一种高产额中子发生器氦处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高产额中子发生器氦处理装置。在中子发生器主真空室外部，通过真空管道连接到一个大容积的氦处理真空容器。在氦处理容器内，利用对氘氚气体吸附量大，吸附速度快，而对非氢杂质气体吸附速度慢，对氦气没有吸附作用的吸氢合金吸附系统中的氘氚气体，剩下的氦气和非氢杂质气体由离子泵抽除。然后，适当加热吸氢合金，被吸附的氘氚气体又重新释放到真空容器内部，实现在全封闭容器中，基本不消耗氘氚气体，同时动态排除氦气和其他杂质气体的目的。尤其适合用于全封闭长寿命高产额氘氚中子发生器。

【技术实现步骤摘要】
一种高产额中子发生器氦处理装置
本专利技术涉及核技术及应用领域，尤其涉及高产额氘氚中子发生器氦处理装置。
技术介绍
小型中子发生器一般分为放射源中子发生器和加速器中子发生器，放射源中子发生器是利用放射性核素来产生中子，产额较低，寿命短。加速器中子发生器产额高，关断电源后没有中子产生，使用方便，可控性好，安全性较高。加速器中子发生器是利用离子源产生的氘或者氘氚混合离子，经过加速电场的加速，获得较高的能量，在靶上发生氘/氘或氘/氚聚变反应，在4π方向上放出中子和氦粒子。氘/氚聚变反应截面大，产额高，但是氚是一种放射性物质，属于严格管控的核材料，国家对于其使用及排放都有极其严格的要求，因此氚的使用和排放处理成本很高。而采用氘/氘中子发生器则没有这些管控要求；氘的价格也非常便宜，只有氚的几万分之一。但是氘/氘聚变反应截面小，在小型氘氘中子发生器能量范围70～300keV之间，产额比氘/氚反应低100～250倍左右。如果了能够解决氚排放问题，仅仅需要充入一半氚气替换氘气，就可以简单地将原有氘氘中子发生器的中子产额提升几百倍，非常有意义。在保持产额不变的条件下，可以大幅度减小发生器尺寸，对于需要小束斑、小体积的应用场合很有意义。专利《自成靶中子管CN202949621U》中，介绍了常规密封式中子管的寿命主要是由于采用成品靶，不能高温烘烤除气，管子内部的杂质气体不断累积，造成产额降低和绝缘破坏，平均寿命小于100小时。该专利介绍一种密闭中子管，平均使用寿命为370小时左右。东北师范大学报自然科学版1994年第一期《自成靶陶瓷中子管的主要技术特点》介绍分析了密封式中子管的技术现状，杂质气体和真空度下降时影响使用寿命的关键因素，但是其所介绍的密封陶瓷中子管，在高温烘烤后，杂质气体放气率大幅度降低，使用寿命提升到500小时，产额109n/s。但是，管子的氦气和随时产生的杂质气体依然无法排除，尤其是小体积高产额的密封中子管，真空度下降依然很快，寿命还是不够长。影响寿命的主要原因之一还是内部真空度下降，由于系统内部初始吸附杂质气体经过高温排气，基本都可以去除。真空系统内部的气源还有以下几个途径：(1)氚衰变氚半衰期12.33年，放出氦气，由于氚的数量庞大，产氦率较高，虽然其中的大部分都被吸气剂封闭在内部，但是各种表面吸附的氚气发生衰变时，氦气将直接进入系统；吸气剂是需要加热的，内部封闭的氦气在加热时会加速释放到真空系统中。(2)氘氚反应氘氚反应在发出一个中子的同时，还会放出一个氦粒子，能量>3MeV，轰击到内壁及靶材料，大部分将在材料内部埋藏，聚集到一定程度也会释放出来，少部分直接回到系统内部。(3)粒子轰击氘离子和氚粒子以及氘氚反应产生的氦离子，都会溅射相关材料中的一些可以形成气体的组成元素，比如：陶瓷Al2O3，石英SiO2中的O2，释放到系统中，逐渐累积，造成真空度降低。因此，通常高产额的中子发生器都是利用氘氚反应，采用开放式结构，动态真空系统，通过氚吸附回收系统或高排放烟囱方式解决系统氦气累积问题，一次性投资和运行成本都很高。另外，开放系统因为氚的消耗量过于巨大，无法使用自成靶技术，只能采用充氚成品靶，用氘离子轰击产生氘氚反应，靶的寿命和尺寸都受限，需要高产额时，只能是多个小靶拼接起来，形成大面积靶。专利《聚变反应强流加速器中子源的旋转靶CN203057673U.pdf》，轰击区面积约90cm2，活性区面积约135cm2，充氚密度约3Ci/cm2，总计约400Ci，中子产额5×1012n/s,氚成品靶的寿命约几百小时，价值12万，运行成本很高，同时，靶的制作及更换工艺复杂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高产额中子发生器氦处理装置，解决目前在高产额密闭中子发生器中氦气和其他杂质气体不断累积，导致真空下降，中子产额降低，绝缘性能变坏的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高产额中子发生器氦处理装置，包括氦处理系统、第一真空管道阀门、第一真空管道；所述氦处理系统通过所述第一真空管道与中子发生器主体连接在一起，氦处理系统中的氘氚气体、氦气和其他杂质通过所述第一真空管道在氦处理系统以及中子发生器的真空系统之间流动；所述第一真空管道阀门安装在第一真空管道上，用于随时关断第一真空管道，阻止氘氚气体、氦气和其他杂质气体在第一真空管道内的流动。所述第一真空管道上连接有第一排气管道，排气管道上设有第一排气管道高真空阀门。所述氦处理系统包括：氦处理系统真空容器、离子泵、氘氚存储真空容器、第二真空管道、第二真空管道阀门、第三真空管道、第三真空管道阀门，所述氦处理系统真空容器通过所述第一真空管道连接中子发生器的主体，所述氦处理系统真空容器通过所述第二真空管道连接离子泵，所述第二真空管道设有第二真空管道阀门；所述离子泵用于抽除氦气和其他非氢杂质气体；所述氦处理系统真空容器通过所述第三真空管道连接氘氚存储真空容器，所述第三真空管道设有第三真空管道阀门；所述氘氚存储真空容器内设有吸气剂、氘氚存储器。所述第二真空管道连接有第二排气管道，第二排气管道上设有第二排气管道高真空阀门。所述第三真空管道连接有第三排气管道，第三排气管道上设有第三排气管道高真空阀门。所述氦处理系统还包括真空计、第四真空管道、第四真空管道阀门，所述真空计通过第四真空管道连接所述氦处理系统真空容器，所述第四真空管上设有第四真空管道阀门。所述第四真空管道上连接第四排气管道，第四排气管道上设有第四排气管道高真空阀门。所述吸气剂由吸氢合金制成，配有电加热装置，通过加热吸气剂，快速释放所吸附的氘氚气体；吸气剂冷却时，能快速吸附氘氚气体，而对氦气没有吸附能力，对其他非氢杂质气体的吸附速度也比氘氚气体慢很多；因此在吸气剂冷却后一段较短的时间内，氦处理系统内剩下氦气和其他非氢杂质气体。所述的氘氚存储器包括氘存储器和氚存储器，均由储氢材料制成，分别用于吸附氘气和氚气。所述氘氚存储器氘存储器和氚存储器都配有电加热装置，能分别独立加热释放氘气和氚气，控制所述氦处理系统真空容器中氘氚气体的比例在设定范围内。所述离子泵为三极离子泵，具有永久抽除氦气和其他残余杂质气体的能力。本专利技术的有益效果是：解决了在全封闭中子发生器系统内部连续动态排除氦气和其他非氢杂质气体的难题，有效地延长了封闭式高产额中子发生器的使用寿命；还可以将现有氘氘反应中子发生器中的一半的氘气置换成氚气，在同样运行条件下，中子发生器的产额提高100倍以上，同时，达到无氚排放的目的，一次性投资和运行成本都很低。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步具体说明。图1为本专利技术平面结构示意图。图中：1—中子发生器主体，2，7，12，20—真空管道，3，8，13，21—真空管道阀门，4，9，14，22—排气管道高真空阀门，5，10，15，23—排气管道，6—氦处理系统真空容器，11—离子泵，16—氘氚存储真空容器，17—吸气剂，18—氘氚存储器，24—真空计。具体实施方式结合图1所示，本专利技术的高产额中子发生器氦处理装置包括以下几个部分：中子发生器主体1，真空管道2，7，12，20，真空管道阀门3，8，13，21，排气管道高真空阀门4，9，14，22，排气管道5，10，15，23，氦处理系统真空容器6，离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高产额中子发生器氦处理装置，其特征在于，包括氦处理系统、第一真空管道阀门、第一真空管道；所述氦处理系统通过所述第一真空管道与中子发生器主体连接在一起，氦处理系统中的氘氚气体、氦气和其他杂质通过所述第一真空管道在氦处理系统以及中子发生器的真空系统之间流动；所述第一真空管道阀门安装在第一真空管道上，用于随时关断第一真空管道，阻止氘氚气体、氦气和其他杂质气体在第一真空管道内的流动。

