一种提升质子加速器中子源产额的方法技术

本发明专利技术涉及一种提升质子加速器中子源产额的方法，包括如下步骤：构建双层靶室，包括氚气体靶室、氦气体靶室，氦气体靶室内固定安装锂靶；向氚气体靶室中充入氚气至达到设定的氚气体靶室压力；向氦气体靶室中充入氦气至达到设定的氦气体靶室压力；将质子经质子入射主管道入射到所述双层靶室中。本发明专利技术提供的方法可将加速器中子源所获得的1MeV以下中子产额比传统方法提升95％以上，能够有效利用束流时间、提升中子通量、减少环境本底的占比、提升实验效果。本发明专利技术提供的方法可消除能量在1MeV以上的中子的干扰，对于核物理实验测量而言，可以减少其它反应的干扰；对于硼中子治疗加速器而言，中子能量低，易于慢化和屏蔽，能够减少额外的屏蔽措施。外的屏蔽措施。外的屏蔽措施。

【技术实现步骤摘要】
一种提升质子加速器中子源产额的方法


[0001]本专利技术属于质子加速器中子源
，具体涉及一种提升质子加速器中子源产额的方法。

技术介绍

[0002]常见加速器可加速多种粒子，通过多种反应道产生中子，比反应堆中子源和同位素中子源在中子源强和中子能谱方面更具有可调节性，并且比反应堆中子源和散裂中子源易于建造和维护。能量在1MeV以下的中子是反应堆设计、硼中子治疗、俘获和裂变截面测量十分关注的能量区间。要产生所需强度和能量的中子，除了加速器本身性能以外，中子靶设计是产生所需中子的关键环节。
[0003]常见的加速器中子源产生方式有7Li(p,n)、9Be(p,n)、T(p,n)3He、9Be(d,n)、
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C(d,n)、T(d,n)4He和D(d,n)3He等，其中7Li(p,n)反应具有中子产额高、发生反应阈能低、平均中子能量低等优点，为常用的低能中子产生渠道。7Li(p,n)反应阈能为1.88MeV，当质子能量低于1.88MeV时，不会再有中子产生，这样会造成一定程度的束流浪费。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种提升质子加速器中子源产额的方法，能够提升质子加速器上的低能中子产额，节省束流时间，可广泛的应用于硼中子治疗的质子加速器上。
[0005]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种提升质子加速器中子源产额的方法，包括如下步骤：
[0006]S1、构建双层靶室，将所述双层靶室与质子入射主管道固定连接；
[0007]其中，所述双层靶室包括氚气体靶室、氦气体靶室，所述氦气体靶室的第一端与质子入射主管道的转接件固定连接，所述氚气体靶室的第一端与氦气体靶室的第二端固定连接；
[0008]所述氦气体靶室内固定安装有锂靶；
[0009]S2、向所述氚气体靶室中充入氚气，直至达到设定的氚气体靶室压力；向所述氦气体靶室中充入氦气，直至达到设定的氦气体靶室压力；
[0010]S3、质子经质子入射主管道入射到所述双层靶室中。
[0011]进一步，所述氦气体靶室的第一端与质子入射主管道的转接件之间采用橡胶和铟密封圈进行密封连接；
[0012]所述氚气体靶室的第一端与所述氦气体靶室的第二端之间采用橡胶和铟密封圈进行密封连接。
[0013]进一步，所述氚气体靶室的第一端采用钼箔、橡胶和铟密封圈密封；
[0014]所述氦气体靶室的第一端采用钼箔、橡胶和铟密封圈密封。
[0015]进一步，所述氚气体靶室的内壁上固定设置有钽管。
[0016]进一步，所述氚气体靶室的第二端安装有金阻止片。
[0017]进一步，所述步骤S1包括如下具体步骤：
[0018]S11、将所述氚气体靶室、氦气体靶室、质子入射主管道的转接件和密封包装的锂靶放入手套箱内，然后将手套箱内设定为氩气环境；
[0019]S12、在手套箱内将锂靶安装在所述氦气体靶室的第二端，将所述氦气体靶室的第一端与质子加速器的质子入射主管道的转接件固定连接、所述氚气体靶室的第一端与氦气体靶室的第二端固定连接；并将所述氦气体靶室的第一端进行密封、将所述氚气体靶室的第一端进行密封，得到所述双层靶室；
[0020]S13、将所述双层靶室从手套箱中取出，并与质子入射主管道固定连接。
[0021]进一步，在所述步骤S2之前，还包括如下步骤：
[0022]将所述氚气体靶室抽真空，将所述氦气体靶室抽真空。
[0023]进一步，经质子入射主管道入射到所述双层靶室中的质子的能量为2.7MeV。
[0024]进一步，所述步骤S3包括如下具体步骤：
[0025]S31、经质子入射主管道入射到所述双层靶室中的质子入射在所述锂靶中；
[0026]S32、穿过所述锂靶的质子再入射到所述氚气体靶室内的氚气形成的氚气体靶上。
[0027]进一步，所述锂靶的厚度设置为0.14mm；
[0028]所述氚气体靶的厚度设置为4.5cm。
