【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及一种惯性静电约束型的粒子产生装置，特别是一种具有阳极结构、阴极结构和第一富集表面的粒子产生装置，该第一富集表面富集有可聚变同位素物质，其中该第一富集表面是阳极结构的表面或阴极结构的表面的至少一部分。
技术介绍
1、在人造聚变中，其利用了力来向可聚变同位素物质(fis)传递恰当的动能。fis由氢同位素(氕、氘和氚)以及氦-3组成，其分别以产生中子和质子为目的。可替代的fis是可能的，例如硼和锂与前述同位素的结合。力采用磁性等离子体约束、粒子束加速器、脉冲激光加热和电磁约束场的任意组合的形式，用于将离子聚焦到冲撞区域中。第一个成功商用的基于聚变的技术是惯性静电约束(iec)中子发生器。在iec中，反应堆容器的中心含有网状阴极并且其内壁作为阳极。腔室充满fis气体，并向阴极施加高电压，在腔室内产生强电场来加速离子，在生成聚变的阴极中心激发等离子体。iec中子发生器展现出了可靠的能力：连续数万小时地产生高达每秒5×109中子的中子通量，用于氘-氚聚变，而很少甚至无需维护。
2、产生离子以及减轻仅造成损失的冲撞的手段已知有数个。产生低能离子的方法包含电子发射器或分散器阴极，其提供能够关于一个或两个外部栅极振荡的电子。阳极壁附近的外部区域中的离子化有助于离子进入“接受区域”以引导到条或束中。其对于可能引入的例如散焦的损失，有着一些问题。而对于性能的收益来说，复杂性和结果上的制造成本太高。额外绝缘体阻断的可靠性和寿命、精密的大型栅极、通过密封系统中的穿透的额外真空电力供应、加之以电子发射器的短运行寿命以及侵蚀性氢气等离子
3、现有的iec布置为了次级电子发射性质、耐热性、低成本和易于制造，使用铝或不锈钢作为阳极材料，使用钼或钨作为阴极材料。然而，对于需要高粒子产生速率的应用，可以使用更适合的材料来改善这些性质，并因而增加粒子产生速率。特别是，对能够容纳高浓度轻离子并体现出实质性的次级电子发射的材料有需求。
4、许多不同的多粒子相互作用可用于发生核子。这种聚变反应和产生的粒子动能的一些例子是：
5、1.
6、2.
7、3.
8、4.
9、其中，是氘、是氚、是氦、是中子并且是质子。
10、以上的等式1-4中的反应展示了依据于fis的混合可用粒子和能量的变化。当聚变可以在例如粒子发生器或聚变反应器的受控环境中产生时，较高能量和较低质量的反应可以被准直和衰减而以许多不同的方式使用。特别是，等式3和4中的较高能量的中子和质子是独特的，因为它们很难或不可能通过聚变以外的方式产生。等式1和2中的粒子可以通过其中有大量2.45mev中子的裂变反应或通过其中质子可以通过电磁场加速到3.02mev的粒子加速器所发生。
11、虽然中子明显是有用的，但围绕其廉价、可靠、安全以及按需产生则有着困难。在历史上，锎-252中子源已经是标杆，但持续不可控的中子发射则强加之以复杂的操作安全要求。另外，该材料的半衰期为2.5年，意味着该源的寿命短以及固有的处置复杂性和成本。
12、目前可用的可替代技术是先进的管中子发生器或紧凑型直线加速器。通常，这采用了氘离子源的形式，其以电场作线性加速成为集中束来进入固态或气态氚目标，以引发聚变反应和中子产生。这样的系统已经商用化，但由于大的前期和运营成本，其使用受到限制。这主要是由于运营加速器所需的基础设施、杂散高能氘注量的材料的意外活化以及需要定期更换的氚目标的侵蚀或烧毁。这也意味着系统不是可长时间连续运行的。
13、现有技术
14、wo03019996中讨论了粒子发生器设备。wo03019996中的发生器集中说明了与线性几何长寿命等离子体-气体目标线源拓扑粒子发生设备的差异。
15、wo03019996公开了一种中子产生速率低、可靠性高且简单的柱状iec设备。此文件还建议使用铝来作为阳极壁，因为当暴露于强烈的紫外线辐射时它发射电子，其促进了以上论述的离子化过程。
技术实现思路
1、根据本公开的一些实施方式，提供了一种惯性静电约束型的粒子发生装置，包括：容器；阳极结构；阴极结构，其中阳极结构和阴极结构位于容器内；以及第一富集表面，该第一富集表面富集有可聚变同位素物质。第一富集表面是阳极结构的表面或阴极结构的表面的至少一部分。该富集表面可以促进晶格约束聚变。
2、此装置可被配置为含有离子和中性气体混合物，并且在操作中使该离子和中性气体混合物形成等离子体。
3、所述装置的容器可包括中心轴。阳极结构和阴极结构可定位成使得阳极结构和阴极结构与容器是实质性地同轴的，阳极结构具有的距中心轴线的平均距离大于距阴极结构的中心轴线的平均半径。该阳极结构和阴极结构可以沿着它们的长度的至少一部分是实质性地同心的，并且被配置为使得在操作中，在阳极结构和阴极结构之间提供电场并且该第一富集表面被电子屏蔽。此电子屏蔽可以鼓励晶格约束聚变。该容器还可以具有沿着该阴极结构的长度同轴的实质性地恒定的截面。该阳极可以由多个阳极单元所形成。
4、该第一富集表面可以由碱性金属或过渡金属所形成。此金属可以是原子序数大于40的元素，且更具体地可以是钛、锆、钯或铒之一。优选地，该金属可以是锆。可替代地，第一富集表面可以由半导体材料形成。此半导体材料可以是cvd金刚石。
5、第一富集表面可以作为阳极结构或阴极结构上的涂层而提供。可替代地，第一富集表面可以与电极一体地形成，该电极形成该表面的至少一部分。
6、该装置可以被配置为使得在操作中该装置产生核子。这些核子可以是中子或质子。
7、对于被配置成使得在操作中该装置产生质子的装置，该装置可以进一步包括靠近于阳极结构的流体传导结构。这些流体传导结构可以由金属合金构成。另外，这些流体传导结构可以包括沿着该流体传导结构的长度的波纹。
8、该第一富集表面可被配置为覆盖该阳极结构或该阴极结构的表面区域的一部分，使得在操作中所产生的粒子具有有着预定几何形状的局部通量。
9、在一些实施例中，该第一富集表面可形成该阳极结构的表面的至少一部分，并且第二富集表面可形成该阴极结构的表面的至少一部分，该第二富集表面富集有可聚变同位素物质。
10、根据本公开，提供了一种包括多个粒子产生装置的系统，其中，每个粒子产生装置是如上所述的粒子产生装置，其被配置为使得单个电源可服务于数个系统。
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1.一种惯性静电约束型的粒子产生装置，包括：
