潘宁离子源及其工作方法与流程

本发明涉及加速器中子源，尤其涉及一种潘宁离子源及其工作方法。

背景技术：

1、中子管作为一种小型可控中子源，其可以工作在高重复频率的脉冲状态下，利用脉冲起始时刻作为后端测量的定时零点，从而实现脉冲中子的广泛应用。但是，现在小直径中子管采用的冷阴极潘宁离子源，由于脉冲放电的初始电子主要来源于冷阴极表面的场致电子发射与背景气体中由于宇宙射线引起的少量电离粒子，造成冷阴极潘宁离子源的脉冲放电具有较长的延迟时间与脉冲上升时间，并且冷阴极潘宁离子源的脉冲放电延迟时间与脉冲上升时间还会随着放电电流的减小而变长，使得冷阴极潘宁离子源无法在短延迟时间与上升时间的状态下覆盖更宽范围的中子产额。因此，解决在更宽中子产额范围下的输出中子脉冲特性的提升，同时又不增加潘宁离子源与中子管的尺寸，成为了拓宽中子管脉冲应用性能的一大关键问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种潘宁离子源，可以提供一种在潘宁离子源的两个阴极之间的放电空间，安装热阴极灯丝，利用热阴极灯丝在电流加热下的热电子发射，作为冷阴极脉冲潘宁离子源每个脉冲的启动电子，从而可以大幅缩短冷阴极脉冲潘宁离子源放电电流的脉冲延迟时间、上升时间及其时间抖动；同时，热阴极灯丝与小直径中子管的气体储存器串联连接，利用气体储存器工作所需的大电流串联加热热阴极灯丝，在不额外增加中子管电源的情况下，实现了热阴极的电子发射，可显著提升微型脉冲潘宁离子源的脉冲工作特性，解决了基于潘宁离子源的小直径脉冲中子管的脉冲特性提升这一关键的问题。

2、本发明实施例提供一种潘宁离子源，所述潘宁离子源由离子源底座以及设置在所述离子源底座上的离子发生腔构成，所述离子发生腔包括：离子源阴极、热启动电子发射源、阳极筒、离子源对阴极；

3、其中，离子源阴极设置在离子发生腔的一端与所述离子源底座连接，所述离子源对阴极设置在所述离子发生腔的另一端，所述阳极筒以及所述热启动电子发射源设置在所述离子源阴极与所述离子源对阴极之间，所述阳极筒与所述热启动电子发射源与外界电源进行电连接，所述热启动电子发射源在电流加热下发射的热电子，作为所述潘宁离子源每个脉冲的启动电子。

4、可选的，所述热启动电子发射源包括串联设置的气体储存器与热阴极灯丝，所述气体储存器与所述热阴极灯丝与所述外界电源形成通电回路。

5、可选的，所述离子源底座上设置有第一电极孔，所述第一电极孔中安装灯丝馈入电极，所述灯丝馈入电极的一端与所述外界电源电连接，所述灯丝馈入电极的另一端与所述气体储存器电连接。

6、可选的，所述离子源底座上设置有第二电极孔，所述第二电极孔中安装支撑电极杆，所述支撑电极杆的一端与所述外界电源电连接，所述支撑电极杆的另一端与所述阳极筒电连接。

7、可选的，所述离子源底座的中部设置有第一阴极限位槽，所述第一阴极限位槽的轴线与所述离子源底座重合，所述离子源阴极设置在所述第一阴极限位槽内。

8、可选的，离子源阴极具有容纳槽，所述容纳槽内设置有一磁钢。

9、可选的，所述离子发生腔还包括：离子源外壳，所述离子源底座的外周开口设置有外壳限位槽，所述离子源外壳的一端与离子源底座的限位槽配合安装。

10、可选的，离子发生腔还包括：磁环或磁筒以及离子源引出电极，所述离子源外壳的另一端开口设置有第二阴极限位槽，所述离子源对阴极、所述磁环或磁筒、所述离子源引出电极依次叠层安装于离子源外壳的第二阴极限位槽内。

11、第二方面，本发明实施例还提供一种潘宁离子源的工作方法，所述潘宁离子源的工作方法应用于如本发明实施例提供的任一项所述的潘宁离子源，所述潘宁离子源的工作方法包括以下步骤：

12、上电后，将热启动电子发射源在电流加热下发射的热电子，作为所述潘宁离子源每个脉冲的启动电子。

13、可选的，所述热启动电子发射源包括串联设置的气体储存器与热阴极灯丝，所述气体储存器与所述热阴极灯丝与所述外界电源形成通电回路，所述潘宁离子源的工作方法包括以下步骤：

