本发明属于加速器中子源领域，尤其涉及一种基于全玻璃型螺旋波离子源的紧凑型中子发生器。
背景技术：
1、氘氘中子发生器是一种利用氘核聚变反应产生中子的核技术装置。其通过将氘离子加速后和靶材相互碰撞，产生高能中子。氘氘中子发生器的技术原理主要有离子源技术、加速器技术和聚变反应三个方面。其中加速器中子源是利用加速器离子源产生离子，并利用高压电场加速，轰击靶材，靶材承受高能质子束轰击后会发生氘氘聚变反应，在4π方向上释放中子。相较于利用放射性核素产生中子的放射源中子源，加速器中子源具有安全性高、可控性好、使用寿命长等优点。但是对于中子发生器的束流强度和中子产额的提升目前仍是一个难题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于全玻璃型螺旋波离子源的紧凑型中子发生器，该装置采用全玻璃的螺旋波离子源提高等离子体密度，并使用铜基底的固态氘自成靶，同时使用磁铁和电阻对二次电子进行抑制，保证整体装置紧凑、结构简单、零部件加工便捷，同时满足对离子束进行约束、对二次电子抑制，进而获得强流离子束，提高中子产额。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种基于全玻璃型螺旋波离子源的紧凑型中子发生器，所述中子发生器包括离子源部分、腔室部分、靶体部分及其配套的抽真空系统、高压馈入系统、射频系统、冷却系统和供气系统；所述离子源部分、腔室部分、靶体部分由上至下依次连接，其中，
4、所述离子源部分用于接收供气系统馈入的气体，基于天线与射频系统的匹配器连接，通过控制射频功率大小从而使天线对馈入的气体进行激励产生螺旋波等离子体；
5、所述引出部分用于将所述等离子体以离子束形式引入至腔室部分；
6、所述腔室部分用于结合配套的抽真空系统为离子束构建真空环境；
7、所述靶体部分用于集中真空环境下的离子束，通过高压馈入系统发生氘氘聚变反应以产生中子；
8、所述冷却系统分别为离子源部分、靶体部分提供冷却通道。
9、进一步的，所述离子源部分通过离子源盖板和腔室上盖板之间的螺栓连接进行固定，离子源腔室为上部圆盖封顶、突出一小段中空圆柱和下部通口的类圆柱体，离子源腔室通过玻璃盖板与离子源盖板之间的螺栓连接进行固定，离子源腔室外部放有天线和磁铁，线圈接入射频系统后激发离子源腔室内部的气体，生成螺旋波等离子体，磁铁对螺旋波等离子体进行约束。
10、进一步的，所述腔室部分的腔室主体呈圆柱体形状，使用螺栓连接腔室上盖板和腔室下盖板，上下盖板和腔室之间使用密封圈进行真空密封，在腔室周身设有抽气口，抽气口处安装抽真空系统，为腔室内部提供真空环境。
11、进一步的，所述靶体部分包括同轴心的引出电极、靶、连接架、靶体支撑柱、靶基座等，靶体支撑柱通过底部边缘的固定螺丝与靶基座固定，连接架与靶体支撑柱通过螺栓连接进行固定，靶与连接架通过螺栓连接进行固定，引出电极通过嵌入的方式与连接架进行固定，靶基座与腔室下盖板通过螺栓连接，引出电极内部放有磁铁对二次电子进行抑制，连接架处放有电阻同样对二次电子进行抑制，靶基座内部开有高压通道，用于高压馈入系统通过高压馈入线馈入高压至靶上。
12、进一步的，所述腔室部分的腔室采用金属制作，腔室形状和大小依据靶体直径和安装环境进行确定，腔室周身开设功能口用于抽气、观察、测量，腔室两端焊接法兰。
