本发明专利技术提出了一种用于脉冲功率装置的颗粒压结式二极管阳极靶及制备方法，克服了每次实验须更换整个阳极靶的限制，进而减小实验成本，提升阳极寿命。阳极靶包括由一种或多种靶材颗粒压结而成的成型靶；靶材颗粒的材料为钽、碳化钽、石墨、钨、碳化钨或铝，成型靶根据目标射线参数选取不同的靶材颗粒和放置组合进行压结；靶材颗粒直径为0.05～1mm，靶材颗粒之间的间隙＜100μm；成型靶的厚度应至少为靶材颗粒直径的3～4倍。该阳极靶由靶材颗粒经机床压结和轧制成型，在具备长寿命的同时可根据二极管输出指标灵活调整靶物质组分，具有调节输出辐射场辐射品质的能力。出辐射场辐射品质的能力。出辐射场辐射品质的能力。
【技术实现步骤摘要】
用于脉冲功率装置的颗粒压结式二极管阳极靶及制备方法
[0001]本专利技术属于高功率强流脉冲电子束与物质相互作用领域，具体涉及一种用于强流电子束与物质相互作用产生高剂量x射线或γ射线的颗粒压结式强流二极管阳极靶。
技术介绍
[0002]强流二极管全称强流脉冲电子束二极管，其主要作用是通过阴极发射出的强流电子束与高原子序数(下简称Z)阳极靶相互作用产生高剂量大面积x射线或γ射线。在二极管阳极区域，由于电子束能量高、强度大(0.3～15MeV、10kA～25MA)，轰击到阳极靶上的电子束会在靶上产生热沉积，对靶产生极强的热激波和喷发冲量等热
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力学破坏效应，使得阳极烧蚀、熔融、变形、层裂，导致每次实验后须拆除真空层，整体更换阳极靶，实验效率和经济效益低下。
[0003]现有脉冲功率装置的强流二极管所用阳极靶多为整体加工的单层或多层钽靶，蒯斌等所著的《高功率辐射模拟设备及其应用分析》、《长脉冲高阻抗强流电子束二极管》、胡克松等所著的《闪光
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I电子束二极管》等文章中介绍了“晨光号”、“强光一号”、“闪光一号”等加速器基本构造，文中列出的各加速器的二极管均采用整体加工的单一介质钽靶，每次实验后须更换整个阳极。
技术实现思路
[0004]为了克服每次实验须更换整个阳极靶的限制，减小实验成本，提升阳极寿命，本专利技术提出了一种用于脉冲功率装置的颗粒压结式二极管阳极靶及制备方法。该阳极靶由靶材颗粒经机床压结和轧制成型，在具备长寿命的同时可根据二极管输出指标灵活调整靶物质组分，具有调节输出辐射场辐射品质(剂量、空间分布、光子占比)的能力。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术用于脉冲功率装置的颗粒压结式二极管阳极靶包括由一种或多种靶材颗粒压结而成的成型靶；所述靶材颗粒的材料为钽、碳化钽、石墨、钨、碳化钨或铝，成型靶根据目标射线参数在不同位置选取不同的靶材颗粒进行压结；所述靶材颗粒直径为0.05～1mm，靶材颗粒之间的间隙＜100μm；所述成型靶的厚度应至少为靶材颗粒直径的3～4倍。
[0007]进一步地，所述成型靶主要由依次叠加的多层靶材颗粒组成，或者由中间为第一类靶材颗粒，四周为第二类靶材颗粒组成。
[0008]进一步地，所述成型靶由四周为钽颗粒，中心为石墨颗粒组成；或者四周为钽，中心为钨或碳化钨组成，或者石墨颗粒、钽颗粒、铝依次叠加组成，或者石墨颗粒、钽颗粒、石墨颗粒依次叠加组成。
[0009]进一步地，所述成型靶的表面粗糙度小于等于1.6。
[0010]进一步地，所述成型靶的形状为圆形或矩形。
[0011]同时，本专利技术还提供一种用于脉冲功率装置的颗粒压结式二极管阳极靶的制备方法，包括以下步骤：
[0012]步骤一、靶材颗粒制备；
[0013]根据目标射线参数选取靶材材料，将靶材材料加工为直径为0.05～1mm的靶材颗粒；
[0014]步骤二、真空压结；
[0015]2.1)将步骤一制备的靶材颗粒进行重结晶退火处理；
[0016]2.2)将靶材颗粒与粘合剂混合为混合料，粘合剂为混合料体积的5％～10％；
[0017]2.3)根据阳极靶的体积和密度，称量对应质量的混合料放入压结模具，将压结模具放置在10
‑3Pa量级的真空环境中；
[0018]2.4)根据阳极靶的密度设定压制压力，根据压制压力对混合料进行压结，压结时，先固定侧压模，留出侧凸边，进行竖直方向压缩；再固定上压模，进行侧向压缩，该过程交替进行，直到混合料压结至预成型的阳极靶，压缩温度为35℃～50℃，压缩比为2～3；
[0019]2.5)压制完成后，在压制压力下保压3～5分钟，随后将预成型的阳极靶在真空环境静置20～30分钟，消除应力；
[0020]步骤三、大气环境轧制；
[0021]将预成型的阳极靶从真空环境中取出，采用轧制的方法进一步压结，压缩比为>2，使得靶材颗粒间隙进一步缩小，控制靶材颗粒间隙＜100μm；
[0022]步骤四、表面打磨；
[0023]对阳极靶表面进行打磨，使表面粗糙度≤1.6。
[0024]进一步地，步骤2.4)中，压结前需要在压结模具内表面涂抹硬脂酸锌。
[0025]进一步地，步骤三中，粘合剂为高纯石墨导电胶。