【技术特征摘要】
1.一种高产额中子发生器氦处理装置，其特征在于，包括氦处理系统、第一真空管道阀门、第一真空管道；所述氦处理系统通过所述第一真空管道与中子发生器主体连接在一起，氦处理系统中的氘氚气体、氦气和其他杂质通过所述第一真空管道在氦处理系统以及中子发生器的真空系统之间流动；所述第一真空管道阀门安装在第一真空管道上，用于随时关断第一真空管道，阻止氘氚气体、氦气和其他杂质气体在第一真空管道内的流动；所述氦处理系统包括：氦处理系统真空容器、离子泵、氘氚存储真空容器、第二真空管道、第二真空管道阀门、第三真空管道、第三真空管道阀门，所述氦处理系统真空容器通过所述第一真空管道连接中子发生器的主体，所述氦处理系统真空容器通过所述第二真空管道连接离子泵，所述第二真空管道设有第二真空管道阀门；所述离子泵用于抽除氦气和其他非氢杂质气体；所述氦处理系统真空容器通过所述第三真空管道连接氘氚存储真空容器，所述第三真空管道设有第三真空管道阀门；所述氘氚存储真空容器内设有吸气剂、氘氚存储器。2.根据权利要求1所述的高产额中子发生器氦处理装置，其特征在于，所述第一真空管道上连接有第一排气管道，排气管道上设有第一排气管道高真空阀门。3.根据权利要求1所述的高产额中子发生器氦处理装置，其特征在于，所述第二真空管道连接有第二排气管道，第二排气管道上设有第二排气管道高真空阀门。4.根据权利要求1所述的高产...

【专利技术属性】
技术研发人员：何小海，李彦，薛小明，娄本超，唐君，张钦龙，刘百力，刘湾，黄瑾，李艳，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51