13、进一步的，所述腔室上盖板整体为中间开孔的法兰，中间开孔直径大于引出筒头部直径且小于离子源盖板的外直径，所述腔室上盖板采用与所述腔室部分的腔室相同材料制作。
14、进一步的，所述离子源腔室采用非金属材料制作，上端为圆盖封顶且突出一段中空圆柱，其上放有使得反应气体可以从此处进入离子源腔室，中部为中空的圆柱，下端为向外伸出一部分且下部有部分凸起的圆盘，端面形状依据密封方式进行改变，下端上、下两面分别与玻璃盖板和离子源盖板相配合接触。
15、进一步的，所述离子源腔室通过玻璃盖板和离子源盖板之间的挤压来进行固定，并由于密封圈挤压变形构成离子源真空密封。
16、进一步的，所述天线为 helicon 型天线。
17、进一步的，天线选用导热性优良和电导率高的材料进行制作，天线内部设有冷却通道，天线截面为内部中空的圆环。
18、进一步的，所述气体为氘气，使用气体储存容器进行储存，容器本身具有气体压力表、针阀、减压阀。
19、进一步的，所述离子源腔室上端设置有进气管，所述进气管管路上安装气体控制器，用于控制被释放到所述离子源腔室中的氘气的流量和气路的打开和关闭。
20、进一步的，玻璃盖板上端面车三个中心对称的螺纹孔和l型凹槽，分别用于旋入螺纹支柱和固定环形磁铁并使其与离子源腔室同轴心，下端面车有两个密封槽。
21、进一步的，凸出型磁铁卡盘车有圆孔用于通过离子源腔室，边缘处车有和玻璃盖板三个螺纹孔相对应的三个通孔，一端面有凸起的圆环，用于固定天线并起到使天线和离子源腔室同轴心的作用，另一端面车有l型凹槽，用于固定环形磁铁并使其与离子源腔室同轴心。
22、进一步的，平面型磁铁卡盘中心车有圆孔用于通过离子源腔室，边缘处车有和玻璃盖板三个螺纹孔相对应的三个通孔，一端面车有l型凹槽，用于固定磁铁并使其与离子源腔室同轴心，另一端面为平面。
23、进一步的，所述离子源盖板采用导热性良好的金属材料制作，外形为圆盘形状，中心处开有直形离子束引出孔，起到等离子体电极的作用，通过与腔室上盖板之间的密封圈密封形成真空密封。
24、进一步的，离子源盖板内部设有中空圆环型冷却通道，上端面焊接有突出圆柱形内螺纹孔。
25、进一步的，所述离子源部分，螺纹支柱、螺母、玻璃盖板、螺栓、突出型磁铁卡盘、平面型磁铁卡盘材质选用peek材料制作。
26、进一步的，所述靶基座和腔室下盖板之间通过螺栓连接的方式进行固定。
27、进一步的，所述靶基座采用绝缘材质制作，整体为上端小形内凹型中空圆柱、下端大圆柱、上端和下端结合处有外凸形圆盘边沿，外凸型圆盘边沿上车有12个通孔，内部设有l型圆形通道。
28、进一步的，所述靶基座下端面车有高压馈入通道，高压通道整体为圆柱形，下端有内螺纹。
29、进一步的，所述高压密封管道整体为两端圆柱、中部正六边形平板，圆柱外部车有螺纹，上端圆柱车有圆柱孔，下端圆柱车有锥形孔；高压密封盖整体为外部正六边形、内部中空内螺纹圆柱，端面车有圆形孔；锥形橡胶塞中间设有圆形通孔。
30、进一步的，所述靶体支撑柱整体为圆柱形，下端有凸出形边沿，内部设有圆形贯穿通道，其凸出形边沿上车有圆周分布的通孔，上端面车有圆周分布的螺纹孔，靶体支撑柱与靶基座通过螺钉链接进行固定，下端面车有螺纹孔。
