负潘宁源中子管的离子源及引出系统仿真研究

论文摘要

小型潘宁负离子源中子管是一种能够产生中子的加速装置,由离子源、储存器、加速电极、靶等四部分组成,基本原理是通过氘氚聚变反应产生能量为2.5MeV或14MeV的中子。它具有中子能量高、单色性好、产额稳定、使用安全等特点,其在物质元素分析、石油测井、中子医疗等领域有着广泛的应用。目前,国内中子管的离子源主要采用潘宁离子源,具有结构相对简单、寿命长、使用方便、气体电离率高的优点,本文所研究的小型潘宁负离子源中子管除了具备以往潘宁源中子管优点之外,还具有以下特点:(1)离子源径向引出束流多数为单原子氢离子,束流利用率高,可达80%以上;(2)通过离子源磁钢产生磁场和电子屏蔽罩的引出结构可以过滤束流中杂质电子,提高单原子氢离子的纯度;(3)阴极无需外加热源,结构更加紧凑,使用携带方便。离子源的功能是能够使氘氚气体电离并产生离子,离子源的电离过程十分复杂,受到离子源内部的电极几何形状、电极材料、放电电压、气压、电离气体、磁场大小等参数影响,如果采取大量实验堆积数据得到实验规律,无疑会耗费大量人力、物力、财力等,因此,本文为了解决这一问题使用理论研究和模拟仿真相结合的方法。先从理论上进行推导研究,找出能够影响离子源气体电离率结构参数,然后利用这些结构参数,通过大量的电磁模拟仿真,总结出结构参数变化对于提高气体电离率和束流引出率的规律,进一步指导中子管的结构设计。具体研究工作如下:(1)在理论上,采取单粒子轨道理论和等离子体理论,前者从局部范围内分析单个电子的运动轨迹规律,后者从宏观角度上模拟离子源内部电子数密度分布。首先分析离子源内部结构参数对于离子源内部空间区域中电磁场分布的影响,然后研究电磁场的分布对于电子运动轨迹和电子数密度影响,最后总结出离子源内部结构参数对于电子运动轨迹和离子源中电子数密度影响的理论规律。(2)在模拟仿真方面,使用了CST和COMSOL两款仿真软件,前者模拟电磁场空间分布和电子运动轨迹,后者从宏观的角度上模拟负潘宁等离子体的电子数密度。通过改变对阴极表面挖空深度、阳极筒长度、阳极筒半径等参数,并使用电磁仿真软件CST仿真模拟离子源内部的空间电场、磁场分布,再利用CST的粒子追踪模块模拟电子在阳极筒内部的运动轨迹,得到离子源结构参数对于电子运动轨迹影响规律,通过COMSOL中等离子体模块,从统计学角度上探究离子源的结构参数对于离子源空间区域电子数密度分布影响。(3)根据电子运动轨迹和电子数密度模拟仿真结果,设计出小型潘宁负离子源中子管的径向引出结构,并且通过CST模拟仿真,找出合适参数将引出束流中杂质电子进行分离,根据模拟仿真的结果总结出结构参数影响规律,为提高小型负潘宁源中子管的产额提供了理论依据。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姜瀚

导师: 乔双

关键词: 中子管,离子源,电子轨迹,电子数密度,束流分离

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: O571.5

总页数: 80

文件大小: 3797K

下载量: 96

相关论文文献

• [1].射频负离子源关键参数测量系统研制[J]. 核电子学与探测技术 2019(03)
• [2].氩气真空弧放电实验研究[J]. 中国原子能科学研究院年报 2016(00)
• [3].用于中子管的微波离子源放电特性的仿真研究[J]. 真空科学与技术学报 2020(03)
• [4].阳极层离子源的发展及应用[J]. 真空 2018(05)
• [5].内部离子源的结构优化设计[J]. 中国原子能科学研究院年报 2013(00)
• [6].负氢多峰场离子源发射度改善的实验装置[J]. 中国原子能科学研究院年报 2009(00)
• [7].微波驱动离子源的恢复[J]. 中国原子能科学研究院年报 2008(00)
• [8].射频离子源离子束成分光谱测量[J]. 核聚变与等离子体物理 2018(02)
• [9].常压敞开式质谱离子源发展趋势[J]. 分析科学学报 2017(02)
• [10].不同磁路电子回旋共振离子源引出实验[J]. 物理学报 2016(04)
• [11].光学加工射频离子源的去除函数与稳定性研究[J]. 航空精密制造技术 2016(05)
• [12].加速器驱动核废料嬗变系统强流离子源的可靠性研究[J]. 中国原子能科学研究院年报 2010(00)
• [13].医用加速器装置的离子源进气系统控制[J]. 原子核物理评论 2019(04)
• [14].采用针-环离子源的集成式高场非对称波形离子迁移谱系统[J]. 光学精密工程 2019(06)
• [15].介质阻挡放电离子源的研究进展[J]. 河南科技 2019(11)
• [16].射频离子源朗缪尔双探针设计[J]. 真空科学与技术学报 2017(05)
• [17].一种用于类金刚石镀膜的矩形离子源[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊) 2016(07)
• [18].超导离子源高压平台端电源的测量与控制[J]. 电源技术 2014(10)
• [19].紧凑型离子源结构设计[J]. 中国原子能科学研究院年报 2010(00)
• [20].多峰离子源的三维数值模拟优化与设计[J]. 物理学报 2012(13)
• [21].低能宽束离子源的研究进展[J]. 真空 2008(05)
• [22].低功率圆柱形阳极层离子源的性能研究[J]. 核聚变与等离子体物理 2009(01)
• [23].基于微机电系统技术的薄膜离子源制备与实验研究[J]. 原子能科学技术 2019(07)
• [24].电感耦合式射频离子源放电与引出特性实验[J]. 科学技术与工程 2019(22)
• [25].介质阻挡放电离子源质谱分析[J]. 中国科学:化学 2014(05)
• [26].高频离子源的光学设计[J]. 真空科学与技术学报 2012(02)
• [27].霍尔无栅离子源的研制及应用[J]. 表面技术 2012(02)
• [28].脉冲真空弧离子源的质谱分析[J]. 真空 2010(02)
• [29].强流双潘宁离子源弧特性研究[J]. 核技术 2009(03)
• [30].基于介质阻挡放电离子源的温控系统设计及应用[J]. 移动通信 2017(08)

标签：中子管论文;  离子源论文;  电子轨迹论文;  电子数密度论文;  束流分离论文;