阅读说明：本技术 一种用于高真空环境下的中子屏蔽管道 (Neutron shielding pipeline used in high vacuum environment ) 是由 王鹏程 敬罕涛 *** 黄涛 孙晓阳 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于高真空环境下的中子屏蔽管道,包括：由屏蔽材料制成的内管,和套设在内管外壁上的外管；所述内管的外径与所述外管的内径基本相同,所述内管的延伸方向、延伸长度与所述外管的延伸方向、延伸长度均一致；所述外管用于向内管提供真空环境,所述内管的内壁围合成用于供中子输运的通道；所述内管的内壁、外壁及端面均匀涂覆有预设厚度的涂覆层,所述涂覆层用于降低内管的出气率。由屏蔽材料制成的内管不仅能够有效的屏蔽核辐射的影响,还能在涂覆层的作用下,降低内管的出气率,不会对真空环境产生影响,可在高真空环境中使用。(The invention discloses a neutron shielding pipeline used in a high vacuum environment, which comprises: the outer pipe is sleeved on the outer wall of the inner pipe; the outer diameter of the inner pipe is basically the same as the inner diameter of the outer pipe, and the extension direction and the extension length of the inner pipe are consistent with those of the outer pipe; the outer pipe is used for providing a vacuum environment for the inner pipe, and the inner wall of the inner pipe encloses a channel for transporting neutrons; the inner wall, the outer wall and the end face of the inner pipe are evenly coated with coating layers with preset thicknesses, and the coating layers are used for reducing the air output rate of the inner pipe. The inner tube made of the shielding material can effectively shield the influence of nuclear radiation, can reduce the air output rate of the inner tube under the action of the coating layer, cannot influence the vacuum environment, and can be used in the high-vacuum environment.)

一种用于高真空环境下的中子屏蔽管道

技术领域

本申请涉及宽谱中子源装置技术领域，具体涉及一种用于高真空环境下的中子屏蔽管道。

背景技术

含硼聚乙烯材料因其对中子具有良好的慢化和吸收作用而在辐射场屏蔽方面得到广泛应用，但是含硼聚乙烯材料具有较高的出气率，很难在真空度较高的工况下使用，一般该材料作为屏蔽材料仅使用在中子屏蔽管道、中子准直器、中子搜集器等结构外壁上。

发明内容

本申请旨在提供一种用于高真空环境下的中子屏蔽管道，以降低中子屏蔽管道的出气率，便于在真空环境中使用。

本申请提供了一种用于高真空环境下的中子屏蔽管道，包括：由屏蔽材料制成的内管，和套设在内管外壁上的外管；所述内管的外径与所述外管的内径基本相同，所述内管的延伸方向、延伸长度与所述外管的延伸方向、延伸长度均一致；所述外管用于向内管提供真空环境，所述内管的内壁围合成用于供中子输运的通道；所述内管的内壁、外壁及端面均匀涂覆有预设厚度的涂覆层，所述涂覆层用于降低内管的出气率。

进一步地，所述的中子屏蔽管道，其中，所述通道分为同轴线的第一通道段和第二通道段；所述第一通道段的内径一致，且相同于所述第二通道段靠近第一通道段的一端的内径；所述第二通道段靠近第一通道段的一端与所述第一通道段相互贯通，所述第二通道段的内径从所述第二通道段靠近第一通道段的一端至远离第一通道段的另一端依次均匀递增；中子束流从所述第二通道段远离第一通道段的另一端至所述第一通道段远离第二通道段的一端的方向输运。。

进一步地，所述的中子屏蔽管道，其中，还包括：设置在所述内管两端部上的定位组件，所述定位组件包括定位环；所述外管的两端部安装有法兰盘，所述法拉盘的内径大于或等于所述外管的内径，所述内管的两端外壁位于所述法兰盘的位置处为环状台阶面，所述环状台阶面的外径小于所述内管的外径；所述定位环位于所述环状台阶面与所述法兰盘的内壁之间。

