内部供电及其绝缘耐压性能需求在100kV左右，绝缘空间设计造成无法小型化，且径向的绝缘耐压限制了直径的减小；现有的射频直线加速器技术由于需要一定频率的射频腔体导致无法小型化。

本发明目的在于提供一种脉冲中子发生器，本发明将静电场动态化为脉冲电场，并在双圆筒加速结构上增加了一个漂移管，通过脉冲电源的时序匹配，使漂移管的电位在D

本发明通过下述技术方案实现：

一种脉冲中子发生器，该脉冲中子发生器包括：离子源、漂移管、靶、脉冲电源A、离子源驱动电源、脉冲电源B和脉冲电源C；

离子源、漂移管和靶依次同轴设置，离子源和漂移管之间设置有第一间隙，漂移管和靶之间设置有第二间隙；离子源与离子源驱动电源电连接，离子源驱动电源与脉冲电源A电连接，漂移管与脉冲电源B电连接，靶与脉冲电源C电连接；

通过脉冲电源A、脉冲电源B和脉冲电源C的时序匹配，使离子源产生的含氘正离子能在第一间隙和第二间隙进行两次加速。

进一步地，离子源为潘宁离子源、高频离子源中的一种。

进一步地，脉冲电源A为正极性脉冲电源，脉冲电源B为正负极性复合脉冲电源，脉冲电源C为负极性脉冲电源。

进一步地，通过脉冲电源A、脉冲电源B和脉冲电源C的时序匹配，包括：

当脉冲电源A输出正极性脉冲，且脉冲电源B输出负极性脉冲时，则漂移管上的电位低于离子源，含氘正离子穿过第一间隙进行第一次加速后进入漂移管；

含氘正离子在漂移管内漂移，脉冲电源B输出电压的极性在含氘正离子漂移时间内由负极性变化为正极性；

当脉冲电源B输出正极性脉冲，且脉冲电源C输出负极性脉冲时，则靶上的电位低于漂移管，含氘正离子从漂移管穿过第二间隙进行第二次加速后到达靶。

进一步地，在面向漂移管方向的靶表面设置有氚化钛、氚化锆、氚化铒、氚化钪中的一种或其组合。

进一步地，在面向漂移管方向的靶表面设置有氚化钛薄膜。

进一步地，氚化钛薄膜厚度为1微米。

进一步地，离子源驱动电源在脉冲电源A输出的电位上悬浮工作，在离子源驱动电源驱动下工作使离子源产生含氘正离子。

进一步地，含氘正离子包括氘单原子正离子、氘双原子正离子中的一种或其组合。

进一步地，该脉冲中子发生器能够实现以25kV的峰值电压产生100keV能量的含氘正离子，降低了径向耐压需求，有利于提高绝缘耐压可靠性或进一步减小直径。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明一种脉冲中子发生器，包括离子源、漂移管和靶，离子源和漂移管之间设置有第一间隙，漂移管和靶之间设置有第二间隙，离子源和靶分别与脉冲电源A和脉冲电源C电连接，漂移管2与脉冲电源B电连接，脉冲电源A为正极性脉冲电源，脉冲电源C为负极性脉冲电源，脉冲电源B为正负极性复合脉冲电源，通过三个脉冲电源的时序匹配，使离子源产生的含氘正离子能在第一间隙1a和第二间隙2a进行两次加速。本发明以较低的峰值电压产生较高能量的含氘正离子，能够实现以25kV的峰值电压产生100keV能量的含氘正离子，降低了径向耐压需求，有利于提高绝缘耐压可靠性或进一步减小直径，实现小型化，且达到更高的中子产生效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一种脉冲中子发生器结构示意图；

图2为本发明的脉冲电源A、脉冲电源B和脉冲电源C的工作时序示意图。

附图标记及对应的零部件名称：

1-离子源，2-漂移管，3-靶，4-脉冲电源A，5-离子源驱动电源，6-脉冲电源B，7-脉冲电源C，1a-第一间隙，2a-第二间隙。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

现有技术中大多采用双圆筒静电场加速含氘正离子，中子发生器内部供电及其绝缘耐压性能需求在100kV左右，绝缘空间设计造成无法小型化，且径向的绝缘耐压限制了直径的减小；现有的射频直线加速器技术由于需要一定频率的射频腔体导致无法小型化。

基于以上问题，本发明设计了一种脉冲中子发生器，本发明将静电场动态化为脉冲电场，并在双圆筒加速结构上增加了一个漂移管，通过脉冲电源的时序匹配，使漂移管的电位在D

具体地，本发明设计的脉冲中子发生器包括离子源1、漂移管2和靶3，离子源1和漂移管2之间设置有第一间隙1a，漂移管2和靶3之间设置有第二间隙2a，离子源1和靶3分别与脉冲电源A4和脉冲电源C 7电连接，漂移管2与脉冲电源B 6电连接，脉冲电源A4为正极性脉冲电源，脉冲电源C 7为负极性脉冲电源，脉冲电源B 6为正负极性复合脉冲电源，通过三个脉冲电源的时序匹配，使离子源产生的含氘正离子能在第一间隙1a和第二间隙2a进行两次加速。