31、进一步的，所述高压密封管通过螺纹紧固在靶基座上，高压线插入高压馈入通道，高压线头部丝线通过螺栓靶体支撑柱下端面螺纹孔之间的连接进行固定，再借助锥形橡胶塞的径向力与高压密封盖的轴向力将其固定在靶基座上，高压密封管道与靶基座接触的一面开有密封槽。
32、进一步的，所述连接架上下两端为圆盘形，均车有圆周分布的通孔，中部为导有圆角的长方体形内部有两个圆形贯穿通道，连接架通过与靶体支撑柱之间进行螺钉链接进行固定。
33、进一步的，所述下屏蔽罩整体为下端通口、上端向内延伸的l型圆筒，上端车有圆周分布的通孔，下屏蔽罩通过与连接架下端之间以螺栓固定的方式进行固定；上屏蔽罩整体为下端通口，上端向外伸出l型外沿，其上车有圆周分布的通孔，上屏蔽罩通过与连接架上端之间以螺栓固定的方式进行固定。
34、进一步的，所述电阻元件通过连接架上、下两端之间的螺栓来进行固定。
35、进一步的，所述靶以无氧铜为基底，表面镀有涂层，所述涂层为钛膜，所镀面积和厚度尺寸依据离子束和中子参数进行设定。
36、进一步的，所述靶与连接架通过过螺栓连接的方式进行固定。
37、进一步的，所述高压密封盖和高压密封管采用绝缘材质制作，用于将高压馈入线压在靶体支撑住上。
38、进一步的，所述引出电极分为两部分，引出电极头和引出电极直筒，两部分通过卡槽进行配合固定，引出电极头车有圆形孔，引出电极直筒上端内部设有内凹形圆环。
39、进一步的，磁铁支架通过放在引出电极直筒内部凹形圆环上面进行固定，磁铁支架开有对称的两个方形孔。
40、进一步的，所述磁铁盒整体为内部中空且上部无盖的长方体，上部分有突出型边框，磁铁盒盖整体为无上盖板式且内部中空的长方体形。
41、进一步的，引出电极直筒通过卡槽与靶体支撑柱进行固定配合。
42、进一步的，所述环形磁铁为钕铁硼或钐钴材质，芯部提供1.1t磁场，上下端面为充磁面；矩形磁铁为钕铁硼或钐钴材质，芯部提供1.1t磁场，两个最大矩形面为充磁面。
43、进一步的，所述靶体部分，靶体支撑柱、连接架、靶体、引出电极均采用导电效果良好的材料制作，高压密封盖和高压密封管采用绝缘材质制作。
44、进一步的，靶体支撑柱上通有90kv高压电，高压电传输到靶与引出电极上，靶和引出电极上的电位为90kv，离子源盖板（等离子体电极）上不通高压，电位为0，引出电极和靶与离子源盖板（等离子体电极）之间产生电场，引出离子束流进入腔室，轰击到靶上。
45、进一步的，所述高压通道侧边上开有一个倾斜的氟化液进入通道和一个水平的氟化液流出通道。
46、进一步的，所述离子源部分冷却系统有天线和离子源盖板冷却。
47、进一步的，所述靶体部分冷却系统有靶冷却，冷却液通过冷却液进入通道进入、通过冷却液流出通道流出，流经靶基座、靶体支撑柱、连接架和靶，靶基座和靶体支撑柱、靶体支撑柱和连接架、连接架和靶之间的通道通过密封圈进行水密封，防止冷却液渗出。
48、进一步的，所述冷却液的电阻率大于或等于4mω·cm，保证靶表面温度小于120℃，线圈整体温度小于50℃，冷却液通过冷却机泵入冷却部位，冷却液压力、流速、温度通过冷却机进行设置。
49、进一步的，所述密封圈为氟橡胶材质，截面为圆形或矩形，放置在密封槽内，受到压力挤压后填满密封槽形成真空密封离子源腔室与等离子体水冷罩子之间设置冷却循环通道，实现对离子源上、下盖板、离子源腔室和线圈的冷却。
