一种可移动式中子发生器的制作方法

1.本发明属于中子发生器技术领域，具体涉及一种可移动式中子发生器。


背景技术：

2.中子发生器是一种产生中子的装置，应用于中子照相等方向。
3.相关技术中，工作在几百千伏的中子发生器大多体型庞大，很大程度上限制了中子发生器只能应用于单一的使用场景。


技术实现要素：

4.为了在不降低中子发生器性能的基础上，使中子发生器小型化且可移动，从而使中子发生器可以应用于不同的使用场景，本发明提供了一种可移动式中子发生器。
5.本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
6.一种可移动式中子发生器，包括：推车、离子源、离子源供电电源、直流高压电源、隔离变压器、两组中频电源、离子束加速管、真空泵、真空阀以及氚靶；其中，
7.所述直流高压电源和所述隔离变压器安装于一个环氧玻璃筒中，所述环氧玻璃筒通过螺栓安装于所述推车的置物台上，且所述环氧玻璃筒内充变压器油；
8.所述离子源和所述离子源供电电源均载置于一个离子源头部箱体内，所述离子源头部箱体位于所述环氧玻璃筒的上方并与所述环氧玻璃筒的顶盖固定连接；所述置物台上安装有4个垂直的环氧玻璃柱，以向上支撑所述离子源头部箱体；
9.所述置物台的一侧设有一个向上凸起的凸起结构，所述凸起结构内设有所述真空泵以及所述真空泵测量真空所需的冷硅；
10.所述离子束加速管平行架设于所述离子源和所述凸起结构之间；其中，所述离子束加速管的离子束输入端与所述离子源的离子束输出端对接；所述离子束加速管的离子束输出端穿过所述凸起结构与安装于所述凸起结构另一面的所述真空阀对接，所述真空阀与所述氚靶对接；
11.所述两组中频电源安装于所述置物台内部；
12.其中，所述两组中频电源分别为所述直流高压电源和所述隔离变压器提供输入电压；所述隔离变压器的输出电压为所述离子源供电电源供电；所述离子源供电电源为所述离子源供电；所述直流高压电源输出的直流高压连接所述离子源的高压头部电极和所述离子束加速管，为所述离子束加速管供电。
13.在一个实施例中，所述直流高压电源包括：升压变压器、高压倍加器、保护电阻以及测量电阻；其中，
14.所述升压变压器的铁芯固定于所述环氧玻璃筒的底部，以通过下方的所述置物台散热；
15.所述升压变压器上覆有一个凸型金属盖，所述凸型金属盖的底部边缘镶嵌于所述环氧玻璃筒的内部底面；所述凸型金属盖的上表面构成所述高压倍加器以及所述隔离变压
器的安装平台；所述测量电阻安装于所述高压倍加器旁边的间隙中；
16.所述保护电阻由数百个金属陶瓷阻尼电阻组成，所述数百个金属陶瓷阻尼电阻均载置于一个电阻安装骨架上；所述电阻安装骨架安装于所述高压倍加器上方；
17.其中，所述升压变压器连接所述两组中频电源中的第一中频电源，用于对所述第一中频电源输出的第一中频电压进行升压，得到交流高压；所述高压倍加器用于将所述交流高压转换为直流高压，并通过所述保护电阻输出所述直流高压；所述测量电阻用于对所述直流高压进行分压检测。
18.在一个实施例中，所述环氧玻璃筒的内壁从上到下逐级环绕有多级第一均压环，每两级所述第一均压环之间连接有一个均压电阻，以通过连接的均压电阻平衡所述环氧玻璃筒内部的电场；所述电场的最高电位等于所述直流高压；
19.所述保护电阻、所述测量电阻以及所述隔离变压器各自连接所述多级第一均压环中距离最近的一级。
20.在一个实施例中，所述高压倍加器和所述电阻安装骨架的四周包覆有预设厚度的聚四氟乙烯板。
21.在一个实施例中，所述顶盖上方设有多个接头，包括：所述直流高压的输出接头、所述隔离变压器的输出接头，以及用于向所述环氧玻璃筒内真空注油的抽气接头。
22.在一个实施例中，所述环氧玻璃筒的底部设有阀门，所述阀门用于充放所述变压器油。
23.在一个实施例中，所述高压倍加器中的整流器对，均不串接过流保护电阻。
24.在一个实施例中，所述离子束加速管，包括：高压绝缘子、加速腔、多级第二均压环、初聚电极，中间电极、地电极、多个屏蔽电极以及抑制磁铁；其中，