[0026]进一步地，步骤四中，采用包覆纱纸的打磨机对阳极靶表面进行打磨。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0028]1.本专利技术颗粒压结式阳极靶由靶材颗粒压结(真空环境)和轧制(大气环境)而成，颗粒之间存在一定间隙，有利于强流脉冲电子在靶上造成的热激波的耗散，增强靶的抗电子束热
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力学损伤性能，提升阳极靶的寿命。
[0029]2.本专利技术颗粒压结式阳极靶灵活性较强，可根据不同的应用需求在靶的不同位置选取不同的靶材颗粒进行压结，包括钽、碳化钽、石墨、钨、碳化钨、铝等，以使得压结靶具备耐烧蚀、长寿命、提升辐射场参数(剂量、空间分布均匀性、光子占比)等不同的特点，适用不同的场景。
附图说明
[0030]图1为本专利技术单一颗粒压结式强流二极管阳极靶示意图；
[0031]图2为本专利技术两种颗粒压结式强流二极管阳极靶示意图；
[0032]图3为本专利技术多层颗粒压结式强流二极管阳极靶示意图；
[0033]图4为本专利技术颗粒压结式强流二极管阳极靶真空压结模具示意图。
[0034]附图标记：1
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上压模，2
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侧压模，3
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混合料。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本领域技术人员应当理解
的是，这些实施方式仅仅用来解释本专利技术的技术原理，目的并不是用来限制本专利技术的保护范围。
[0036]现有阳极靶多为单次使用，每次实验完成后需要更换。本专利技术提供一种用于脉冲功率装置的颗粒压结式二极管阳极靶及制备方法，该阳极靶的寿命较高，可替换现有强流二极管使用的整块单层钽靶。同时，该阳极靶与现有普通低能工业靶材不同，主要应用于高功率脉冲
，该阳极靶在极短时间内(数十ns)可承受数百kA、数百kV到数MV高能电子束的轰击，目的是通过轫致辐射产生瞬时高能x/γ射线。阳极靶瞬时温升可达上千摄氏度，瞬时应力达GPa量级，热
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力学损伤效应剧烈。
[0037]本专利技术颗粒压结式强流二极管阳极靶由靶材颗粒压结(真空环境)、轧制(大气环境)而成，颗粒之间存在一定间隙，有利于强流脉冲电子在靶上造成的热激波的耗散，增强靶的抗电子束热
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力学损伤性能，提升阳极靶的寿命；同时，可灵活选取阳极靶的组成材料，达到调节输出x/γ射线参数的目的。
[0038]如图1至图3所示，本专利技术用于脉冲功率装置的颗粒压结式二极管阳极靶包括由一种或多种靶材颗粒在真空中压结而成的成型靶本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于脉冲功率装置的颗粒压结式二极管阳极靶，其特征在于：包括由一种或多种靶材颗粒压结而成的成型靶；所述靶材颗粒的材料为钽、碳化钽、石墨、钨、碳化钨或铝，成型靶根据目标射线参数在不同位置选取不同的靶材颗粒进行压结；所述靶材颗粒直径为0.05～1mm，靶材颗粒之间的间隙＜100μm；所述成型靶的厚度应至少为靶材颗粒直径的3～4倍。2.根据权利要求1所述的用于脉冲功率装置的颗粒压结式二极管阳极靶，其特征在于：所述成型靶主要由依次叠加的多层靶材颗粒组成，或者由中间为第一类靶材颗粒，四周为第二类靶材颗粒组成。3.根据权利要求1或2所述的用于脉冲功率装置的颗粒压结式二极管阳极靶，其特征在于：所述成型靶由四周为钽颗粒，中心为石墨颗粒组成；或者四周为钽，中心为钨或碳化钨组成，或者石墨颗粒、钽颗粒、铝依次叠加组成，或者石墨颗粒、钽颗粒、石墨颗粒依次叠加组成。4.根据权利要求3所述的用于脉冲功率装置的颗粒压结式二极管阳极靶，其特征在于：所述成型靶的表面粗糙度小于等于1.6。5.根据权利要求4所述的用于脉冲功率装置的颗粒压结式二极管阳极靶，其特征在于：所述成型靶的形状为圆形或矩形。6.一种用于脉冲功率装置的颗粒压结式二极管阳极靶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、靶材颗粒制备；根据目标射线参数选取靶材材料，将靶材材料加工为直径为0.05～1mm的靶...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡杨，孙江，蔡丹，张金海，孙剑锋，苏兆锋，赵博文，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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