【摘 要】
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基于氘氘D（d,n）~3He和氘氚T（d,n）~4He聚变反应的ns脉冲中子发生器,在快中子核数据测量、中子物理及中子应用技术等研究中具有特殊的应用价值。针对我国ns脉冲中子发生器装置稀少,且D束流普遍偏弱,中子产额低,无法很好的满足中子核数据测量、中子物理及中子应用技术研究需求的现状,本论文拟基于兰州大学正在研制的直流束ZF-400强流中子发生器,设计一条强流ns脉冲束流线,用于产生强流ns脉冲
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基于氘氘D（d,n）~3He和氘氚T（d,n）~4He聚变反应的ns脉冲中子发生器,在快中子核数据测量、中子物理及中子应用技术等研究中具有特殊的应用价值。针对我国ns脉冲中子发生器装置稀少,且D束流普遍偏弱,中子产额低,无法很好的满足中子核数据测量、中子物理及中子应用技术研究需求的现状,本论文拟基于兰州大学正在研制的直流束ZF-400强流中子发生器,设计一条强流ns脉冲束流线,用于产生强流ns脉冲中子束。对论文的主要研究内容、研究结果和结论总结如下:1、在总结ZF-400直流束强流中子发生器设计方案的基础上,提出了ns脉冲束线的总体构想,并对ns脉冲D1+束流提出如下设计目标:D束流能量200-400ke V可调;经分析并聚焦注入到脉冲系统的D1+束流要达到5m A;靶上脉冲D1+束流半高宽小于2.0ns,束斑直径小于Φ10mm。采用自主开发的IONB1.0程序,通过束流包络模拟,确定了前端直流束线方案,即离子源引出直流D混合束流强为15m A,分析后氘单原子离子束（D1+）达到7.5m A,经光栏准直,注入束斑10mm,注入束流大于5m A。2、开展了脉冲束线关键元件正弦扫描切割器及漂移管双间隙聚束器设计理论和方法的研究,在此基础上,完成了两个元件初步的参数设计。3、应用束流动力学模拟程序TRACK,模拟了束流能量400ke V条件下,D1+束流在脉冲系统的传输状态,依据束流传输状态模拟结果,完成了切割器和聚束器的结构参数和电参数设计。其中,正弦扫描切割器的主要设计参数为:1)扫描板长度200mm;2)两极板间隙40mm;3)扫描电压的频率设定1.6MHz;4)扫描电压幅值4k V;5)扫描板与选束板间的漂移距离50cm;6)选束板上狭缝x方向半宽度6mm,y方向半宽度1.5mm;7)切割后长脉冲宽度85ns,脉冲束平均流强0.309m A,切割束团的重复频率3.2MHz。漂移管双间隙聚束器的主要设计参数为:1)中间电极长度463.26mm;2)地电极长度100mm;3)聚束管内直径Φ30mm;4)聚束间隙宽度为20mm;5)聚束电压幅值为80k V;6)聚束电压频率为6.4MHz。此参数下聚束器与靶之间的漂移距离选为462cm;7)在漂移段加一组三单元四极透镜组,其靶上脉冲半高宽为1.173ns,底宽为2.399ns,靶上x方向束斑直径为7.43mm,y方向束斑直径为7.21mm,满足脉冲束线的设计要求。4、最后对不同能量（D1+）束流的切割和聚束情况进行了模拟和分析,结果显示,在束流能量降低条件下,也可以实现ns脉冲,能量为350ke V、300ke V、200ke V时,靶上脉冲半高宽分别可到1.631ns、1.727 ns、1.789ns,但脉冲底宽明显大于能量为400ke V的结果,原因可能是:切割器、聚束器相关参数没有实现完全优化匹配,尚需要进一步优化设计。
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