25.所述加速腔，包括输入端、多级绝缘环以及输出端；其中，所述输入端与所述高压绝缘子通过螺丝相接、并与第一级的所述绝缘环通过螺丝相接，每两级相邻的所述绝缘环通过螺丝相接，最后一级的所述绝缘环与所述输出端通过螺丝相接；
26.所述多级第二均压环，分别套设于每两级所述绝缘环的相接位置，并分别与所述加速腔内对应的一个屏蔽电极相连；每两级所述第二均压环之间连接一个均压电阻，以通过连接的均压电阻均衡所述加速腔内的电场；所述电场的最高电位等于初聚电压；所述初聚电压为所述离子源供电电源中的初聚电源模块所输出的电压，且所述初聚电压以所述高压头部电极为参考地；
27.所述初聚电极，所述中间电极以及所述地电极，按离子束运动方向依次安装于所述加速腔内；所述初聚电极和所述中间电极之间形成第一加速间隙，所述中间电极和所述地电极之间形成第二加速间隙；所述初聚电极通过所述高压绝缘子连接所述初聚电压，所述中间电极连接位于所述加速腔内部中段的一个所述屏蔽电极；所述地电极接地；
28.所述抑制磁铁，安装于所述输出端的出口处并接地。
29.在一个实施例中，每级所述绝缘环的两端面刻真空密封凹槽，内壁两端倒45度的角，外壁沿圆周方向设有凹槽。
30.在一个实施例中，每级所述绝缘环均为一体成型的99瓷结构，且外壁上釉。
31.本发明提供的中子发生器中，将直流高压电源与隔离变压器安装在一个环氧玻璃筒中，并在环氧玻璃筒内充变压器油；将离子源和离子源供电电源安装在一个离子源头部
箱体内；将离子源头部箱体与环氧玻璃筒固定连接；这样，环氧玻璃筒以及另外4个环氧玻璃柱可以牢固地支撑离子源头部箱体，极大地减小了中子发生器中最占用空间的电源系统的体积。并且，本发明利用一个推车载置中子发生器的电源系统、离子束加速管以及氚靶等等；其中，推车的置物台内部可以放置中频电源，推车的一侧设置一个凸起结构用来载置真空泵和冷硅，并利用环氧玻璃筒支撑的离子源头部箱体与该凸起结构架起离子束加速管。这样，便可以利用推车推动中子发生器移动，从而使中子发生器可以应用于不同的使用场景。
32.以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。
附图说明
33.图1是本发明实施例提供的一种可移动式中子发生器的结构示意图；
34.图2是图1所示中子发生器中的直流高压电源的电路结构示意图；
35.图3是图1所示中子发生器中，高压电源的正面剖视图；
36.图4是图1所示中子发生器中，高压电源的侧面剖视图；
37.图5是图4所示环氧玻璃筒中的高压倍加器的结构示意图；
38.图6是图1所示中子发生器中的离子束加速管的结构示意图。
具体实施方式
39.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
40.为了在不降低中子发生器的性能基础上，使中子发生器小型化且可移动，从而使中子发生器可以应用于不同的使用场景，本发明实施例提供了一种可移动式中子发生器。如图1所示，该中子发生器包括：推车、离子源、离子源供电电源、直流高压电源、隔离变压器、两组中频电源、离子束加速管、真空泵、真空阀以及氚靶。
41.其中，直流高压电源和隔离变压器安装在环氧玻璃筒中。该环氧玻璃筒通过螺栓安装于推车的置物台上，且该环氧玻璃筒内充变压器油。由此，可以提高环氧玻璃筒内的直流高压电源和隔离变压器之间的绝缘强度，且还可以提高直流高压电源内部的各模块之间的绝缘强度，从而避免环氧玻璃筒内各模块之间因距离较近而导致的绝缘强度不够的问题。
42.离子源和离子源供电电源均载置于离子源头部箱体内，如图1所示，该离子源头部箱体位于环氧玻璃筒的上方并与环氧玻璃筒的顶盖固定连接。这样，环氧玻璃筒便可以作为支撑该离子源头部箱体的固定支柱。此外，为了进一步提高支撑稳固性，推车的置物台上还可以安装4个垂直的环氧玻璃柱，这4个环氧玻璃柱可以与环氧玻璃筒一起向上支撑离子源头部箱体。
43.其中，离子源头部箱体与环氧玻璃筒的连接方式存在多种。示例性的，在一种实现方式中，可以通过螺丝将离子源头部箱体的底板与环氧玻璃筒的顶盖固定连接。在另一种实现方式中，环氧玻璃筒的顶盖上可以增设一个不锈钢环，该不锈钢环上刻有多个螺孔，其中一部分螺孔与螺丝配合从环氧玻璃筒内部将不锈钢环与环氧玻璃筒的顶盖紧固在一起，剩余的螺孔与螺丝配合将一个凹形金属环固定到环氧玻璃筒的顶盖上，该凹形金属环的凹
