阅读说明：本技术 一种手提式中子发生器 (Portable neutron generator ) 是由 陈红涛 赵芳 张凯 鲍杰 于伟翔 阮锡超 刘世龙 侯龙 龚新宝 刘邢宇 张坤 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明属于中子发生器技术领域,具体涉及一种手提式中子发生器,包括设置在主体机箱(1)内的D+离子源和冷却液导流管(3),冷却液导流管(3)的顶端设置高压输入模块,尾端设置靶电极(29)；直筒型的真空腔(4)的一端与冷却液导流管(3)密封连接,另一端与D+离子源密封连接,靶电极(29)位于真空腔(4)内；冷却液导流管(3)为靶电极(29)提供冷却,D+离子源向靶电极(29)发射D+离子束,使靶电极(29)上产生中子。本发明可以人为控制中子的产生,结构可以拆分,具有可维修性,寿命基本不受限制,中子产额和尺寸满足元素活化分析检测要求,能够跟活化分析装置组装在一起,形成一体化检测装置,并能够通过手提的方式移动。(The invention belongs to the technical field of neutron generators, and particularly relates to a portable neutron generator which comprises a D + ion source and a cooling liquid guide pipe (3) which are arranged in a main machine case (1), wherein the top end of the cooling liquid guide pipe (3) is provided with a high-voltage input module, and the tail end of the cooling liquid guide pipe is provided with a target electrode (29); one end of a straight cylindrical vacuum cavity (4) is hermetically connected with the cooling liquid guide pipe (3), the other end of the straight cylindrical vacuum cavity is hermetically connected with the D + ion source, and the target electrode (29) is positioned in the vacuum cavity (4); the cooling liquid guide pipe (3) provides cooling for the target electrode (29), and the D + ion source emits D + ion beams to the target electrode (29) to generate neutrons on the target electrode (29). The neutron activation analysis device can artificially control the generation of neutrons, has a detachable structure, has maintainability and basically unlimited service life, meets the element activation analysis and detection requirements on the yield and the size of neutrons, can be assembled with the activation analysis device to form an integrated detection device, and can be moved in a portable mode.)

一种手提式中子发生器

技术领域

本发明属于中子发生器技术领域，具体涉及一种手提式中子发生器。

背景技术

现阶段，随着中子的应用范围日益扩大，对中子源的需求逐渐增多，要求也逐步提高。比如利用中子活化分析在线检测煤或者水泥等物质的元素成分需要用到热中子，通常采用²⁵²Cf放射源，要求中子源强度达到1E8以上，但是由于该种强度的放射源难以获得，需要进口，又因为放射源的长期高强度放射性，具有极高的危险性，管理非常不便。另外该放射源的半衰期只有2年半，需要每隔一年或者两年重新补充一枚以满足检测要求，造成放射源越来越多，除了增加成本外，还增加了管理和放射源处理的困难。因此，需要一种可控的中子源代替它，目前国际上逐步采用高产额的D-D中子发生器代替放射源用于煤或者水泥等物质生产的元素活化分析检测。

产生中子的装置很多，比如反应堆、加速器、中子管、发生器、同位素放射源等。反应堆和加速器由于体积庞大不利于应用，目前应用较广泛的是同位素中子源和中子管。同位素中子源具有长期放射性，危险性较高，属于不可控中子源，管理不便，而且具有半衰期，强度有限，应用受到较大的限制。中子管中子产额低、寿命大多只有几百小时，目前的应用大多局限于石油测井。

现已有多种形式的中子发生器公开并申请了专利。例如：1、中国专利CN102548181A(申请公布日：2012年7月4日)公布了一个小直径射频驱动氘氘中子管，其特点是体积小、中子产额较高，缺点是寿命短，小于1000小时，属于一次性产品，不具有可维修性。2、中国专利CN102548181A(申请公布日：2012年12月24日)公布了一个小型高产额氘氘中子发生器，该专利给出了4个实施方案：1)D束能量100keV，D束流强100mA，采用纯钛靶，靶上束流功率10kw；2)将方案1中的D束流强提高到400mA，采用陶瓷靶，靶上束流功率40kw；3)D束能量200keV，束流强1000mA，采用纯钛靶，靶上束流功率200kw；4)将方案3中的钛靶换成陶瓷靶，束流提高到4000mA，靶上束流功率8000kw。以上四种实施方案从理论上讲，可以实现DD中子产额大于10¹¹s^-1，甚至可达10¹²s^-1，但上述方案无论是从离子源产生所述束流强度的可能性来说，还是对于靶的冷却方法来说，仅仅存在理论上的可能，基本上无法实现。3、中国专利CN203748097U(授权公告日2014年7月3日)公布了小型定向中子发生器方案，仅存在理论上的可能，实现起来非常困难，而且该种发生器体积大、寿命短。4、中国专利CN203761670U(授权公告日2014年8月6日)公布了一个采用栅极的一种中子发生器方案，其特点是采用栅极有效抑制二次电子反向加速，产额低、寿命短。

中国专利CN105407621A(申请公布日2016年3月16日)公布了一种紧凑型D-D中子发生器，其特点是中子产额可大于1×10⁸s^-1量级，但是其尺寸较大，造成使用中子的最小距离增加，使得有效中子产额降低，即样品处中子注量率降低；另外该发明使用的离子源是双等离子源，这种类型的离子源使用寿命只有100小时左右，影响发生器使用的连续性，质子比只有40％左右，有效束流强度较低；靶的冷却采用纯水，纯水经过一段时间的使用后其电阻率会降低，需要重新纯化或者更换，另外纯水最大电阻率只有18MΩ,需要很长的导流管才能达到绝缘要求，造成系统结构复杂、可靠性降低。