进一步地，所述的中子屏蔽管道，其中，所述定位组件还包括：定位凹槽和设置在所述定位凹槽内的定位块；所述定位凹槽包括：设置在所述法兰盘内壁上的第一定位凹槽，设置在所述定位环上、且贯穿所述定位环厚度方向的通孔，以及设置在所述内管端面上的第二定位凹槽；所述第一定位凹槽向所述法兰盘的外壁延伸，所述第一定位凹槽、所述通孔和所述第二定位凹槽相互连通以形成所述定位凹槽；所述定位块位于所述定位凹槽内，并固定在所述内管的端面上。

进一步地，所述的中子屏蔽管道，其中，所述内管的两端端面上还设置有相距一定距离的两固定凹槽，所述固定凹槽的底面上设置有凸出其底面的凸台，所述凸台上安装有适于所述凹槽的固定块；所述固定块上形成有避让部。

进一步地，所述的中子屏蔽管道，其中，所述内管包括：多个内管段，所述多个内管段的内径同轴线，以形成所述的第一通道段和第二通道段；所述定位组件设置在所述多个内管段中位于两端的内管段上；所述多个内管段中相邻的两内管段中，一内管段的一端具有沿其长度方向延伸、且凸出于其端面的凸起部，另一内管段的一端具有沿其长度方向延伸、且凸出于其端面的环状侧壁体，所述环状侧壁体围合成用于容纳所述凸起部的容纳腔。

进一步地，所述的中子屏蔽管道，其中，所述环状侧壁体的内壁设置有环状凹槽部，所述环状凹槽部沿所述环状侧壁体的内壁向其外壁方向延伸。

进一步地，所述的中子屏蔽管道，其中，所述涂覆层为通过磁控溅射沉积在所述内管的内壁、外壁及端面上的碳膜。

进一步地，所述的中子屏蔽管道，其中，所述预设厚度为1μm。

进一步地，所述的中子屏蔽管道，其中，所述屏蔽材料为含硼聚乙烯材料。

本发明的有益效果是：

本申请所提供的用于高真空环境下的中子屏蔽管道，包括：由屏蔽材料制成的内管，和套设在内管外壁上的外管；所述内管的外径与所述外管的内径基本相同，所述内管的延伸方向、延伸长度与所述外管的延伸方向、延伸长度均一致；所述外管用于向内管提供真空环境，所述内管的内壁围合成用于供中子输运的通道；所述内管的内壁、外壁及端面均匀涂覆有预设厚度的涂覆层，所述涂覆层用于降低内管的出气率。该屏蔽材料制成的内管不仅能够有效的屏蔽核辐射对外界的影响，还能在涂覆层的作用下，降低内管的出气率，不会对真空环境产生影响，可在高真空环境中使用。

附图说明

图1为本发明提供的中子屏蔽管道的结构示意图；

图2为图1的剖面图；

图3为图2中A处的局部放大图；

图4为图2中B处的局部放大图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请提供了一种用于高真空环境下的中子屏蔽管道，具体是用在中子核数据测量的实验设备中，主要针对中国散裂中子源上反角白光中子束的参数及其相关性能进行测量。

参见图1和图2所示，本申请所提供的中子屏蔽管道包括：外管1和内管2。

外管1，其套设在内管2的外壁上，与内管2形成嵌套结构，主要用于为内管2提供真空环境。

如图1所示，外管1的外壁上设置有用于调节本中子屏蔽管道与中子束流准直度的多个调整块12，以及用于将本中子屏蔽管道固定在相应设备上的的多个固定耳13。多个调整块12均布在外管1外壁的周向上，在调整块12上设置螺纹孔，螺纹孔中旋入螺栓，通过调整螺栓旋入螺纹孔中的深度从而调整本中子屏蔽管道相对于中子束流的准直度。固定耳13上设置安装孔，通过螺栓固定的方式将其固定在相应设备上进行固定。

内管2，为中子束流输运的通道，是中子束流控制的核心部件，其由屏蔽材料制成，用于屏蔽核辐射。具体的是，内管2由宽普中子束流屏蔽材料制成，以屏蔽中子束流在输运过程中的宽普中子束晕，大幅降低实验本底。

