一种车载加速器中子源固态锂靶系统技术方案

本发明专利技术公开了一种车载加速器中子源固态锂靶系统，包括冷却部，冷却部的正面设置有第一凹槽，其中，第一凹槽的底部设置有衬底夹层，衬底夹层表面的中心位置处设置有靶材料层，其中，靶材料层的上表面覆盖有密封薄膜，冷却部内设置有流通有冷却剂的冷却流道，该系统能够避免氢鼓包的产生，并且冷却能力较优，出射中子的速度及产额较好。

【技术实现步骤摘要】
一种车载加速器中子源固态锂靶系统
本专利技术属于车载加速器
，涉及一种车载加速器中子源固态锂靶系统。
技术介绍
中子无损检测是一种优良的无损检测技术。中子不带电、穿透性强，能分辨同位素、轻元素及近邻元素，穿过被测物体后，物体结构的不同或材料的差异会对其造成不同强度的衰减。对透过的中子强度分布进行探测，即可得到物体的内部结构和材料分布等信息。加速器中子源是一种通过加速器加速带电粒子，使带电粒子轰击靶产生中子的中子产生装置，如果能将加速器中子源小型化实现车载，则可以非常方便地在所希望的工作现场开展中子无损检测工作，实现对桥梁、大坝、隧道、飞机、火箭、油气管道等内部结构的缺陷检查，管道内的流动监测以及爆炸物的检测分析等用途。实现车载加速器中子源的可能方法主要有：使用电子直线加速器加速电子到一定能量轰击靶材，通过光核反应产生中子；加速氘核轰击含氘或含氚靶材通过D-D或D-T反应产生中子；如专利文献(PCT国际专利公开第WO20140010704A1号)记载，加速质子轰击铍靶或者锂靶产生中子。考虑到中子产额、放射性辐射以及整个加速器中子源的体积和重量，通过低能质子直线加速器加速质子到数MeV(比如4MeV以下)轰击铍靶或者锂靶是车载加速器中子源的理想方案。靶系统是车载加速器中子源的核心部分，其性能和运行寿命直接决定了整套中子源设备的使用效果和安全性。在4MeV以下的低能质子区，锂靶具有明显高于铍靶的中子产额，是车载质子直线加速器中子源最具有竞争力的靶系统靶材候选。目前国际上对于小型质子直线加速器中子源的靶系统已经进行了较为广泛而深入的研究。以色列希伯来大学M.Paul等在文献(HalfonS,PaulM,ArenshtamA,etal.High-powerliquid-lithiumtargetprototypeforaccelerator-basedboronneutroncapturetherapy[J].AppliedRadiation&IsotopesIncludingDataInstrumentation&MethodsforUseinAgricultureIndustry&Medicine,2011,69(69):1654-6.)中就提出了通过循环系统中电磁感应泵抽送实现液态锂靶的方案。在束流轰击位置以弧形锂帘形式存在的靶，其没有受热形变或熔毁的问题，但是需要加热装置使循环系统内的温度在200℃以上来维持锂的液态，额外的加热装置增加了整套装置的负担，锂蒸汽的流入也会降低设备的高压电气耐久性。在文献(RinckelT,BaxterDV,DoskowJ,etal.TargetPerformanceattheLowEnergyNeutronSource[J].PhysicsProcedia,2012,26:168-177.)中，美国印第安纳大学T.Rinckel等采用将质子加速到13MeV轰击固态铍靶的方案，尽管之后进一步优化，减薄铍的厚度，但是仍然无法彻底解决停留在靶内的质子造成氢脆进而引起氢鼓泡的问题，靶的运行寿命只有几小时，同时过薄的靶也面临着两侧由冷却液和真空造成的压差的威胁。B.Bayanov在文献(BayanovB,BelovV,TaskaevS.Neutronproducingtargetforacceleratorbasedneutroncapturetherapy[C]//JournalofPhysicsConferenceSeries.JournalofPhysicsConferenceSeries,2006:460-465.)中使用了固态的薄锂靶，并且在靶系统中引进了铜作为衬底材料，隔绝了锂和水避免两者反应的同时也足以承担两侧的压差，但是铜的容氢能力较差，运行一段时间后在背侧仍然会出现氢鼓泡现象，对化学性质活泼的锂也没有进行任何隔绝密封的保护，锂极易被空气中的成分氧化，受热的锂也易蒸发损坏电子器件。在文献(YamagataY,HirotaK,WangS,etal.Developmentofaneutrongeneratingtargetforcompactneutronsourcesusinglowenergyprotonbeams[J].JournalofRadioanalytical&NuclearChemistry,2015,305(3):1-8.)