发明内容

针对现阶段对于小型高产额中子源的应用需求，而国内市场基本空白，国际基本禁售的状况，本发明的目的是提供一种体积小、中子产额高、使用寿命长、可靠性和稳定性高的可控中子源。该种中子源可应用于中子辐照、中子单粒子效应测试、中子活化元素分析等领域。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种手提式中子发生器，其中，包括设置在不锈钢材质的主体机箱内的D+离子源和直管型的冷却液导流管，所述冷却液导流管的顶端设置高压输入模块，尾端设置靶电极；还包括直筒型的真空腔，所述真空腔的一端与所述冷却液导流管的尾端密封连接，另一端与所述D+离子源的尾端密封连接，所述靶电极位于所述真空腔内；还包括为所述真空腔抽真空的分子泵机组；所述高压输入模块为所述靶电极提供高压电，所述冷却液导流管为所述靶电极提供冷却，所述D+离子源向所述靶电极发射D+离子束，使得所述靶电极上产生中子；所述主体机箱上设有手提把手，实现所述主体机箱的手提移动。

进一步，

所述靶电极外部为光滑的外壳体，内部设有靶片，所述冷却液导流管内部设有能够通过冷却液的循环流道，用于为所述靶片制冷；所述高压输入模块通过贯穿在所述冷却液导流管内部的高压连接杆向所述靶电极提供高压电；

还包括设置在附件机柜内的真空计、阳极电源、射频电源、配电箱、加速高压电源、循环冷却机，所述加速高压电源用于为所述高压输入模块提供高压电，所述循环冷却机用于为所述冷却液导流管提供循环的冷却液，所述射频电源用于为所述D+离子源提供电源，所述真空计用于测量所述真空腔内的真空度，所述配电箱用于给中子发生器中的所有用电设备提供220V电源；所述附件机柜内还包括用于控制所述加速高压电源、所述循环冷却机、所述射频电源、所述真空计、所述阳极电源、所述配电箱、所述分子泵机组工作的控制系统，所述控制系统通过电脑远程控制；

所述附件机柜采用琴台式机柜；由上至下依次设置所述真空计、所述阳极电源、所述射频电源、所述配电箱、所述加速高压电源、所述循环冷却机；

所述主体机箱与所述附件机柜之间连接有高压线、离子源供电电缆、第一冷却液输送管、第二冷却液输送管和离子源引出电缆；其中，所述循环冷却机通过所述第一冷却液输送管与所述冷却液导流管相连，通过所述第二冷却液输送管与所述D+离子源相连；所述射频电源通过所述离子源供电电缆与所述D+离子源相连；所述加速高压电源通过所述高压线与所述高压输入模块相连。

进一步，

所述靶电极包括由靶基座和电极组成的外表光滑的圆柱形的所述外壳体，设置在所述靶基座上、位于所述外壳体内部的靶片，所述靶基座上设有冷却液通道，所述电极上设有束流通道；

所述靶基座为铜质材料，为圆柱形，一端设有所述冷却液通道，另一端为设有靶片开口的斜面，所述斜面和所述冷却液通道之间构成靶基内腔；所述冷却液通道位于所述外壳体的一端为圆弧型的开口，表面光滑、无尖锐的棱角；所述电极为不锈钢圆筒，一端为所述束流通道，为圆弧型的开口，表面光滑、无尖锐的棱角，另一端为带内螺纹的开口，与所述靶基座通过螺纹连接；

所述靶片密封设置在所述靶片开口上，所述靶片与所述斜面之间为绝缘密封连接；

所述靶片开口的朝向所述束流通道的一侧的边沿设有凹槽，所述靶片设置在所述凹槽内；所述靶片与所述凹槽之间设有第四密封圈，所述靶片通过压环压紧在所述第四密封圈上，实现所述靶片与所述斜面之间的绝缘密封连接；

所述高压连接杆的尾端穿过所述冷却液通道延伸到所述靶基内腔内，所述高压连接杆的尾端成L形，连接在所述靶基座的侧壁上；所述高压连接杆为不锈钢材质；所述高压连接杆的顶端设置有用于连接高压电的高压接头，所述高压接头延伸至所述冷却液导流管的顶端之外；所述高压接头为铜质；

还包括连接在所述压环和所述靶基座之间的电阻；

还包括设置在所述电极内的一对第一永磁铁，磁场强度为200高斯，所述第一永磁铁为长方形薄片,通过铁片支架设置在所述电极内,位于所述斜面和所述束流通道之间的位置，所述第一永磁铁的N极和S极相对设置。

进一步，

所述第四密封圈的材质为聚四氟乙烯，厚度大于所述凹槽深度；所述斜面上设有若干螺纹孔，所述压环与所述斜面之间通过螺钉和所述螺纹孔实行连接，所述螺钉***套有胶木绝缘套管；

所述靶片为圆片形钼片，直径小于所述凹槽的直径，所述靶片的一面镀钛后吸附氘或者氚，形成氘靶或者氚靶；

所述压环为不锈钢圆环，外直径与所述靶片等径，内直径大于所述靶片的活性区，所述压环的环面设有用于安装所述螺钉的螺钉通孔。

进一步，

所述高压输入模块包括内部设有所述高压线的圆筒状的绝缘子，所述绝缘子与所述高压线的外部的绝缘层之间密封连接；所述绝缘子设置在所述冷却液导流管的顶端；所述高压接头设置在所述绝缘子内，并与所述高压线相连，所述绝缘子与所述高压接头之间为密封连接；所述绝缘子***设有凸环，用于对所述冷却液导流管的顶端的封堵；所述绝缘子的材质为聚四氟乙烯。

进一步，

所述冷却液导流管包括外管和设置在所述外管内的内管，所述内管的顶端位于所述外管内部，所述外管的内壁和所述内管的外壁之间的空间以及所述内管的内部空间共同构成所述循环流道；所述内管的顶端的外壁与所述外管的内壁密封连接，所述内管和所述外管的尾端设置在所述靶电极上，所述外管与所述靶电极密封连接，并用于对所述靶电极进行支撑；所述外管和所述内管的材质为石英玻璃；