14、上电后，将热阴极灯丝在电流加热下发射的热电子，作为所述潘宁离子源每个脉冲的启动电子。

15、本发明实施例中，离子源阴极设置在离子发生腔的一端与所述离子源底座连接，所述离子源对阴极设置在所述离子发生腔的另一端，所述阳极筒以及所述热启动电子发射源设置在所述离子源阴极与所述离子源对阴极之间，所述阳极筒与所述热启动电子发射源与外界电源进行电连接，所述热启动电子发射源在电流加热下发射的热电子，作为所述潘宁离子源每个脉冲的启动电子，利用热阴极灯丝在电流加热下的热电子发射，作为冷阴极脉冲潘宁离子源每个脉冲的启动电子，从而可以大幅缩短冷阴极脉冲潘宁离子源放电电流的脉冲延迟时间、上升时间及其时间抖动，同时，热阴极灯丝与小直径中子管的气体储存器串联连接，利用气体储存器工作所需的大电流串联加热热阴极灯丝，在不额外增加中子管电源的情况下，实现了热阴极的电子发射。

技术特征：

1.一种潘宁离子源，其特征在于，所述潘宁离子源由离子源底座(1)以及设置在所述离子源底座(1)上的离子发生腔构成，所述离子发生腔包括：离子源阴极(3)、热启动电子发射源、阳极筒(7)、离子源对阴极(9)；

2.如权利要求1所述的潘宁离子源，其特征在于，所述热启动电子发射源包括串联设置的气体储存器(4)与热阴极灯丝(5)，所述气体储存器(4)与所述热阴极灯丝(5)与所述外界电源形成通电回路。

3.如权利要求2所述的潘宁离子源，其特征在于，所述离子源底座(1)上设置有第一电极孔，所述第一电极孔中安装灯丝馈入电极(2)，所述灯丝馈入电极(2)的一端与所述外界电源电连接，所述灯丝馈入电极(2)的另一端与所述气体储存器(4)电连接。

4.如权利要求1所述的潘宁离子源，其特征在于，所述离子源底座(1)上设置有第二电极孔，所述第二电极孔中安装支撑电极杆(6)，所述支撑电极杆(6)的一端与所述外界电源电连接，所述支撑电极杆(6)的另一端与所述阳极筒(7)电连接。

5.如权利要求1所述的潘宁离子源，其特征在于，所述离子源底座(1)的中部设置有第一阴极限位槽，所述第一阴极限位槽的轴线与所述离子源底座(1)重合，所述离子源阴极(3)设置在所述第一阴极限位槽内。

6.如权利要求5所述的潘宁离子源，其特征在于，所述离子源阴极(3)具有容纳槽，所述容纳槽内设置有一磁钢(12)。

7.如权利要求1所述的潘宁离子源，其特征在于，所述离子发生腔还包括：离子源外壳(8)，所述离子源底座(1)的外周开口设置有外壳限位槽，所述离子源外壳(8)的一端与离子源底座(1)的限位槽配合安装。

8.如权利要求7所述的潘宁离子源，其特征在于，离子发生腔还包括：磁环或磁筒(10)以及离子源引出电极(11)，所述离子源外壳(8)的另一端开口设置有第二阴极限位槽，所述离子源对阴极(9)、所述磁环或磁筒(10)、所述离子源引出电极(11)依次叠层安装于离子源外壳(8)的第二阴极限位槽内。

9.一种潘宁离子源的工作方法，其特征在于，所述潘宁离子源的工作方法应用于如权利要求1至8中任一所述的潘宁离子源；所述潘宁离子源的工作方法包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的潘宁离子源的工作方法，其特征在于，所述热启动电子发射源包括串联设置的气体储存器(4)与热阴极灯丝(5)，所述气体储存器(4)与所述热阴极灯丝(5)与所述外界电源形成通电回路，所述潘宁离子源的工作方法包括以下步骤：

技术总结本发明提供一种潘宁离子源，所述潘宁离子源由离子源底座以及设置在所述离子源底座上的离子发生腔构成，所述离子发生腔包括：离子源阴极、热启动电子发射源、阳极筒、离子源对阴极；其中，离子源阴极设置在离子发生腔的一端与所述离子源底座连接，所述离子源对阴极设置在所述离子发生腔的另一端，所述阳极筒以及所述热启动电子发射源设置在所述离子源阴极与所述离子源对阴极之间，所述阳极筒与所述热启动电子发射源与外界电源进行电连接，所述热启动电子发射源在电流加热下发射的热电子，作为所述潘宁离子源每个脉冲的启动电子。本发明可以解决基于潘宁离子源的小直径脉冲中子管的脉冲特性提升这一关键的问题。技术研发人员：唐建,刘猛受保护的技术使用者：中国工程物理研究院核物理与化学研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/29