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自主研制紧凑型中子发生器 满足中子应用技术开发需求
2021-08-18
基于氘氘（D-D）和氘氚（D-T）反应的加速器中子源通常被称为中子发生器，分别可产生约2.5 MeV（D-D）和14.5 MeV（D-T）的快中子，是重要的单能中子源，可广泛应用于中子物理和中子应用技术的研究。D-D/D-T反应在低的氘束流能量下具有高的反应截面，因此可以利用小型低能加速器加速D束流实现高的中子产额。20世纪60年代问世的强流中子发生器体积较大，通常固定安装在实验室中，主要用于开展中子物理和中子应用技术基础研究。兰州大学于1988年成功研制了D-T中子产额达到1012 n/s量级的强流中子发生器，其技术指标进入了国际先进行列。发展较早的另一类中子发生器被称为密封中子管，密封中子管在石油测井领域的应用十分成功，但因其结构所限及使用微型潘宁离子源，中子产额偏低，且为一次性真空密封元件，寿命短，使用成本高，限制了在其他中子应用技术领域的广泛应用。
随着中子活化分析、中子照相、中子爆炸物检测等中子应用技术需求的不断增长，一种体积比强流中子发生器小约一个量级、结构有别于密封中子管、能拆卸和方便维修、中子产额比中子管高1～2个量级的紧凑型中子发生器获得广泛关注和快速发展。美国在该领域的研究水平较高，已开发多种型号的紧凑型强流中子发生器，并形成了产品。为避免相关技术受制于人，兰州大学中子应用技术工程研究中心在国家重大科学仪器设备开发专项的支持下，成功研发紧凑型中子发生器，实现从“0”到“1”的突破，为小型化中子活化分析、中子照相、中子核材料检测等中子应用系统的开发奠定了可控中子源基础。
兰州大学课题组围绕紧凑型中子发生器的研发，形成了一系列成果，发表学术论文10余篇，获授权国家发明专利4件（一种紧凑型D-D中子发生器，ZL201510775032.3；一种冷阴极潘宁离子源，ZL201620870605.0等）、软件著作权3件。课题组成功研发3台紧凑型D-D中子发生器，两台已提供给用户使用，并完成了加工工艺图纸、安装调试手册、运行和维护手册等全套技术资料，为进一步应用和下一阶段产业化创造了条件。