所述外管的尾端设置在所述冷却液通道内，所述外管尾端的开口的外壁与所述冷却液通道之间密封连接；所述内管尾端的开口延伸至所述靶基内腔内；

所述高压连接杆的主体贯穿在所述内管内部；

还包括设置在所述外管的顶端的外壁上的绝缘外螺纹环，所述绝缘外螺纹环的外壁设有外螺纹；

还包括第一压盖，所述第一压盖用于配合所述绝缘外螺纹环的外螺纹和所述绝缘子的所述凸环将所述绝缘子压紧在所述外管的顶端上；

还包括设置在所述第一压盖与所述绝缘外螺纹环之间的第一密封圈，用于实现所述第一压盖与所述绝缘外螺纹环之间的密封；

还包括冷却液输入管，所述冷却液输入管的出口一端穿过所述外管的侧壁与所述内管连通，入口一端通过所述第一冷却液输送管连接所述循环冷却机的出口，所述冷却液输入管与所述外管的侧壁之间为密封连接；还包括冷却液输出管，所述冷却液输出管的入口一端与所述外管连通，出口一端用于排出所述冷却液；

所述冷却液输入管和所述冷却液输出管设置在靠近所述内管的顶端的位置上，所述冷却液输入管和所述冷却液输出管垂直于所述外管，且相对的位于所述外管的两侧；

在所述冷却液导流管上设有法兰盘，用于与所述真空腔的密封连接，所述法兰盘为不锈钢材质；所述冷却液导流管通过上压环和下压环穿设在所述法兰盘的圆心上；所述上压环和所述下压环套在所述冷却液导流管外表面，通过第二压盖压紧在所述法兰盘上，所述第二压盖通过螺纹与所述法兰盘连接；所述上压环与所述下压环之间设置第二密封圈，所述下压环与所述法兰盘之间设置第三密封圈，通过所述第二密封圈和所述第三密封圈实现所述冷却液导流管与所述法兰盘之间的密封。

进一步，

所述第一压盖和所述上压环和所述下压环的材质为聚四氟乙烯，所述绝缘外螺纹环的材质为有机玻璃，所述第二压盖的材质为不锈钢；所述冷却液输入管和所述冷却液输出管的材质为石英玻璃；所述冷却液为氟化液。

进一步，

所述的D+离子源包括尾端设有引出结构、顶端与氘气钢瓶相连的放电管，所述放电管设置在屏蔽盒内，所述放电管的尾端设有圆盘形的离子源底盘，所述引出结构位于所述离子源底盘中心，处于所述真空腔内，正对所述靶电极的所述束流通道；还包括套装在所述放电管的外表面的电容耦合环和设置在所述放电管的顶端的阳极探针；所述阳极电源通过所述离子源引出电缆与所述阳极探针相连，所述阳极电源用于为所述阳极探针供电，作用是将所述D+离子源中的D+离子引出；

所述引出结构位于所述放电管的轴线上，由铝电极和石英套管组成，所述铝电极为中心带圆孔的圆柱体，所述圆孔为束流引出孔道；所述石英套管套装在所述铝电极外面。

进一步，

所述离子源底盘采用不锈钢制作，所述离子源底盘的一侧通过第三压盖和压片与所述放电管的尾端连接，所述第三压盖与所述离子源底盘之间通过螺纹连接；所述放电管的尾端上设有第五密封圈，在所述第三压盖和压片的作用下实现所述放电管与所述离子源底盘之间的密封；所述离子源底盘的另一侧用于与所述真空腔连接；所述离子源底盘内部为圆形的夹层，设有与所述夹层连通的第一导管和第二导管；所述第一导管与所述冷却液输出管的出口一端相连，用于将所述冷却液导入所述夹层，对所述引出结构进行冷却；所述第二导管通过所述第二冷却液输送管连接所述循环冷却机的入口，用于将所述冷却液回送至所述循环冷却机；

所述放电管采用高纯石英玻璃制作，所述放电管的尾端为平底，所述尾端的中心设有圆孔，所述圆孔用于套装在所述引出结构的所述石英套管上；所述放电管的顶端设有进气管，所述进气管通过真空橡皮管与所述氘气钢瓶相连，用于向所述放电管内输入氘气；所述阳极探针设置在所述放电管的顶端的中心位置，与所述阳极电源相连，用于加载引出电压；所述阳极探针采用钨棒制作；

所述进气管与所述氘气钢瓶之间还设有气体流量控制器，所述气体流量控制器采用针阀控制气体流量，所述气体流量控制器两端分别用所述真空橡皮管连接所述氘气钢瓶和所述放电管的所述进气管；所述氘气钢瓶上设有气压表，所述氘气钢瓶通过卡带设置在所述主体机箱的外部，位于所述放电管的下方；

所述气体流量控制器由所述控制系统进行控制。

进一步，

所述电容耦合环为两个尺寸相同的铜环，分开套装在所述放电管的外表面，还包括与所述电容耦合环相连的射频电源匹配器；所述射频电源匹配器设置在所述主体机箱内部，位于所述放电管下方，所述射频电源通过所述射频电源匹配器和所述电容耦合环将功率馈入所述放电管中；

所述主体机箱上还设有匹配器与射频电源接线端子和离子源阳极接线端子和离子源进气管过桥孔，所述匹配器与射频电源接线端子连接所述离子源供电电缆相连，用于连接所述射频电源匹配器和所述射频电源；所述离子源阳极接线端子连接所述阳极电源用于为所述阳极探针供电；所述离子源进气管过桥孔用于所述真空橡皮管的安装通过；

