010-51288063 010-69722055

當前位置:首頁 > 技術支持
技術支持/Technical Support

中子劑量儀系列——世界上最小的中子源

發布日期:2021-03-24 瀏覽次數:10

      中子發生器為包括油田作業、重型機械生產、藝術保護、偵探工作和醫學在內的許多行業提供材料分析和無損檢測。然而許多應用已經受到當前工業和醫用中子源的大尺寸限制。現在,作為開發和支持核武器的非核部分(包括中子發生器)的桑迪亞國家實驗室(SNL)已經發明了一種新的方法來建造稱為neutristors的微型中子管。

     1932年,中子作為早期放射化學聚變反應的產物被發現。經過十年的科學應用,第二次世界大戰在日本爆炸的兩顆核彈各自都包括一個中子發生器,該中子發生器可在正確的時間點處于燃臨界質量的可裂變物質。這一事件順理成章地將中子發生器在秘密世界和公開世界各自分開發展。

     可用于科學和工業的中子源包括粒子加速器(當時這些加速器裝滿了很大的房間),核反應堆(占滿了大型建筑物)和與小手指一樣大的放射性物質。由于大多數研究人員和制造公司都無法輕易獲得反應堆和加速器,因此利用放射性中子源開展了大量工作,以開拓發中子源的實際應用。

使用放射性同位素產生中子的主要方法有三種:

?放射性誘發的聚變中子

?同位素自發裂變的中子

?光中子源

       放射性聚變源的一個例子是钚與鈹混合。钚發出的α粒子(氦核)與鈹核融合,形成一個中子和一對α粒子。自發裂變源通常包含超鈾同位素锎-252,其通過分裂成兩個部分并產生幾個中子而衰變。在光中子源中,高能伽馬射線將鈹分解成與聚變中子源相同的產物。放射性中子發生器通常每秒發出少于十億個中子并伴隨著幾兆電子伏的動能。發射的中子的功率僅約一毫瓦,但產量足以滿足許多應用的需求。

       放射源的問題在于危險性,它無法關閉。此外使用者很可能沒有了解到其危險性。在許多情況下,所需的屏蔽與輻射源的尺寸相比要大得多。盡管此類源仍用于一些應用,但最終仍然推動了低烈度聚變反應的微型粒子加速器發展和勝出。其與手提箱大小的電子設備捆綁在一起的,這使像郵筒一樣大小的基于加速器的中子發生器得以實現。

      小型中子發生器將氘(D)或氚(T)離子加速到100 KeV(千電子伏特)或更小的能量,這大約相當于十億開爾文的溫度。這些離子被引導進入一個射束并撞擊到含有氘的靶標上。在離子束中使用氘時,兩個氘離子融合(D-D融合),在使用氚時,氘和氚離子融合(D-T融合)。在這兩種情況下中子都是聚變反應的產物。

      基于加速器的中子發生器存在兩個主要問題主要是尺寸和成本。對于某些物理應用或者點中子源應用來講,三英寸(7.5厘米)的圓柱體過大,例如中子俘獲治療用于焊接缺陷的中子檢查。而且基于加速器的中子源起價約十萬美元,這對于某些用途來說太昂貴。例如中子活化分析是一種用于快速識別樣品成分的技術,其需要一種中子發生器。中子發生器就是這種技術,如果將它整合到《星際迷航》中的那種傳感器里,將令人驚訝,但它卻過于龐大和昂貴無法實現。

       現在SNL宣布了其新型中子發生器的開發。該中子發生器通過將粒子加速器安裝在芯片上來解決許多上述問題。由于使用了很大的高電壓,微型中子管在陶瓷絕緣體上分層堆積。此處展示的是通過D-D聚變產生中子。雖然D-T反應更容易引發,但按要求在發生器的設計中不能使用放射性物質。

      在離子源和氘靶之間施加電壓,以使來自離子源的氘離子被吸引到氘靶上。離子在源和靶之間的漂移區域中加速,而漂移區必須處于真空,這樣離子才不會從空氣分子中散射出來。當高能離子撞擊靶時,其中的一小部分將引起D-D聚變,從而產生中子。桑迪亞(Sandia)并未公布微型中子管使用的典型加速電壓,而商用中子發生器使用的電壓約為100 kV,但在電壓低于10 kV的情況下仍可獲得不小的中子產額。

      離子透鏡改變離子源和靶之間的電場,從而使加速的離子集中在靶上裝有氘的區域上。SNL的公開沒有提到氘氣的存儲方式,但是一種常見的方法是用易于形成氫化物(氘化物)的鈀或某種其他金屬涂覆離子源和/或靶。例如鈀涂層的每個鈀原子可以存儲近一個氘原子。離子電流足夠低,即使很少的氘在完整的微型中子管中也可以使用很長時間。此外還可以根據需要以連續或脈沖模式操作微型中子管。

      當前微型中子管的漂移區域跨度為數毫米,其封裝足夠小,可用于許多新領域。估計微型中子管的生產成本約為2,000美元,這大約是目前基于加速器的中子發生器成本的五十分之一。下一代全固態微型中子管將不需要真空操作,從而降低了成本并提高了設備的耐用性。此外,SNL正在研究使用MEMS(微機電系統)技術制造小至2到3個數量級的微型中子管。

進入中子劑量儀器產品列表

色情五月天(淫妻交换小说)