靶膜材料及表面层对D-T中子管产额和靶寿命影响的研究

论文摘要

中子管是一种小型加速器中子源,它把离子源、加速系统、靶、气压调节系统密封在一个陶瓷管内,构成一支结构紧凑的电真空器件。它是一种进行中子物理及中子应用技术研究的重要中子源,广泛应用于中子测井、爆炸物及毒品检测、辐照育种、中子照相、在线中子活化分析等领域。针对不同应用研究,需要获得高中子产额和长寿命的中子管。靶特性是中子管的重要参数之一,中子管靶由靶膜和靶衬底两部分构成,靶膜在中子管内部用来储存氚气,也是发生氘氚核反应的界面,其制作工艺、材料、厚度等因素直接决定中子管产额和寿命。钛是迄今为止发现的吸氢密度最高的单质金属,常被用作中子管靶膜材料,但单质钛作中子管薄膜材料存在固有缺陷,如单质钛金属抗溅射能力差,吸氢后塑性、柔韧性及抗拉强度下降,易出现氢脆现象,甚至在体内产生大量裂纹影响使用。针对单质金属靶材料存在的缺陷,我们向钛靶膜材料中掺杂其他金属形成合金靶材料,来提高单质金属力学性能。不仅靶膜材料会影响中子管中子产额和寿命,在中子管靶运输和贮存过程中,靶膜表面易形成氧化层,也会影响中子产额与寿命。另外,中子管离子束流中存在杂质离子,轰击靶后置换出氚气并损伤靶,也会降低中子管的产额与寿命。本文首先利用SRIM软件计算纯钛靶表面具有氧化层的中子产额,与~3He中子监测仪测得的纯钛靶中子产额进行比较,模拟结果与实验结果符合良好,证明了SRIM软件模拟本模型的可靠性,可利用其进行相关材料的开发及性能预测。之后改变入射离子能量、氧化层厚度、保护层材料、合金靶材料以及合金掺杂比例,利用SRIM研究以上条件对中子管中子产额和靶寿命的影响,结果表明合金靶材料提高靶的抗溅射能力,在靶表面镀保护层可进一步提高靶寿命,并防止靶表面氧化层的生成,获得高中子产额。最后经过大量模拟数据分析得到高产额和长寿命中子管的最佳靶设计方案。

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摘要

Abstract

第一章引言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第二章实验及计算方法

2.1 实验方法

2.1.1 靶膜的制备

2.1.2 中子产额测量

2.2 计算方法

2.2.1 SRIM软件

2.2.2 中子产额计算方法

2.2.3 溅射产额和靶寿命计算方法

第三章 D-T中子管中子产额模拟

3.1 氧化层靶中子产额

3.1.1 无氧化层纯钛靶中子产额

3.1.2 氧化层纯钛靶中子产额

3.1.3 无氧化层合金靶中子产额

3.1.4 氧化层合金靶中子产额

3.2 保护层靶中子产额

3.2.1 纯钛靶中子产额

3.2.2 合金靶中子产额

3.3 讨论

第四章 D-T中子管溅射产额和靶寿命模拟

4.1 无保护层靶的溅射产额和靶寿命

4.1.1 溅射产额

4.1.2 靶寿命

4.2 保护层靶的溅射产额和靶寿命

4.2.1 溅射产额

4.2.2 靶寿命

4.3 讨论

第五章总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间公开发表论文及著作情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 年瑞雪

导师: 景士伟

关键词: 中子管,氧化层,保护层,合金靶,中子产额,靶寿命

来源: 东北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,核科学技术

单位: 东北师范大学

分类号: O571.53

总页数: 57

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靶膜材料及表面层对D-T中子管产额和靶寿命影响的研究

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