还包括套装在所述放电管外的环形的第二永磁铁，所述第二永磁铁设置在所述主体机箱内部，靠近所述放电管的尾端，用于产生轴向磁场；

还包括设置在所述主体机箱上的风扇，用于所述放电管和射频电源匹配器的冷却。

进一步，

所述真空腔为不锈钢圆筒，一端设置第一法兰，用于与所述冷却液导流管上的所述法兰盘相配合，实现所述冷却液导流管与所述真空腔的密封连接；另一端设置第二法兰，用于与所述离子源底盘相配合，实现所述D+离子源与所述真空腔的密封连接；所述第一法兰与所述法兰盘之间以及所述第二法兰与所述离子源底盘之间均通过螺钉连接并使用密封圈实现密封；

还包括垂直设置在所述真空腔侧壁上的直管型、不锈钢材质的第三法兰，所述第三法兰的一端与所述真空腔连通，另一端与所述分子泵机组密封连接，实现所述分子泵机组对所述真空腔的抽真空；所述第三法兰和所述分子泵机组相连的端口为国际标准ISO63型，通过C形卡实现连接，并通过橡胶密封圈实现密封；

还包括设置在所述第三法兰上的真空测量管，用于与所述真空计相连，实现对所述真空腔的真空度的测量；所述第三法兰上设置第四法兰，所述真空测量管通过所述第四法兰密封设置在所述第三法兰上，所述第四法兰为快接法兰。

本发明的有益效果在于：

1.功率馈入：使气体电离的高频功率馈入方式有电容耦合和电感耦合两种方式，对于电容耦合高频功率的馈入通常采用外接两台电源的高频振荡器，这种功率馈入方式使得系统所需电源增加，本发明采用射频电源馈入高频功率，只需一台射频电源，无需振荡器，减少了一台电源，同时减小了系统尺寸。

2.干扰屏蔽：由于高频振荡器是一个开放式的天线，不断向外发射高频功率，对外部电源、信号传输等设备发射干扰信号，使其难以稳定工作，要完全解决干扰除了需要屏蔽离子源放电管外，还需屏蔽振荡器，屏蔽振荡器不仅具有一定的技术难度，还会增大离子源和系统尺寸，要投入额外的设备和技术，目前并没有报道对高频离子源采取屏蔽的有效措施。本发明由于采用了射频电源馈入高频功率的方式，只需屏蔽离子源的放电管5，使得对干扰信号的屏蔽难度降低，通过将放电管5安装在屏蔽盒内72的方法，有效解决了离子源向外发送干扰信号的不利问题。

3.外加磁场：现有的D+离子源都采用了外加电源的电磁线圈磁场，这种磁场的产生方式需要电源、电磁线圈尺寸大、重量大，优点是磁场强度可调。本发明经过大量实验研究，发明了适用于小型中子发生器的永磁型磁场结构(即第二永磁铁36)，不需要外接电源，不需要冷却，磁体尺寸和重量减小了一个数量级以上。

4.引出结构的冷却：现有的D+离子源采用的是通过风扇冷却离子源底盘，然后由离子源底盘传热，带走引出结构上的热量，这种散热方式传热慢，造成引出结构使用寿命短，而引出结构是影响离子源寿命的一个主要因素，本发明对离子源底盘33进行了设计，采用外接循环冷却水的方式，对引出结构35进行强制制冷，有效提高引出结构35的冷却效果，从而提高了离子源的使用寿命。

5.本发明所提供的离子源引出束流强度大于2.5mA，质子比大于75％。离子源的平均使用寿命达到1000小时以上。

6.冷却液导流管3采用石英玻璃制作，因为石英玻璃在绝缘等级上与陶瓷和聚四氟乙烯相当，机械强度和真空性能与陶瓷相当，优于聚四氟乙烯，电击穿电压达到35kV/mm，利于焊接，机械强度高，容易加工成冷却液导流管3所需的小尺寸的循环流道的结构。再加上石英玻璃与金属很容易粘接形成牢固的整体，使其容易跟靶电极29密封连接。

7.氟化液具有良好绝缘性能、流动性能和导热性能，三个性能均优于变压器油，流动性能与水相当，导热性能仅次于水。无毒无味，不挥发，不侵蚀，是绝佳的绝缘冷却液，可减小、简化中子发生器的系统结构和体积。由氟化液和冷却液导流管3组成的绝缘体的绝缘层厚度达到10毫米以上，体击穿电压大于300kV。

8.整个冷却结构(冷却液导流管3)处于真空中的部分横截面最大尺寸只有20mm，相比于陶瓷等其它结构材料组成的冷却结构，在横截面尺寸上小2倍以上，使得靶电极29的结构设计简化，尺寸缩小，同时使得真空腔4的直径缩小，有宜于中子发生器系统尺寸的缩小。

9.靶电极29组装完成后是一个端面为圆弧状的圆柱，所有不规则结构和尖端都在靶电极29内部，保证了电场分布的均匀性。

10.将靶基座54与冷却液导流管3粘接，冷却液将通过冷却液导流管3的内管47导向靶片58，对靶片58冷却，然后通过靶片58下方的靶基内腔59流入冷却液导流管3的内管47和外管46之间的循环流道导出，对靶片58实现循环冷却。

11.束流为D+粒子，打在靶片58的靶面上的正电荷将通过电阻60流向电极55，在靶面和电极55之间形成电压差，产生方向由靶面指向电极55的内壁的电力线，形成自抑制电场，靶面上产生的二次电子在该电场作用下反向运动，打到靶面消失掉。阻止二次电子向加速场区运动。

12.电极55内壁的第一永磁铁61产生的横向磁场，使靶面产生的二次电子在向加速场区运动的过程中发生偏转，打到电极55的内壁上消失掉，阻止其进入加速场区，造成不利影响。