50、本发明的有益效果在于：
51、1、本发明采用全玻璃的螺旋波离子源，并使用铜基底的固态氘自成靶。既能保证整体装置紧凑、能耗低、结构简单，又能提高等离子体密度，从而获得强流离子束，增加了中子产额；
52、2、本发明采用磁铁和电阻相结合的方式进行二次电子抑制，极大程度地加强了二次电子抑制的效果；
53、2、本发明能够在90kv的高压下，引出10ma的束流，中子产额能够达到2e9n/s以上；
54、3、本发明整体采用常见的密封方式、便捷的快插接头、便利的螺纹连接，可以很方便的进行组装和后期零部件的替换，降低了生产和使用成本，利于实现商品化。
1.一种基于全玻璃型螺旋波离子源的紧凑型中子发生器，其特征在于：包括离子源部分、腔室部分和靶体部分；离子源部分、腔室部分、靶体部分由上至下依次连接；
2.根据权利要求1所述的一种基于全玻璃型螺旋波离子源的紧凑型中子发生器，其特征在于：气体为氘气，使用气体储存容器进行储存，气体储存容器具有气体压力表、针阀、减压阀。
3.根据权利要求1所述的一种基于全玻璃型螺旋波离子源的紧凑型中子发生器，其特征在于：玻璃盖板的上端面车有三个中心对称的螺纹孔和l型凹槽，分别用于旋入螺纹支柱和固定磁铁并使其与离子源腔室同轴心，下端面车有两个密封槽。
4.根据权利要求1所述的一种基于全玻璃型螺旋波离子源的紧凑型中子发生器，其特征在于：腔室主体的周身开设功能口，用于抽气、观察、测量，腔室两端焊接法兰。
5.根据权利要求1所述的一种基于全玻璃型螺旋波离子源的紧凑型中子发生器，其特征在于：连接架的上、下两端为圆盘形，均车有圆周分布的通孔，中部为导有圆角的长方体形内部有两个圆形贯穿通道，连接架通过螺钉与靶体支撑柱之间进行固定。
6.根据权利要求1所述的一种基于全玻璃型螺旋波离子源的紧凑型中子发生器，其特征在于：下屏蔽罩为下端通口、上端向内延伸的l型圆筒，上端车有圆周分布的通孔，下屏蔽罩通过与连接架下端之间以螺栓固定的方式进行固定；上屏蔽罩整体为下端通口，上端向外伸出l型外沿，其上车有圆周分布的通孔，上屏蔽罩通过与连接架上端之间以螺栓固定的方式进行固定。
7.根据权利要求1所述的一种基于全玻璃型螺旋波离子源的紧凑型中子发生器，其特征在于：引出电极分为两部分，引出电极头和引出电极直筒，两部分通过卡槽进行配合固定，引出电极头车有圆形孔，引出电极直筒的上端内部设有内凹形圆环。
8.根据权利要求1所述的一种基于全玻璃型螺旋波离子源的紧凑型中子发生器，其特征在于：靶体支撑柱上通有高压电，高压电传输到靶与引出电极上，引出电极和靶与离子源盖板电极之间产生电场，引出离子束流进入腔室，轰击到靶上。
9.根据权利要求1所述的一种基于全玻璃型螺旋波离子源的紧凑型中子发生器，其特征在于：高压通道侧边上开有一个倾斜的氟化液进入通道和一个水平的氟化液流出通道。
10.根据权利要求1所述的一种基于全玻璃型螺旋波离子源的紧凑型中子发生器，其特征在于：靶体部分的冷却系统的冷却液通过冷却液进入通道进入、通过冷却液流出通道流出，流经靶基座、靶体支撑柱、连接架和靶，靶基座和靶体支撑柱、靶体支撑柱和连接架、连接架和靶之间的通道通过密封圈进行水密封，防止冷却液渗出。