陷处可以载置离子源头部箱体，且该凹形金属环可以与离子源头部箱体通过螺丝连接在一起。
44.此外，离子源头部箱体与环氧玻璃筒除了具有机械连接关系，还具有电气连接关系；具体的，环氧玻璃布密封结构内的直流高压电源以及隔离变压器的输出电压均可以被引线接入到离子源头部箱体内部，从而与离子源供电电源电气连接。
45.推车的置物台的一侧设有一个向上凸起的凸起结构，该凸起结构内设有真空泵以及该真空泵测量真空所需的冷硅。可选地，该凸起结构上可以安装一个拉手，从而方便推拉推车上的中子发生器。
46.离子束加速管平行架设于离子源和凸起结构之间；其中，离子束加速管的离子束输入端与离子源的离子束输出端对接；离子束加速管的离子束输出端穿过凸起结构与安装于该凸起结构另一面的真空阀对接，真空阀与氚靶对接。
47.可以理解的是，离子束加速管是被离子源头部箱体和凸起结构所共同架起的；并且，在架高离子束加速管时，确保离子源头部箱体内的离子源的离子束输出端与离子束加速管的离子束输入端对接，以及确保离子束加速管的离子束输出端穿过凸起结构与安装于该凸起结构另一面的真空阀对接。
48.两组中频电源安装于置物台内部，例如，两组中频电源可以安装在置物台内部垂直于环氧玻璃筒的下方，当然，并不局限于此。
49.该中子发生器中，两组中频电源分别为直流高压电源和隔离变压器提供输入电压；隔离变压器的输出电压为离子源供电电源供电；离子源供电电源为离子源供电；直流高压电源输出的直流高压连接离子源的高压头部电极。真空泵和真空阀主要用于给离子束加速管内制造真空。由此，离子源发射离子束，经过离子束加速管加速后，离子束与氚靶发生核反应产生中子。其中，离子源内部有多个模块各自需要不同的电源供电，如钯管电源、灯丝电源、聚焦电源以及磁场电源等等；本发明实施例中，离子源供电电源是对提供这些电源的电源模块的统称。对于这些电源模块里的任一电源模块而言，可以由隔离变压器输出的电压直接供电，也可以由通过工频逆变器和/或电压转换模块将该电压进行转换后的电压供电。另外，关于这些电源模块在离子源头部箱体内的具体位置排布，本发明实施例不做限定。
50.本发明实施例中，将直流高压电源与隔离变压器安装在一个环氧玻璃筒中，并在环氧玻璃筒内充变压器油；将离子源和离子源供电电源安装在一个离子源头部箱体内；将离子源头部箱体与环氧玻璃筒固定连接；这样，环氧玻璃筒以及另外4个环氧玻璃柱可以牢固地支撑离子源头部箱体，极大地减小了中子发生器中最占用空间的电源系统的体积。并且，本发明利用一个推车载置中子发生器的电源系统、离子束加速管以及氚靶等等；其中，推车的置物台内部可以放置中频电源，推车的一侧设置一个凸起结构用来载置真空泵和冷硅，并利用环氧玻璃筒支撑的离子源头部箱体与该凸起结构架起离子束加速管。这样，便可以利用推车推动中子发生器移动，从而使中子发生器可以应用于不同的使用场景。
51.下面，对上述环氧玻璃筒内的直流高压电源和隔离变压器的排布方式进行举例说明。首先，对直流高压电源的组成进行说明。如图2所示，该直流高压电源包括：升压变压器、高压倍加器、保护电阻以及测量电阻，c5为一个滤波电容。其中，升压变压器连接上述的两组中频电源中的第一中频电源，用于对一中频电源输出的电压进行升压，得到初级的交流
高压；高压倍加器用于将该交流高压转换为直流高压，并通过保护电阻输出直流高压；测量电阻用于对直流高压进行分压检测。
52.本发明实施例中，隔离变压器可以由多个子隔离变压器串联而成。
53.在环氧玻璃筒内部，升压变压器、高压倍加器、保护电阻、测量电阻以及多个隔离变压器的位置排布可以参见图3和图4；其中，图3是高压电源的正面剖视图，图4是高压电源的侧面剖视图。
54.其中，升压变压器的铁芯固定于环氧玻璃筒的底部，由于环氧玻璃筒的底面紧贴着置物台，故而置物台可以散去升压变压器产生的部分热量。
55.升压变压器上覆有一个凸型金属盖，该凸型金属盖的底部边缘镶嵌于环氧玻璃筒的内部底面；该凸型金属盖的上表面构成高压倍加器以及隔离变压器的安装平台。