更具体的是，前述的屏蔽材料为含硼聚乙烯材料。含硼聚乙烯材料是在聚乙烯中添加含硼材料，从而对中子同时起到慢化和吸收的作用，是非常理想的低能和快中子屏蔽材料。硼含量通常与屏蔽效果成正比关系，硼含量越高对中子的吸收效果越好，但是硼含量超过一定的比例时，吸收效果区域饱和，同时硼含量过高，材料更易变脆，机械性能下降。本实施例中，含硼聚乙烯材料中硼的质量比为15％-20％

内管2与外管1之间间隙配合，即内管2的外径与外管1的内径基本相同。内管2的延伸方向、延伸长度与外管1的延伸方向、延伸长度均一致，内管2的内壁围合成用于供中子束流输运的通道。

固体材料在大气环境下都会溶解、吸附一些气体，当固体材料置于真空环境中时，就会出现溶解、解析而出气，即在真空环境下存在出气率的问题，会间接对真空环境产生一定的影响，含硼聚乙烯材料同样存在这样的问题。本实施例中，在内管2的内壁、外壁及端面均匀涂覆有预设厚度的涂覆层，该涂覆层用于降低内管2的出气率，避免内管2材料在高真空环境下因溶解、解析而出气，影响真空环境，可以将含硼聚乙烯材料制成的内管2应用在真空环境中。

如上，前述的涂覆层是通过磁控溅射沉积的方式，在内管2的内壁、外壁及端面上涂覆预设厚度为1μm的碳膜，碳膜在内管2的各个表面上形成为用于阻隔含硼聚乙烯材料出气的阻隔层，进而可以使得该材质的内管使用在真空环境中。同时，碳膜具有一定的润滑作用，便于将内管2安装在外管1内。

本实施例所提供的中子屏蔽管道中，前述用于中子输运的通道(即，内管2的内壁围合成的部分)分为同轴线的第一通道段和第二通道段，第一通道段沿内管轴线方向的内径一致，形成直线式第一通道段，并且，第一通道段的内径相同于第二通道段靠近第一通道段的一端的内径。第二通道段靠近第一通道段的一端与第一通道段相互贯通，从而形成为用于供中子输运的通道。第二通道段的内径从第二通道段靠近第一通道段的一端至远离第一通道段的另一端依次均匀递增，形成喇叭状结构的第二通道段，中子束流从第二通道段远离第一通道段的另一端至第一通道单远离第二通道段的一端的方向输运，即从喇叭状结构的第二通道段的喇叭口处进入，向直线式第一通道段远离第二通道段的端部方向输运，从而可以在中子束流输运过程中，避免中子束晕对核数据测量过程的影响。

需要说明的是，喇叭状结构的第二通道段的喇叭口处的内径适于中子装置输出的中子束斑尺寸大小，根据中子实验装置工作模式的要求，配合准直器，选择适宜的内管2内径，即可实现对中子装置输出的中子束斑尺寸的灵活控制，以适应不同中子束斑尺寸的模式。换言之，外管1与内管2这种嵌套结构只需通过简单更换不同内径大小的内管2，即可实现不同中子束斑尺寸的模式。

如上，当中子束流的束斑为φ30mm时，反角白光中子源第一实验厅中的外管内填塞2650mm长的内管，前1000mm内管的内径为φ22mm，后1650mm内管的内径为φ22mm-φ36mm依次均匀递增的喇叭状结构，反角白光中子源第二实验厅的外管内填塞1884mm长的内管，前1000mm内管的内径为φ45mm，后884mm内管的内径为φ45mm-φ52mm依次均匀递增的喇叭状结构。当中子束的束斑为φ60mm时，反角白光中子源第一实验厅中的外管内填塞2650mm长的内管，前1000mm内管的内径为φ58mm，后1650mm内管的内径为φ58mm-φ67mm依次均匀递增的喇叭状结构，反角白光中子源第二实验厅的外管内填塞1884mm长的内管，前1000mm内管的内径为φ62mm，后884mm内管的内径为φ62mm-φ74mm依次均匀递增的喇叭状结构。

