3×10~(12)s~(-1)强中子发生器后分析系统调试结果

一、引言兰州大学强中子发生器于1988年通过部级鉴定,氘离子束达30 mA,中子产额达3×10~(12)s~(-1)。然而,由于它是采用混合离子束,靶寿命只有十几个小时。在聚变堆第一壁材料研究中,要求的累计中子注量超过10~(17)cm~(-2)。因此,辐照时间需几百小时。因为氚靶价格昂贵,用混合离子束进行材料辐照损伤研究,其费用是很高的。     

中子发生器的纳秒脉冲聚束系统

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1kHz-4MHz,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。     

高压倍加器的脉冲中子束调制

一、引言随着原子能科学技术的不断发展,高压倍加器的氘-氚和氘-氘中子源的应用范围也日益扩大。在应用中,有时要求倍加器能产生脉冲中子束。为了获得脉冲中子束,通常的方法是调制氘离子束。一般有下述三种方法:第一,静电偏转板法。在加速器的漂移管道     

氘离子轰击钼靶的二次电子发射系数测量

设计了一套二次电子测量装置,采用间接测量法,利用中子发生器产生的氘离子束,对氘离子束轰击下钼靶的二次电子发射系数进行了实验研究,获得了钼的二次电子发射系数随不同入射氘离子能量的变化趋势,氘离子束能量为170 keV时的二次电子发射系数最大,约为2.33.     

脉冲离子束作用下的靶温度场-应力场耦合分析

靶温对无冷却装置的密封式中子发生器的靶寿命有重要影响。为对脉冲离子束作用下靶进行热-力耦合分析,采用以时-空二维高斯轴对称分布的功率密度为热源的间接耦合的有限元方法,获得了不同脉冲离子束工作状态下的靶温度场和应力场有限元分析结果。结合密封式中子发生器的靶温要求和热应力引起的靶膜热-力破坏效应,优化了密封式中子发生器中的脉冲离子束工作参数。     

100～500keV能区~9Be(d,n)~(10)B反应中子产额及角分布测量

金属铍具有较稳定的理化性质,同时也易与入射的轻核粒子发生反应产生中子,在小型中子发生器的研制中具有其他靶材所不具有的优势。9Be(d,n)10 B反应的中子产额和中子角分布数据,尤其是低能区的数据,对小型中子发生器的设计非常重要。本文在中国原子能科学研究院的600kV高压倍加器上测量了100～500keV能区9Be(d,n)10B反应的中子产额和中子角分布。     

HINEG强流氘氚中子发生器方案设计分析

HINEG(High Intensity Neutron Generator)中子发生器是正在设计建造的直流/脉冲两用型强流氘氚聚变中子发生装置。本文给出装置的总体方案,并对其主要设计特点进行分析。HINEG直流中子强度的最高设计指标为3×1013 n/s,脉冲中子脉冲宽度的设计指标小于1.5ns,束流光学计算结果表明,总体方案设计可以满足设计指标要求。系统设计的主要特点包括螺线管透镜选束聚焦、高梯度均匀场加速管加速和高能段切割的脉冲化方式。     

51 100kV低能纳秒脉冲化系统的研究

在低能氘-氘γ核聚变的研究中，为和正在研制的低能核聚变装置在能量上衔接起来，根据中子核数据测量的要求，提出研制出低能量的纳秒脉冲中子发生器装置。     

T(d,n)4He强流中子发生器的中子能谱和角分布模拟计算

采用将厚靶分割成薄靶的方法对厚氚钛靶、260keV氘束流能量条件下T(d,n)⁴He反应中子源的能谱和角分布进行计算。以分割法计算得到的能谱和角分布数据为基础,建立了D-T中子源Monte-Carlo模拟抽样模型,在考虑中子发生器各元件材料及实验大厅墙壁对快中子的慢化、散射和吸收的条件下,采用MCNP程序对兰州大学3×10¹²s^-1强流中子发生器260keV氘束流能量下的中子能谱和角分布进行了模拟,给出了模拟结果。为检验模拟结果的可靠性,与实验测量能谱进行了比较,Monte-Carlo模拟谱和实验测量谱基本符合。     

积分实验系统的标准样品法检验

积分实验是检验评价中子核数据准确性的重要手段,利用标准样品法,对中国原子能科学研究院的积分实验系统进行了检验。标准样品分别采用聚乙烯(10 cm×10 cm×5 cm)和水(?10 cm×5 cm),通过中子飞行时间技术,获得了14 MeV氘氚脉冲中子与聚乙烯作用后47°方向泄漏中子谱,与水作用后30°方向泄漏中子谱。利用MCNP5程序获得相应的模拟,对模拟谱(C)与实验谱(E)中的中子与氢弹性散射峰(n-p散射峰)面积进行了比较。结果表明,两个样品的n-p散射峰面积C/E值均在2%内一致。实验证明系统获得的测量数据是可靠的。     

等离子体参数对中性束注入下快离子自举电流影响

本文数值研究了等离子体参数对大纵横比托卡马克装置中性束注入时产生的快离子净电流密度分布的影响。研究表明净电流密度的大小随背景等离子体温度的增大而增大,随等离子体密度的增大而减小,等离子体有效电荷对净电流密度的大小影响较小,但随有效电荷的增大净电流密度的峰值向等离子体边缘偏移。     

Beam Driven Tokamak Fusion Reactors

The recent successes in neutral beam current drive experiments on large tokamaks prompt us to consider the prospect of a beam driven steady state tokamak fusion reactor. A neo-classical theory on the beam driven current, which fully includes the toroidal effects on the induced ion and electron currents and is the most reliable to date, is reviewed in this article. The prospect of steady state tokamaks predicted by the theory may be somewhat pessimistic if the plasma current is sustained only by the beam driven current, because too much beam power is necessary for the current drive. However, thanks to the bootstrap current which was discovered in many tokamaks in recent years, the feasibility of a continuous tokamak operation will probably be highly improved because several tens of percent of the current will be produced by the bootstrap current. The energy gain Q would attain 30 to 50 in the power reactor and about 10 even for next generation (demonstration size) tokamaks.     