13.自抑制电场和第一永磁铁61产生的横向磁场对二次电子起到双层抑制的作用，抑制效果非常好，而且能起到双保险的作用，即一个失效，另一个还能起作用。

14.靶电极29尺寸小，功能全，抑制二次电子效果显著。

15.靶片58上能承载1mA以上、能量为100keV的D+束流。

16.DD中子产额达到1×10⁷n/s，DT中子产额达到1×10⁹n/s。

17.本发明采用氘氘聚变和氘氚聚变两种核反应可以分别产生能量为2.5MeV和14MeV的单能快中子，中子的产生可以人为控制，中子发生器的结构可以拆分，主要的耗材是氘靶或者氚靶、离子源等，具有可维修性，寿命基本不受限制，2.5MeV中子产额大于1×10⁷s^-1，14MeV中子产额大于1×10⁹s^-1，中子产额高于大部分现有的中子管，尺寸略大于中子管，中子产额和尺寸满足元素活化分析检测要求，能够跟活化分析装置组装在一起，形成一体化检测装置，并能够通过手提的方式移动。因此，本发明在使用的便捷性上接近中子管，在中子产额和使用寿命方面均优于中子管。

附图说明

图1是本发明

具体实施方式

中所述的一种手提式中子发生器的主体部分在主体机箱1内的装配示意图(主体部分由高压输入模块、冷却液导流管3、靶电极29、真空腔4、分子泵机组9、D+离子源组成)；

图2是本发明具体实施方式中所述的不锈钢箱体1的示意图；

图3是图2的A向示意图；

图4是本发明具体实施方式中所述的附件机柜26的示意图；

图5是本发明具体实施方式中所述的一种手提式中子发生器的主体部分的示意图；

图6是本发明具体实施方式中所述的D+离子源的局部放大示意图(即图5中的C区域)；

图7是本发明具体实施方式中所述的高压单元的示意图(即图5中的B区域，高压单元包括：高压输入模块、冷却液导流管3、靶电极29)；

图8是本发明具体实施方式中所述的冷却液导流管3的局部放大示意图(即图7中的E区域)；

图9是本发明具体实施方式中所述的冷却液导流管3的局部放大示意图(即图7中的F区域)；

图10是本发明具体实施方式中所述的靶电极29的示意图(即图7中的G区域)；

图11是本发明具体实施方式中所述的靶电极29的局部放大示意图(即图10中的H区域)；

图12是图5的D向示意图；

图中：1-主体机箱，2-手提把手，3-冷却液导流管，4-真空腔，5-放电管，6-风扇，7-高压线，8-第三法兰，9-分子泵机组，10-真空测量管，11-氘气钢瓶，12-射频电源匹配器，13-卡带，14-分子泵电源插孔，15-散热孔，16-分子泵排气孔，17-匹配器与射频电源接线端子，18-离子源阳极接线端子，19-离子源进气管过桥孔，20-真空计，21-阳极电源，22-射频电源，23-配电箱，24-加速高压电源，25-循环冷却机，26-附件机柜，27-第一压盖，28-法兰盘，29-靶电极，30-进气管，31-阳极探针，32-气体流量控制器，33-离子源底盘，34-夹层，35-引出结构，36-第二永磁铁，37-第五密封圈，38-电容耦合环，39-第三压盖，40-高压接头，41-绝缘子，42-第一密封圈，43-绝缘外螺纹环，44-冷却液输入管，45-冷却液输出管，46-外管，47-内管，48-上压环，49-第二压盖，50-下压环，51-高压连接杆，52-第二密封圈，53-第三密封圈，54-靶基座，55-电极，56-斜面，57-靶片开口，58-靶片，59-靶基内腔，60-电阻，61-第一永磁铁，62-铁片支架，63-冷却液通道，64-束流通道，65-压环，66-螺钉，67-第四密封圈，68-胶木绝缘套管，69-第一导管，70-第二导管，71-高频信号输出接头，72-屏蔽盒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种手提式中子发生器，由主体机箱1和附件机柜26两大部分组成，不锈钢材质的主体机箱1内设置中子发生器的主体部分。主体部分由高压输入模块、冷却液导流管3、靶电极29、真空腔4、分子泵机组9、D+离子源组成。冷却液导流管3为直管型，冷却液导流管3的顶端设置高压输入模块，尾端设置靶电极29；真空腔4为直筒型，真空腔4的一端与冷却液导流管3的尾端密封连接，另一端与D+离子源的尾端密封连接，靶电极29位于真空腔4内；分子泵机组9用于为真空腔4抽真空；高压输入模块为靶电极29提供高压电，冷却液导流管3为靶电极29提供冷却，D+离子源向靶电极29发射D+离子束，使得靶电极29上产生中子；主体机箱1上设有手提把手2，实现主体机箱1的手提移动。

靶电极29外部为光滑的外壳体，内部设有靶片58，冷却液导流管3内部设有能够通过冷却液的循环流道，用于为靶片58制冷；高压输入模块通过贯穿在冷却液导流管3内部的高压连接杆51向靶电极29提供高压电。

如图4所示，附件机柜26内设有真空计20、阳极电源21、射频电源22、配电箱23、加速高压电源24、循环冷却机25，加速高压电源24用于为高压输入模块提供高压电，循环冷却机25用于为冷却液导流管3提供循环的冷却液，射频电源22用于为D+离子源提供电源，真空计20用于测量真空腔4内的真空度，配电箱23用于给中子发生器中的所有用电设备提供220V电源，包括阳极电源21、射频电源22、加速高压电源24、循环冷却机25、分子泵机组9等设备；附件机柜内26还包括用于控制加速高压电源24、循环冷却机25、射频电源22、真空计20、阳极电源21、配电箱23、分子泵机组9工作的控制系统，控制系统通过电脑远程控制；

附件机柜26采用琴台式机柜；由上至下依次设置真空计20、阳极电源21、射频电源22、配电箱23、加速高压电源24、循环冷却机25；

主体机箱1与附件机柜26之间连接有高压线7、离子源供电电缆、第一冷却液输送管和第二冷却液输送管以及离子源引出电缆；其中，循环冷却机25通过第一冷却液输送管与冷却液导流管3相连，通过第二冷却液输送管与D+离子源相连；射频电源22通过离子源供电电缆与D+离子源相连；加速高压电源24通过高压线7与高压输入模块相连。