本实施例所提供的中子屏蔽管道，还包括：定位组件，所述定位组件设置在内管2的两端部上，用于对内管2与外管1进行定位，以将内管2固定在外管1内。

参见图3所示，该定位组件包括定位环31。在外管1的两端部安装有法兰盘11，法拉盘11的内径大于或等于外管1的内径，内管2的两端外壁位于法兰盘11的位置处为环状台阶面21，该环状台阶面21的外径小于内管2的外径，该环状台阶面21具体的是在内管2两端外壁上沿内管2径向方向向内凹陷形成，前述的定位环31位于环状台阶面21与法兰盘11的内壁之间，以保证外管1与内管2的安装精度。

进一步的，继续参阅图3所示，定位组件还包括：定位凹槽和设置在定位凹槽内的定位块32。该定位凹槽包括：相互贯通的第一定位凹槽111、通孔311和第二定位凹槽211，第一定位凹槽111设置在法兰盘11内壁上，且第一定位凹槽111由法兰盘11的内壁向法兰盘11的外壁方向延伸，通孔311设置在定位环31上，且该通孔311贯穿定位环31的厚度方向。第二定位凹槽211设置在内管2的端面上，第一定位凹槽111、通孔311和第二定位凹槽211相互连通以形成前述的定位凹槽。前述的定位块32位于该定位凹槽内，并固定在内管2的端面上，具体的是，在定位块32正对于第二定位凹槽211底面的相应位置处设置至少一个沉孔，在第二定位凹槽211的相应位置处设置与沉孔适应的螺纹孔，通过螺接的方式将定位块32固定在内管2的端面上。

本实施所提供的中子屏蔽管道中，在内管的两端端面上还设置有相距一定距离的两固定凹槽22，该固定凹槽22的底面上设置有凸出其底面的凸台，在凸台上安装有适于前述固定凹槽22的固定块23，在固定块33上形成有避让部。在需要将内管2从外管1中拔出是，固定块23与固定凹槽22的内底部之间形成容纳空间，将带有拉钩的起拔器的拉钩将避让部伸入到该容纳空间内，从而将拉钩勾住固定块23，通过拉拔起拔器将内管2从外管1中拔出，以实现外管1与内管2的快速安装和拆卸。

由于反角白光中子源第一实验厅至第二实验厅之间的距离通常在几米范围内，则该中子屏蔽管道的长度相对较长，考虑安装和加工内管的便捷性，本实施例中的内管2可设置为多个内管段24，图2中示出的是三段内管段24，在其他实施例中，也可设置其他数目的内管段24。同时，可根据中子实验装置工作模式的要求，配合准直器多个内管段24的内径同轴线，以形成前述的第一通道段和第二通道段。前述的定位组件设置在多个内管段24中位于两端的内管段24上。

参见图4所示，同时为便于对多个内管段中位于两端内管段之间的内管段的安装，在多个内管段24相邻的两内管段中，一内管段24的端面具有沿其长度方向延伸、且凸出于其端面的凸起部241，另一内管段的端面具有沿其长度方向延伸、且凸出于其端面的环状侧壁体242，该环状侧壁体242围合成用于容纳前述凸起部241的容纳腔。

本实施例中，在环状侧壁体241的内壁上还设置有环状凹槽部243，该环状凹槽部243从环状侧壁体242的内壁沿内管2径向方向向内管2外壁方向延伸，同样的，将带有拉钩的起拔器的拉钩伸入到该环状凹槽部243中后，通过拉拔的方式将多个内管段24中位于两端内管段之间的内管段拉拔出外管1。

综上所述，本申请所提供的中子屏蔽管道，外管向内管提供真空环境，内管由含硼聚乙烯材料制成，可对中子同时起到慢化和吸收的作用，并能屏蔽核辐射对外界的影响。内管的各表面涂覆用于降低内管出气率的涂覆层，使得该含硼聚乙烯材质的内管可应用在高真空环境中。同时，内管是中子束流控制的核心部件，可以根据中子实验装置工作模式的要求，配合准直器，将内管设置为多个内管段，不仅便于对内管的加工和安装，并且通过灵活更换内管，还可实现不同束斑尺寸的运行模式。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。