上海光源直线加速器的弱流强运行

上海光源(SSRF)直线加速器正常运行时,重复频率2 Hz,单束团脉宽1 ns,电荷量1 nC。近年来,国际同步辐射领域发展起来的恒流注入模式要求直线加速器以弱流强运行,在相同的重复频率和脉宽下,单脉冲电荷量越小越好,此方法重复性较好。本文在理论计算基础上,结合实验,给出了弱流强稳定运行的实现方法,确定了在Top-up模式下,直线加速器的脉冲电荷量为0.1 nC。     

400 kV强流中子发生器的物理设计

对400 kV强流中子发生器进行了物理设计。采用Poisson/Superfish软件对中子发生器高压电极和加速管的电场分布进行了模拟,结果显示,各关键区域的空间电场最大值远低于击穿电场限值。以强流束旁轴包络方程为基本模型,发展了强流束传输系统束包络的计算机模拟程序IONB1.0,模拟了中子发生器传输系统中40 mA的D束流包络。结果显示,设计方案中所采取的两间隙高梯度加速结构有较强的聚焦性能,能有效抵消强流束空间电荷效应造成的束流发散,加速管出口处的束包络半径约3 cm,由加速管出口处的空间电荷透镜和三重四极磁透镜组成的传输系统能将束流聚焦在约140 cm处的靶上,且束斑直径小于2 cm。     

911A型中空阴极离子源的改进

对从丹麦进口的９１１Ａ型中空阴极离子源进行了重新设计，经多次出束调试及改进，离子源部件已基本国产化。气体束可达到１０＾－５Ａ；固体束最大可达到１０＾－６Ａ，一次填料可持续稳定地工作５ｈ左右。     

CIAE强流ECR离子源研制

本文介绍了研制的一台强流ECR微波离子源,其能从7 mm直径的圆孔引出大于150 mA的氢离子束(75 keV),质子比达90%。该离子源采用独特的结构提高了离子源寿命。离子源在75 keV、110 mA束流条件下连续工作超过220 h,束流中断2次,不间断工作时间超过150 h。     

应用数据挖掘的束流流强预测

文章简要介绍数据挖掘技术。在详细分析束流流强曲线特点和束流流强曲线与历史曲线的相似性基础上，提出了1种基于数据挖掘中时间序列相似性研究的束流流强预测方法，并将其运用到合肥光源运行数据分析中。试验结果表明，该方法是有效的，能够满足运行要求。     

数字BPM电子学在束流位置测量中流强依赖性研究

在BPM测量系统中,流强依赖(BCD)是影响BPM测量精度和可靠性的一个重要因素,本文通过对BPM信号处理链路分析、BPM计算方法的研究,探索在BPM测量过程中产生流强依赖的主要原因;并利用Matlab模拟实验、实验室测试、实际束流测试,找到解决BPM测量流强依赖的方法。研究结果表明,BPM信号处理通道的非线性、ADC的直流偏置是产生BPM测量流强依赖的两个主要因素。本文经过对BPM射频信号处理电路改进,对BPM信号算理算法的优化工作,解决了自研数字BPM电子学的流强依赖性问题。     

On abnormal behaviors of ion beam extracted from electron cyclotron resonance ion thruster driven by rod antenna in cross magnetic field

In a 2.45 GHz electron cyclotron resonance(ECR) ion thruster powered with rod antenna under a cross magnetic field, abnormal behaviours such as sudden drop of ion beam current(Ib) and larger increasing-rate of Ibin the high microwave power(Pw) discharges at high gas flow rates were observed. A differential method was proposed to reveal the changes in the radial profiles of gray values extracted from the end-view discharge images. The increasing-rate of Ibwith respect to Pwwas used to evaluate efficiencies of ion production and transport. Analyses indicate that discharges are dominantly sustained by ordinary wave via electron heating in the electron plasma resonance layer that can shift along the rod-antenna, and extraordinary wave can only ignite a discharge in the ECR layer in the low gas flow rate regime. In terms of the confinement region defined by the magnetic field lines intercepting with the screen grid, the confinement region of the optimized 2.45 GHz cross magnetic field takes the shape of hourglass, enabling the high increasing-rate of I_b with respect to P_w in high power discharges at high gas flow rates.Correlated with the accompanied bright boundary layer appearing in the differentiated image, the sudden drop of I_b in the low gas flow rate regime is attributed to the discharge ignited by the enhanced extraordinary wave in the ECR layer neighbouring the narrowest confinement region,where the produced ions can promptly enter the loss region.     

Pulsed intense electron beam emittance measurement

Recently we measured with the Modified Three Gradient Method(MTGM) the beam emittance of an injector constructed in 2012, which was designed to provide a 2.4 kA, 2.6 MeV electron beam. The MTGM is a non-intercept indirect method, which is based on the three gradient type measurements of beam profiles and subsequent data processing which helps to get the least square solution to the beam emittance. Beam profiles under different currents of guiding coil are measured using Cerenkov radiation given off by a piece of quartz glass in the beam tube, which is recorded with a CCD camera. MTGM Code is developed to realize the data fitting as well as beam transport simulation, in which both the σ matrix method and the numerical solution of root-mean-square beam envelope equation are used. The error is also analyzed.