[0029]本专利技术的有益效果在于：采用本专利技术所提供的一种提升质子加速器中子源产额的方法，通过如下步骤：构建双层靶室，将所述双层靶室与质子入射主管道固定连接；所述双层靶室包括氚气体靶室、氦气体靶室，氦气体靶室内固定安装锂靶；将氚气充入所述氚气体靶室中，直至达到设定的氚气体靶室压力；将氦气充入所述氦气体靶室中，直至达到设定的氦气体靶室压力；将质子经质子入射主管道入射到所述双层靶室中，能够将加速器中子源所获得的1MeV以下中子产额比传统方法提升95％以上，有效利用束流时间，提升中子通量，减少环境本底的占比，提升实验效果。本专利技术提供的方法消除了能量在1MeV以上的中子的干扰，对于核物理实验测量而言，可以减少其它反应的干扰；对于硼中子治疗加速器而言，中子能量低，易于慢化和屏蔽，能够减少额外的屏蔽措施。
附图说明
[0030]图1是本专利技术实施方式所述的一种提升质子加速器中子源产额的方法流程示意图。
[0031]图2是本专利技术实施方式所述的7Li(p,n)反应截面随入射质子能量的变化图。
[0032]图3是本专利技术实施方式所述的T(p,n)4He反应截面随入射质子能量的变化图。
[0033]图4是本专利技术实施方式所述的2.7MeV质子入射在厚锂靶上产生的0
°
角中子能量分布图。
[0034]图5是本专利技术实施方式所述的1.8MeV质子入射在厚氚靶上产生的0
°
角中子能量分布图。
[0035]图6是本专利技术实施方式所述的2.7MeV质子入射在厚锂靶+厚氚靶上产生的0
°
角中子能量分布图。
[0036]图7是本专利技术实施方式所述的双层靶室结构示意图。
具体实施方式
[0037]下面将结合附图和实施例对本专利技术实施方式中的技术方案进行进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下而获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]专利技术人通过分析发现，7Li(p,n)反应的阈能为1.88MeV，能量低于此阈能的质子不能与锂靶发生反应产生中子。通过调研，专利技术人发现T(p,n)3He反应也可以产生低能中子，且T(p,n)3He反应的阈能为1.02MeV，比7Li(p,n)反应的阈能低，且产额较高，因此本专利技术由此原理出发，设计了包含锂靶和氚靶的双层靶，可以显著提高能量在1MeV以下的低能中子产额，节省束流时间。其中，7Li(p,n)反应截面随入射质子能量的变化图如图2所示，T(p,n)3He反应截面随入射质子能量的变化图如图3所示。(核反应截面是表示入射粒子和靶核之间发生某一特定核反应几率大小的物理量。)
[0039]在本专利技术构思的实施过程中，专利技术人发现当质子能量高于2.7MeV时，所产生的中子能量高于1MeV，不容易慢化，且易于产生其它干扰反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升质子加速器中子源产额的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、构建双层靶室，将所述双层靶室与质子入射主管道固定连接；其中，所述双层靶室包括氚气体靶室、氦气体靶室，所述氦气体靶室的第一端与质子入射主管道的转接件固定连接，所述氚气体靶室的第一端与氦气体靶室的第二端固定连接；所述氦气体靶室内固定安装有锂靶；S2、向所述氚气体靶室中充入氚气，直至达到设定的氚气体靶室压力；向所述氦气体靶室中充入氦气，直至达到设定的氦气体靶室压力；S3、质子经质子入射主管道入射到所述双层靶室中。2.根据权利要求1所述的一种提升质子加速器中子源产额的方法，其特征在于，所述氦气体靶室的第一端与质子入射主管道的转接件之间采用橡胶和铟密封圈进行密封连接；所述氚气体靶室的第一端与所述氦气体靶室的第二端之间采用橡胶和铟密封圈进行密封连接。3.根据权利要求1所述的一种提升质子加速器中子源产额的方法，其特征在于，所述氚气体靶室的第一端采用钼箔、橡胶和铟密封圈密封；所述氦气体靶室的第一端采用钼箔、橡胶和铟密封圈密封。4.根据权利要求1所述的一种提升质子加速器中子源产额的方法，其特征在于，所述氚气体靶室的内壁上固定设置有钽管。5.根据权利要求1所述的一种提升质子加速器中子源产额的方法，其特征在于，所述氚气体靶室的第二端安装有金阻止片。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的一种提升质子加速器中子源产额...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朝辉，阮锡超，肖石良，孙琪，鲍杰，黄翰雄，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：