实施例

如图1所示，本发明一种脉冲中子发生器，该脉冲中子发生器包括：离子源1、漂移管2、靶3、脉冲电源A4、离子源驱动电源5、脉冲电源B6和脉冲电源C7；

离子源1、漂移管2和靶3依次同轴设置，离子源1和漂移管2之间设置有第一间隙1a，漂移管2和靶3之间设置有第二间隙2a；离子源1与离子源驱动电源5电连接，离子源驱动电源5与脉冲电源A4电连接，漂移管2与脉冲电源B6电连接，靶3与脉冲电源C7电连接；

通过脉冲电源A4、脉冲电源B6和脉冲电源C7的时序匹配，使离子源1产生的含氘正离子能在第一间隙1a和第二间隙2a进行两次加速。

作为进一步地实施，离子源1为潘宁离子源、高频离子源中的一种。

作为进一步地实施，脉冲电源A4为正极性脉冲电源，脉冲电源B6为正负极性复合脉冲电源，脉冲电源C7为负极性脉冲电源。

具体地，通过以上脉冲电源A4、脉冲电源B6和脉冲电源C7的时序匹配，具体过程为：

当脉冲电源A4输出正极性脉冲，且脉冲电源B6输出负极性脉冲时，则漂移管2上的电位低于离子源1，含氘正离子穿过第一间隙1a进行第一次加速后进入漂移管2；

含氘正离子在漂移管2内漂移，脉冲电源B6输出电压的极性在含氘正离子漂移时间内由负极性变化为正极性；

当脉冲电源B6输出正极性脉冲，且脉冲电源C7输出负极性脉冲时，则靶3上的电位低于漂移管2，含氘正离子从漂移管2穿过第二间隙2a进行第二次加速后到达靶3。

作为进一步地实施，在面向漂移管2方向的靶3表面设置有氚化钛、氚化锆、氚化铒、氚化钪中的一种或其组合。优选地，在面向漂移管2方向的靶3表面设置有氚化钛薄膜。氚化钛薄膜厚度为1微米。

作为进一步地实施，离子源驱动电源5在脉冲电源A4输出的电位上悬浮工作，在离子源驱动电源5驱动下工作使离子源1产生含氘正离子。

作为进一步地实施，含氘正离子包括氘单原子正离子、氘双原子正离子中的一种或其组合。

具体实施时，离子源1为潘宁离子源，脉冲电源A4为+25kV脉冲电源，脉冲电源B6为±25kV复合脉冲电源，脉冲电源C7为-25kV脉冲电源，靶3在面向漂移管2方向的表面设置有氚化钛薄膜，氚化钛薄膜厚度为1微米。工作过程如下：

a、离子源驱动电源5在脉冲电源A4输出的电位上悬浮工作，在离子源驱动电源5驱动下工作使离子源1产生含氘正离子，产生的含氘正离子包括D

b、当漂移管2上的电位低于离子源1时，含氘正离子穿过第一间隙1a进行第一次加速后进入漂移管2，尤其是当漂移管2上的电位为-25kV，离子源1上的电位为+25kV时，D

c、上述50keV的D

d、上述D

e、上述100keV的D

以上脉冲电源A4、脉冲电源B6和脉冲电源C7的时序匹配，图2是本发明的脉冲电源A4、脉冲电源B6和脉冲电源C7的工作时序示意图；脉冲电源A4、脉冲电源B6和脉冲电源C7均为重复频率电源，且周期均一致，脉冲电源A4为正极性脉冲电源，正极性输出幅值为+25kV，近似方波；脉冲电源B6为正负极性复合脉冲电源，负极性输出幅值为-25kV，近似方波，正极性输出幅值为+25kV，近似方波；脉冲电源C7为负极性脉冲电源，负极性输出幅值为-25kV，近似方波；以一个周期为例对工作时序进行说明：脉冲电源A4的正脉冲持续时间段与脉冲电源B 6的负脉冲持续时间段相同，脉冲电源A4输出正脉冲结束时，脉冲电源B6输出负脉冲也结束，脉冲电源B6随后转换为输出正脉冲，脉冲电源B6的正脉冲持续时间段与脉冲电源C7的负脉冲持续时间段相同，脉冲电源B6输出正脉冲结束时，脉冲电源C7输出负脉冲也结束。

本发明设计的脉冲中子发生器包括离子源1、漂移管2和靶3，离子源1和漂移管2之间设置有第一间隙1a，漂移管2和靶3之间设置有第二间隙2a，离子源1和靶3分别与脉冲电源A4和脉冲电源C 7电连接，漂移管2与脉冲电源B 6电连接，脉冲电源A4为正极性脉冲电源，脉冲电源C 7为负极性脉冲电源，脉冲电源B 6为正负极性复合脉冲电源，通过三个脉冲电源的时序匹配，使离子源产生的含氘正离子能在第一间隙1a和第二间隙2a进行两次加速。

本发明公开的脉冲中子发生器与常规的中子发生器相比，以较低的峰值电压产生较高能量的含氘正离子，能够实现以25kV的峰值电压产生100keV能量的含氘正离子，降低了径向耐压需求，有利于提高绝缘耐压可靠性或进一步减小直径，实现小型化，且达到更高的中子产生效率。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。