2.如权利要求1所述的粒子产生装置，其中，所述装置被配置为含有离子和中性气体混合物，并且在操作中使所述离子和中性气体混合物形成等离子体。
3.如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述容器包括中心轴线，所述阳极结构和所述阴极结构定位成使得所述阳极结构和阴极结构与所述容器是基本上同轴的，所述阳极结构具有的距所述中心轴线的平均距离大于距所述阴极结构的所述中心轴线的平均半径，所述阳极结构和所述阴极结构沿着它们的长度的至少一部分是基本上同心的，并且被配置为使得在操作中，在所述阳极结构和所述阴极结构之间提供电场并且所述第一富集表面被电子屏蔽。
4.如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述容器具有沿着所述阴极结构的长度同轴的基本上恒定的截面。
5.如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述阳极结构由多个阳极单元所形成。
6.如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述第一富集表面由碱性金属或过渡金属所形成。
7.如权利要求6所述的粒子产
8.如权利要求7所述的粒子产生装置，其中，所述元素是钛、锆、钯或铒之一。
9.如权利要求1至5中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述第一富集面由半导体材料所形成。
10.如权利要求9所述的粒子产生装置，其中，所述半导体材料是CVD金刚石。
11.如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述第一富集表面作为所述阳极结构或所述阴极结构上的涂层而提供。
12.如权利要求1至10中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述第一富集表面与所述电极一体地形成，所述电极形成所述表面的至少一部分。
13.如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述装置被配置为使得在操作中所述装置产生核子。
14.如权利要求13所述的粒子产生装置，其中，所述核子是中子。
15.如权利要求13所述的粒子产生装置，其中，所述核子是质子。
16.如权利要求15所述的粒子产生装置，其中，所述装置进一步包括靠近于所述阳极结构的流体传导结构。
17.如权利要求16所述的粒子产生装置，其中，所述流体传导结构由金属合金构成。
18.如权利要求16或17所述的粒子产生装置，其中，所述流体传导结构包括沿着所述流体传导结构的长度的波纹。
19.如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述第一富集表面覆盖所述阳极结构或所述阴极结构的表面区域的一部分，使得在操作中所产生的粒子具有有着预定几何形状的局部通量。
20.如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述第一富集表面是所述阳极结构的表面的至少一部分，并且第二富集表面是所述阴极结构的表面的至少一部分，所述第二富集表面富集有可聚变同位素物质。
21.一种包括多个粒子产生装置的系统，其中，至少一个粒子产生装置是如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，所述系统被配置为使得单个电源能够服务于数个粒子产生装置。
22.一种正电子发射断层成像(PET)扫描仪，包括如前述权利要求1-13、15-21中任一项所述的粒子产生装置。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种惯性静电约束型的粒子产生装置，包括：
2.如权利要求1所述的粒子产生装置，其中，所述装置被配置为含有离子和中性气体混合物，并且在操作中使所述离子和中性气体混合物形成等离子体。
3.如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述容器包括中心轴线，所述阳极结构和所述阴极结构定位成使得所述阳极结构和阴极结构与所述容器是基本上同轴的，所述阳极结构具有的距所述中心轴线的平均距离大于距所述阴极结构的所述中心轴线的平均半径，所述阳极结构和所述阴极结构沿着它们的长度的至少一部分是基本上同心的，并且被配置为使得在操作中，在所述阳极结构和所述阴极结构之间提供电场并且所述第一富集表面被电子屏蔽。
4.如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述容器具有沿着所述阴极结构的长度同轴的基本上恒定的截面。
5.如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述阳极结构由多个阳极单元所形成。
6.如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述第一富集表面由碱性金属或过渡金属所形成。
7.如权利要求6所述的粒子产生装置，其中，所述金属是原子序数大于或等于40的元素。
8.如权利要求7所述的粒子产生装置，其中，所述元素是钛、锆、钯或铒之一。
9.如权利要求1至5中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述第一富集面由半导体材料所形成。
10.如权利要求9所述的粒子产生装置，其中，所述半导体材料是cvd金刚石。
11.如前述权利要求中任一项所述的粒子产生装置，其中，所述第一富集表面作为所述阳极结构或所述阴极结构上的涂层...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·华莱士史密斯，T·C·费尔斯通，
申请(专利权)人：星际中子能有限公司，
类型：发明
国别省市：
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