4-13 集体离子加速中子源

邓仁培 杨茂荣

　　利用低阻抗脉冲加速器产生的强相对论电子束进行集体离子加速可获得10⁹~10¹²中子/脉冲的高产额中子。集体离子加速有充气型和真空型两种，为了获得尽可能高的中子产额而必须要采用真空型集体离子加速。针对这种集体离子加速工作原理，从理论上以CIA模型来进行分析说明，为了得到尽可能高的集体离子流，就必须以强相对论电子束输入，而强相对论电子束是通过水介质低阻抗脉冲加速器获得，整个集体离子加速中子源系统的见图1。

　　⑴ 微秒Marx发生器。用22级，60kV、0.22μF电容器，11个火花间隙开关组成，放在3m×3m×2.5m充满变压器油的金属箱内，利用直流电源对电容器并联正负充电，再以触发小Marx动作，使11个火花间隙开关击穿电容器组串联放电。Marx发生器标称电压1.32MeV最大贮能8721J。

　　（2）水介质Blumlein传输线。Blumlein传输线有三个同轴圆筒组成，作为一个快速脉冲形成段，它被Marx发生器激励，Marx发生器作为集中电容对传输线放电，它输出一个负脉冲到真空二极管，传输线起着承前启后并使脉宽变窄的作用。

　　（3）低阻抗二极管。采用径向绝缘的低阻抗场发射二极管产生相对论电子束，它由阴极、阳极及真空室组成。通过该二极管，能得到一个能量为0.9MeV、电流60kA、脉宽50μs的强相对论电子束。

　　（4）漂移管。这是集体加速通道，它连接二极管的一端，是二极管的阳极，另一端装有氘化物靶做成，阳极中心开一小孔，并盖上一层氘化聚乙烯（CD₂）薄膜，相对论电子束通过这薄膜，产生氘离子并加速，最后打到CD₂靶上，发生D–D反应产生中子。中子产额：，，N_i为离子总数；n_t为靶的原子密度；σ为平均反应截面，cm²；R为离子在靶中的射程；E_I为离子能量，MeV；A_I为离子质量数；Z_I为离子原子序数；Z_t为靶的有效原子序数。

　　在E_e=1MeV，I_e=60kA，电子束径为Φ10cm，电子束脉冲宽度τ=50ns时，σ=0.9×10^-25cm²，n_i=7.16×10²²/cm³。产生氘离子能量E_I=4MeV，I_I=1.4kA，最后可得到10¹⁰~10¹¹中子/脉冲。