中日本理化学研究所的Y.Yamagata针对7MeV能量的质子直线加速器设计了固态铍靶、衬底材料和冷却剂的三层结构，其中薄片形态的铍加上钒制成的衬底材料，不仅可以提供足量中子，避免了质子减速到反应阈能以下的部分跟靶中铍原子之间非弹性碰撞产生的这部分γ射线辐射，也防止了氢鼓泡的发生，保证了靶在运行期间的安全和稳定，但是该靶系统的冷却结构设计相对简单，冷却能力不足，无法在短时间内带走大量的热，不能运用于锂靶系统；日本株式会社八神制作所的T.Kazuki在专利文献(PCT国际专利公开第WO20140010704A1号)中用铍等金属做成的薄膜将锂靶密封在铁或钽构成的基板上的凹部中，基板背侧的槽部作为冷却液的流道，这样理论上既保证了产额，又使锂无论是否熔化都被密封在凹部中不会流出，但是～10μm量级的薄膜的存在会一定程度上减速入射的质子束并降低中子产额，能否安全密封熔化的靶材有待检验，并行的冷却液流道对冷却剂利用效率也较低。同时，现有方案中在靶系统背部中子出射方向上设置的水等冷却剂对中子有较大相互作用截面，对出射中子速度和产额都有较大影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种车载加速器中子源固态锂靶系统，该系统能够避免氢鼓包的产生，并且冷却能力较优，出射中子的速度及产额较好。为达到上述目的，本专利技术所述的车载加速器中子源固态锂靶系统包括冷却部，冷却部的正面设置有第一凹槽，其中，第一凹槽的底部设置有衬底夹层，衬底夹层表面的中心位置处设置有靶材料层，其中，靶材料层的上表面覆盖有密封薄膜，冷却部内设置有流通有冷却剂的冷却流道。所述冷却流道包括环形通道以及与环形通道相连通的冷却剂流入通道及冷却剂流出通道，其中，第一凹槽位于环形通道的中间位置处。冷却部的背面设置有第二凹槽，其中，第二凹槽正对所述第一凹槽。冷却部上设置有若干用于连接外部设备的螺栓孔。密封薄膜由纯铝制备而成，且密封薄膜的厚度小于等于1μm。靶材料层的材质为纯固态锂。衬底夹层的材质为钒，衬底夹层的厚度为200μm。冷却部的材质为无氧铜。冷却剂为纯水。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的车载加速器中子源固态锂靶系统在具体操作时，通过密封薄膜实现靶材料层与外部空气的隔绝，避免加工和运输过程中靶材料与空气接触反应变质；通过衬底夹层减速并阻止未与靶材料反应的质子，避免质子入射到冷却部中产生氢鼓泡而导致冷却部损毁。同时，本专利技术中冷却流道位于冷却部内，避开前冲中子的出射路径，避免冷却剂对中子数量及速度的衰减作用，同时需要说明的是，本专利技术通过冷却剂对靶材料层进行降温，保证靶材料处于合理的温度区间内，从而可以获取高品质的中子，确保在安全运行的同时满足工程应用的需求。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的截面图；图3为本专利技术中靶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车载加速器中子源固态锂靶系统，其特征在于，包括冷却部(4)，冷却部(4)的正面设置有第一凹槽，其中，第一凹槽的底部设置有衬底夹层(3)，衬底夹层(3)表面的中心位置处设置有靶材料层(2)，其中，靶材料层(2)的上表面覆盖有密封薄膜(1)，冷却部(4)内设置有流通有冷却剂的冷却流道。

【技术特征摘要】
1.一种车载加速器中子源固态锂靶系统，其特征在于，包括冷却部(4)，冷却部(4)的正面设置有第一凹槽，其中，第一凹槽的底部设置有衬底夹层(3)，衬底夹层(3)表面的中心位置处设置有靶材料层(2)，其中，靶材料层(2)的上表面覆盖有密封薄膜(1)，冷却部(4)内设置有流通有冷却剂的冷却流道。2.根据权利要求1所述的车载加速器中子源固态锂靶系统，其特征在于，所述冷却流道包括环形通道(41)以及与环形通道(41)相连通的冷却剂流入通道(42)及冷却剂流出通道(43)，其中，第一凹槽位于环形通道(41)的中间位置处。3.根据权利要求1所述的车载加速器中子源固态锂靶系统，其特征在于，冷却部(4)的背面设置有第二凹槽，其中，第二凹槽正对所述第一凹槽。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王盛，李晓博，大竹淑惠，须长秀行，小林知洋，
申请(专利权)人：西安交通大学，西安核理科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61