如图1、图5、图7、图10所示，靶电极29外部为光滑的外壳体，内部设有靶片58，冷却液导流管3内部设有能够通过冷却液的循环流道，用于为靶片58制冷；高压输入模块通过贯穿在冷却液导流管3内部的高压连接杆51向靶电极29提供高压电。高压输入模块、冷却液导流管3、靶电极29共同组成高压单元(见图7)。

靶电极29包括高压连接杆51、靶基座54、靶片58、电阻60、电极55、第一永磁铁61等部件。

靶基座54和电极55组成外表光滑的圆柱形的外壳体，靶片58设置在靶基座54上、位于外壳体内部，靶基座54上设有冷却液通道63，电极55上设有束流通道64，用于通过由离子源产生的D+束流。

靶基座54为铜质材料，为圆柱形，一端设有冷却液通道63(冷却液通道63用于与绝缘的冷却液导流管3粘接，向靶基座54上的靶片58输送冷却液，对靶片58进行冷却)，另一端为设有靶片开口57的斜面56，并设有外螺纹；斜面56和冷却液通道63之间构成靶基内腔59；冷却液通道63位于外壳体的一端为圆弧型的开口，表面光滑、无尖锐的棱角。

电极55为不锈钢圆筒(由圆筒形不锈钢棒加工而成)，一端为束流通道64，为圆弧型的开口，表面光滑、无尖锐的棱角，另一端为带内螺纹(与靶基座54的外螺纹相适应)的开口，与靶基座54通过螺纹连接。

斜面56的角度为45度，靶片58密封设置在靶片开口57上，靶片58与斜面56之间为绝缘密封连接；靶片58的直径为22mm，冷却液通道63的直径为30mm，束流通道64的直径为10mm，外壳体的外直径为42mm，内直径为36mm，长度100mm；电极55构成外壳体的主体部分(即电极55的外径为42mm，内径为36mm)。

如图10、图11所示，靶片开口57的朝向束流通道64的一侧的边沿设有凹槽，靶片58设置在凹槽内；靶片58与凹槽之间设有第四密封圈67，靶片58通过压环65压紧在第四密封圈67上，实现靶片58与斜面56之间的绝缘密封连接(靶片58与斜面56之间不接触)，安装顺序是依次在凹槽内安装第四密封圈67、靶片58和压环65，压环65和靶基座54之间采用绝缘的螺钉66连接，使靶片58和斜面56(即靶基座54)之间实现绝缘密封。

第四密封圈67为绝缘密封圈，材质为聚四氟乙烯，厚度大于凹槽深度。

斜面56上设有均匀设置的若干螺纹孔。

靶片58为圆片形钼片，直径小于凹槽的直径，靶片58的一面镀钛后吸附氘或者氚，形成氘靶或者氚靶。

压环65为不锈钢圆环，外径与靶片58等径，内径大于靶片58的活性区，压环65的环面设有用于安装螺钉66的螺钉通孔。

压环65与斜面56之间通过螺钉66和螺纹孔实行连接，螺钉66***套有胶木绝缘套管68。安装时靶片58不接触靶基座54，胶木绝缘套管68放置在压环65的螺钉通孔内，最后用螺钉66压紧压环65，使靶片58与靶基座54之间实现绝缘密封。

电阻60连接在压环65和靶基座54之间，电阻60的阻值为300kΩ。

高压连接杆51的尾端穿过靶基座54的冷却液通道63延伸到靶基内腔59内，高压连接杆51的尾端成L形，通过焊接连接在靶基座54的侧壁上；高压连接杆51的材质为不锈钢，用于与高压线7连接，给靶电极29输送加速高压。高压连接杆51的顶端设置有用于连接高压电的高压接头40，高压接头40延伸至冷却液导流管3的顶端之外；高压接头40为铜质。

第一永磁铁61为两片，形状为长方形薄片，通过半圆形的铁片支架62设置在电极55内，磁场强度为200高斯。第一永磁铁61位于斜面56和束流通道64之间的位置，第一永磁铁61的N极和S极相对设置。

如图7、图8所示，高压输入模块包括内部设有高压线7的圆筒状的绝缘子41，绝缘子41与高压线7的外部的绝缘层之间密封连接；绝缘子41设置在冷却液导流管3的顶端；高压接头40设置在绝缘子41内，并与高压线7相连，绝缘子41与高压接头40之间为密封连接；绝缘子41***设有凸环，用于对冷却液导流管3的顶端的封堵；绝缘子41的材质为聚四氟乙烯。高压输入模块的具体做法是将高压接头40两端钻孔，一端与高压线7的线芯焊接高压线7的线芯需套上铜帽，另一端用于与高压连接杆51连接。高压接头40穿过绝缘子41后让绝缘子41一端与高压线7的绝缘层粘接。

如图7所示，冷却液导流管3包括第一压盖27、冷却液输出管45、绝缘外螺纹环43、第一密封圈42、冷却液输入管44、外管46、内管47等部件。

内管47设置在外管46内，内管47的顶端(即远离靶电极29的一端)位于外管46内部(靠近外管46的顶端)，外管46的内壁和内管47的外壁之间的空间以及内管47的内部空间共同构成循环流道；内管47的顶端的外壁与外管46的(顶端附近的)内壁密封连接(即密封循环流道的一端)，内管47和外管46的尾端设置在靶电极29上，外管46与靶电极29密封连接，并用于对靶电极29进行支撑；外管46和内管47的材质为石英玻璃。

外管46的外直径为20mm，内直径为14mm，管壁厚度为3mm，长度大于等于500mm，两端开口磨平；内管47的外直径为10mm，内直径为6mm，管壁厚度为2mm，长度大于等于490mm，两端开口磨平。