56.其中，高压倍加器由多个整流器对和多个油浸复合介质电容组成，形成图5所示的一个倍压塔。并且，相较于现有技术中给每个整流器对串接保护电阻的实现方式，本发明实施例中，高压倍加器中的所有整流器对均不串接过流保护电阻。这是因为本发明的发明人经过理论分析和实验验证发现，高压倍加器的整流器对上几乎不会出现过流现象。
57.测量电阻可以安装于高压倍加器旁边的间隙中。测量电阻的体积较小，图3和图4中，测量电阻被隔离变压器串或高压倍加器遮挡，并未示出。
58.保护电阻由数百个金属陶瓷阻尼电阻组成，这数百个金属陶瓷阻尼电阻均载置于一个电阻安装骨架上；该电阻安装骨架安装于高压倍加器上方。
59.构成隔离变压器的多个子隔离变压器可以依次叠放于高压倍加器旁边。
60.在一个可选实现方式中，环氧玻璃筒的内壁从上到下可以逐级环绕多级第一均压环，每两级第一均压环之间连接一个均压电阻，以通过这些均压电阻均衡环氧玻璃筒内部的电场；该电场的最高电位等于直流高压电源输出的直流高压。并且，保护电阻、测量电阻以及隔离变压器各自连接多级第一均压环中距离最近的一级。也就是说，保护电阻、测量电阻以及隔离变压器它们各自的电位在竖直方向上与距离最近的一个第一均压环是一致的。
61.如图3和图4所示，环氧玻璃筒的顶盖上方可以设有多个接头，包括：直流高压的输出接头、隔离变压器的输出接头，以及用于向环氧玻璃筒内真空注油的抽气接头。这里说的输出接头用于连接引线，该引线穿过环氧玻璃筒的顶盖和离子源头部箱体的底板接到离子源供电电源中。环氧玻璃筒的底部还可以设有一个阀门，该阀门用于充放变压器油。
62.另外，为了防止瞬时径向电场致使环氧玻璃筒内的器件损坏，在高压倍加器和电阻安装骨架的四周可以包覆聚四氟乙烯板，从而将二者与隔离变压器、测量电阻和第一均压环隔开。优选地，覆聚四氟乙烯板的厚度为10毫米。
63.然后，对本发明实施例提供的中子发生器中的离子束加速管的结构进行说明。如图6所示，该离子束加速管包括：高压绝缘子、加速腔、多级第二均压环、初聚电极，中间电极、地电极、多个屏蔽电极以及抑制磁铁。
64.其中，加速腔包括输入端、多级绝缘环以及输出端；输入端与高压绝缘子通过螺丝相接、并与第一级的绝缘环通过螺丝相接，每两级相邻的绝缘环通过螺丝相接，最后一级的绝缘环与输出端通过螺丝相接。
65.多级第二均压环，分别套设于每两级绝缘环的相接位置，并分别与加速腔内对应的一个屏蔽电极相连。每两级第二均压环之间连接一个均压电阻，以通过连接的均压电阻
均衡加速腔内的电场；该电场的最高电位等于初聚电压；该初聚电压为离子源供电电源中的初聚电源模块所输出的电压，且该初聚电压以高压头部电极为参考地。
66.如图6所示，初聚电极，中间电极以及地电极，按离子束运动方向依次安装于加速腔内；初聚电极和中间电极之间形成第一加速间隙，中间电极和地电极之间形成第二加速间隙；初聚电极通过高压绝缘子连接初聚电压，中间电极连接位于加速腔内部中段的一个屏蔽电极，地电极则接地。
67.抑制磁铁，安装于输出端的出口处并接地。该抑制磁铁主要用于抑制次级电子。
68.为了便于加工，每级绝缘环的两端面刻真空密封凹槽，外壁沿圆周方向设置凹槽。优选地，为了防止绝缘环内表面的预放电发生，每级绝缘环的内壁两端可以倒45度的角。
69.另外，为了在确保耐压性能的前提下，进一步减少绝缘环在真空中的放气量，绝缘环可以采用一体成型的99瓷结构，且外壁上釉。
70.在一个具体的实施例中，上述的绝缘环可以包括9级，该9级绝缘环的离子束加速管，结构紧凑，具有两级加速间隙和较高的加速梯度，可以工作在300kv左右，使整个中子发生器的小型化和可移动成为现实。
71.需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
72.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
73.尽管在此结合各实施例对本技术进行了描述，然而，在实施所要求保护的本技术过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。
74.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。