中子发生器的纳秒脉冲聚束系统.PDF

第 37 卷 第 6 期 核 技 术 Vol.37, No.6 2014 年 6 月 NUCLEAR TECHNIQUES June 2014 中子发生器的纳秒脉冲聚束系统 周长庚 娄本超 邱 瑞 柯建林 （中国工程物理研究院核物理与化学研究所 绵阳 621900 ） 摘要 为了用飞行时间法精确测量中子能谱，从俄罗斯 Efremov 电物理所引进了一台纳秒脉冲中子发生器。 该中子发生器采用聚束系统产生纳秒脉冲束流，其中的纳秒脉冲信号源、高频聚束电源、负反馈调节系统等 关键设备都是自主研制的。采用双扫描技术解决了聚束电源电压过高的问题，采用负反馈技术使纳秒脉冲聚 束系统长期稳定工作。为了测量纳秒脉冲束流，研制了快脉冲同轴靶测量装置，测得中子发生器的离子束流 脉冲半高全宽为 1.5 ns，脉冲重复频率为 1 kHz−4 MHz ，束斑直径为 10 mm。由于采用了电子回旋共振离子源 (Electron Cyclotron Resonance, ECR)，所以该中子发生器具有发射度小、能散小、无灯丝、可长时间连续工作 的优点，是中子物理研究的良好实验平台。 关键词 聚束，离子束流，纳秒脉冲，中子发生器 中图分类号 TL51 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2014.hjs.37.060205 纳秒脉冲聚束系统对于研究核聚变过程的中子 统等关键设备都是自主研制的。 能谱是十分重要的。中子飞行时间法[1−3]是测量中子 纳秒脉冲中子发生器离子束流脉冲半高全宽为 能谱最直接、最有效的方法，用此法测量的中子能 1.5 ns，脉冲重复频率为 1 kHz−4 MHz ，脉冲束平均 谱能量范围宽、精度高，主要关心几个参数：一是 流强 67 A ，束斑直径为 10 mm，每个脉冲的中子 3 [7] 谱仪的能量分辨率；二是中子能量范围内的中子计 产额约为 1×10 。首次采用 ECR 离子源 作为高压 数 ΔN 。ΔN 越大，信噪比越大，中子能谱的测量更 终端，与美国、日本等的同类中子发生器用离子源 精确。脉冲宽度尽可能窄也是重要的因素，纳秒脉 相比，优点是发射度小、能散小、无灯丝、连续工 冲聚束是唯一可以保证中子束脉冲半高宽小于 作时间长。这些措施使纳秒脉冲离子束波形更稳定， 1.5 ns 的方法。 连续工作时间更长。 [4] [5] 美国 、日本 等都研制了带有纳秒脉冲聚束 系统的中子发生器。这些纳秒脉冲中子发生器的脉 1 纳秒脉冲聚束系统工作原理 3 。中国 冲半高宽在 1.5−2 ns ，脉冲中子产额约为 10 纳秒脉冲聚束系统如图 1 所示，主要由扫描板、 原子能科学研究院建立600 kV 中子发生器[6]纳秒脉 聚束筒、切割器、扫描电源、聚束电源、直流偏移 冲系统的脉冲半高宽约 1.5 ns，脉冲束平均流强 电源、纳秒脉冲信号源、测控系统等组成。其工作 2 ），脉冲重复频率 30 A （脉冲中子产额约为10 原理是：在高频扫