如图10所示，外管46的尾端设置在靶电极29的冷却液通道63内，外管46尾端的开口的外壁与冷却液通道63之间通过使用AB胶粘接的方式密封连接；内管47尾端的开口延伸至靶基内腔59内，内管47尾端的开口与外管46尾端的开口之间相距20mm左右。

靶电极29上的高压连接杆51的主体贯穿在内管47内部，高压连接杆51的顶端的高压接头40延伸至外管46的顶端之外(也就是延伸到冷却液导流管3的顶端之外)。

绝缘子41、第一压盖27、绝缘外螺纹环43设置在外管46的顶端，用于外管46的顶端的密封和高压连接杆51的固定；

绝缘外螺纹环43设置在外管46的顶端的外壁上，绝缘外螺纹环43的外壁设有外螺纹；

绝缘子41设置在外管46的顶端上，用于封堵述外管46的顶端；

第一压盖27用于配合绝缘外螺纹环43的外螺纹和绝缘子41的凸环将绝缘子41压紧在外管46的顶端上；

第一密封圈42设置在第一压盖27与绝缘外螺纹环43之间，用于实现第一压盖27与绝缘外螺纹环43之间的密封。

第一压盖27的材质为聚四氟乙烯，绝缘外螺纹环43的材质为有机玻璃，绝缘外螺纹环43通过粘接设置在外管46上。

如图8所示，冷却液输入管44的出口一端穿过外管46的侧壁与内管47连通，入口一端通过第一冷却液输送管连接循环冷却机25的出口，用于将冷却液输入至内管47中；冷却液输入管44与外管46的侧壁之间为密封连接；冷却液输出管45的入口一端与外管46连通，出口一端用于排出冷却液。冷却液首先经冷却液输入管44进入内管47导流到靶基内腔59内对靶片58进行冷却，再由内管47和外管46之间的循环流道流向冷却液输出管45排出，形成冷却液导流回路。冷却液输入管44和冷却液输出管45设置在靠近内管47的顶端的位置上，冷却液输入管44和冷却液输出管45垂直于外管46，且相对的位于外管46的两侧。

如图9所示，在冷却液导流管3上设有法兰盘28，用于与真空腔4的密封连接，法兰盘28为不锈钢材质；冷却液导流管3通过上压环48和下压环50穿设在法兰盘28的圆心上；上压环48和下压环50套在冷却液导流管3外表面，通过第二压盖49压紧在法兰盘28上，第二压盖49通过螺纹与法兰盘28连接；上压环48与下压环50之间设置第二密封圈52，下压环50与法兰盘28之间设置第三密封圈53，通过第二密封圈52和第三密封圈53实现冷却液导流管3与法兰盘28之间的密封。

上压环48和下压环50的材质为聚四氟乙烯，第二压盖49的材质为不锈钢；冷却液输入管44和冷却液输出管45的材质为石英玻璃，外直径为10mm，内直径为6mm，管壁厚度为2mm，长度大于等于100mm；冷却液为流动性和绝缘性能很高的氟化液。

图5、图6、图12所示，D+离子源包括放电管5、阳极探针31、氘气钢瓶11、进气管30、电容耦合环38、第二永磁铁36、射频电源22、离子源底盘33、引出结构35等部件。

放电管5采用高纯石英玻璃制作，引出结构35设置在放电管5尾端，放电管5顶端与氘气钢瓶11相连。放电管5的尾端为平底，尾端的中心设有圆孔，圆孔用于套装在引出结构35的石英套管上(引出结构35由铝电极和石英套管组成)；放电管5设置在屏蔽盒72内(见图1)，屏蔽盒72能够屏蔽D+离子源向外发送的干扰信号(干扰信号主要来自于放电管5外的电容耦合环38)；

进气管30设置在放电管5的顶端，进气管30通过焊接设置在放电管5的顶端的侧面位置，进气管30通过真空橡皮管与氘气钢瓶11相连，用于向放电管5内输入氘气；阳极探针31通过焊接设置在放电管5的顶端的中心位置，与阳极电源21相连，用于加载引出电压；阳极探针31采用钨棒制作。

圆盘形的离子源底盘33设置在放电管5的尾端。引出结构35位于离子源底盘33中心，处于真空腔4内，正对靶电极29的束流通道64；电容耦合环38套装在放电管5的外表面上；阳极探针31设置在放电管5的顶端，阳极电源21通过离子源引出电缆与阳极探针31相连，阳极电源21用于为阳极探针31供电，作用是将D+离子源中的D+离子引出。

引出结构35位于放电管5的轴线上，由铝电极和石英套管组成，铝电极为中心带圆孔的圆柱体，圆孔为束流引出孔道，孔径为2mm；石英套管套装在铝电极外面，滑配安装，石英套管的孔径为5mm。

离子源底盘33采用304不锈钢制作，厚度为12mm，离子源底盘33的一侧通过第三压盖39和压片与放电管5的尾端连接。第三压盖39和压片起到固定放电管5的作用，第三压盖39与离子源底盘33之间通过螺纹连接；放电管5的尾端上设有第五密封圈37，在第三压盖39和压片的压紧作用下实现放电管5与离子源底盘33之间的密封；离子源底盘33的另一侧用于与真空腔4连接；离子源底盘33内部为圆形的夹层34，作为冷却水层，设有与夹层34连通的第一导管69和第二导管70，第一导管69与冷却液输出管45的出口一端相连，用于将冷却液导入夹层34，对引出结构35进行冷却；第二导管70通过第二冷却液输送管连接循环冷却机25的入口，用于将冷却液回送至循环冷却机25。

进气管30与氘气钢瓶11之间还设有气体流量控制器32，气体流量控制器32采用针阀精确控制气体流量，气体流量控制器32两端分别用真空橡皮管连接氘气钢瓶11和放电管5的进气管30；氘气钢瓶11上设有气压表，氘气钢瓶11通过卡带13设置在主体机箱1的外部，位于放电管5的下方。氘气由氘气钢瓶11通过减压阀(减压阀设置在氘气钢瓶11上)和气体流量控制器32经放电管5上的进气管30流入放电管5内。气体流量控制器32由控制系统进行控制。

电容耦合环38为两个尺寸相同的铜环，分开一定距离套装在放电管5的外表面，还包括与电容耦合环38相连的射频电源匹配器12，射频电源匹配器12设置在主体机箱1内部，位于放电管5下方。射频电源匹配器12为PSG-Mini型匹配器，射频电源匹配器12与射频电源22通过功率输出线相连；射频电源22通过射频电源匹配器12和电容耦合环38将功率馈入放电管5中(即射频电源馈入高频功率方式，射频电源匹配器12上设有高频信号输出接头71，用于与两个电容耦合环38连接)；射频电源22的输出频率为108MHz、最大功率200W；

主体机箱1上还设有匹配器与射频电源接线端子17和离子源阳极接线端子18和离子源进气管过桥孔19，匹配器与射频电源接线端子17连接离子源供电电缆相连，用于连接射频电源匹配器12和射频电源22；离子源阳极接线端子18连接阳极电源21用于为阳极探针31供电；离子源进气管过桥孔19用于真空橡皮管的安装通过；

还包括套装在放电管5外的环形的第二永磁铁36，第二永磁铁36设置在主体机箱1内部，套装在放电管5之外，靠近放电管5的尾端，构成永磁型磁场结构，用于产生轴向磁场，磁场强度为2000高斯；第二永磁铁36的外直径为100mm，内直径为60mm，厚度为20mm；第二永磁铁36的中心、放电管5的中心重合；

还包括设置在主体机箱1上的风扇6，用于放电管5和射频电源匹配器12的冷却。

如图5所示，真空腔4为不锈钢圆筒，一端设置第一法兰，用于与冷却液导流管3上的法兰盘28相配合，实现冷却液导流管3与真空腔4的密封连接；另一端设置第二法兰，用于与离子源底盘33相配合，实现D+离子源与真空腔4的密封连接；第一法兰与法兰盘28之间以及第二法兰与离子源底盘33之间均通过螺钉连接并使用密封圈实现密封；

还包括垂直焊接设置在真空腔4侧壁上的直管型、不锈钢材质的第三法兰8，第三法兰8的一端与真空腔4连通，另一端与分子泵机组9密封连接，实现分子泵机组9对真空腔4的抽真空；第三法兰8和分子泵机组9相连的端口为国际标准ISO63型，通过C形卡实现连接，并通过橡胶密封圈实现密封；

还包括焊接设置在第三法兰8上的真空测量管10，用于与真空计20相连，实现对真空腔4的真空度的测量；第三法兰8上设置第四法兰，真空测量管10通过第四法兰密封设置在第三法兰8上，第四法兰为KF40快接法兰。

真空腔4腔体和端面内直径为95mm，外直径为100mm；法兰盘28、离子源底盘33、第一法兰、第二法兰的外直径均为130mm，真空腔4长度为300mm；第三法兰8连接在靠近真空腔4的第一法兰一端的侧壁上，距离第一法兰130mm,第三法兰8的长度为100mm。

如图2、图3所示，在主体机箱1顶部还设有若干散热孔15，在主体机箱1下端还有分子泵电源插孔14和分子泵排气孔16；在主体机箱1一侧开条形槽，为高压线7、第一导管69和第二导管70的过桥槽口

分子泵机组9的抽速为40L/m，接口采用ISO63国际标准接口。

加速高压电源24采用-150kV/10mA箱式高压电源，其高压输出线(即高压线7)与主体部分的高压接头40连接。

控制系统采用电脑进行远程控制，控制程序采用C##编写，整个系统的控制有两种模式，一种是维护模式，用于开发人员对系统进行诊断和调试；另一种是运行模式，采用一键式启停，便于用户使用。在运行过程中，系统参数可以随时保存和调用。

循环冷却机25采用型号为CA120的500W小型循环冷却机。

本发明的工作原理：

中子是由靶电极29的靶片58上产生的，其工作原理是：运行状态时，分子泵机组9将真空腔4内真空抽至10^-3Pa以上量级，靶电极29上通过高压输入模块加载-90kV左右的高压，由气体流量控制器32向放电管5内输入一定气压的氘气，然后通过射频电源22向电容耦合环38馈入高频功率(高频电场)，使放电管5内的氘气电离，使放电管5内的游离电子在电场作用下往复运动，获得与管内气体分子碰撞几率，同时由于轴向磁场的存在，使电子运动变成往复螺旋运动，增加电子与气体分子碰撞的几率，使原子***电子剥离，使其电离，产生D+，同时产生更多的电子，产生的电子再次使气体电离，经过一定时间的电离过程后，气体电离达到平衡并逐渐形成D+等离子体，在引出结构35的上方形成等离子面，经阳极电源21(高压电源)向阳极探针31加载正直流高压后，电离产生的D+将通过阳极探针31和引出结构35之间形成的电场作用下由引出结构35的孔道引出到离子源底盘33后端的真空腔4中，D+束流会在电场作用下加速提高能量，然后打靶发生D-D或者D-T核反应，产生中子。靶片58为氘靶将产生2.5MeV中子，靶片58为氚靶将产生14MeV中子。

冷却液从循环冷却机25的出口导入冷却液输入管44后流入内管47，然后喷向靶片58的背面，冷却液填满靶基内腔59后回流到内管47与外管46之间的循环流道，通过冷却液输出管45进入第一导管69并被输送至夹层34，对引出结构35进行冷却，随后通过第二导管70输送至循环冷却机25的入口，回流到循环冷却机25内，从而形成冷却液回路。构成冷却液导流管3的石英玻璃管的总厚度为5mm(外管46和内管47的壁厚的和)，冷却液层厚3mm，冷却液和石英玻璃管的击穿电压均可达到30kV/mm，使得冷却液导流管3的体击穿电压可达到200kV以上。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。