基于密封惯性静电等离子体约束腔的氘氚中子源研制与稳定性研究

【编辑推荐】本研究成功开发了一种基于惯性静电等离子体约束（IEC）技术的密封中子源，采用氘氚（D-T）混合气体和钼中央电极设计，实现了14 MeV中子稳定输出（108 neutr./s），连续运行600小时无衰减。该装置通过钛吸附剂气体发生器维持真空，解决了传统IEC腔体效率低（102-106 neutr./J）和寿命短的问题，为工业活化分析、危险物质检测等应用提供了可靠解决方案。

　　

Highlight
实验装置
研发的IEC腔体IU1-120采用双球形电极结构：外径120 mm的无氧铜阳极与直径60 mm的钼制网状阴极（由5 mm宽环形组件构成，透明度η=0.65）。阴极通过高能效加速设计（ξ=0.85）促进氘氚离子振荡，配备8个潘宁型离子源（Penning-type ion sources）和钛吸附剂气体发生器，实现密封环境下的D-T混合气体（10^?3 Torr）自动补给。

结果与讨论
实验发现：

1. 离子源（IS）在U_IS=2 kV、U_CA=20 kV时，电流I_IS与辉光放电加热电流I_GG呈正相关；
2. 中央电极加热后中子通量骤增，最终稳定在1.6×10⁸ neutr./s（输入功率800 W）；
3. 连续8小时运行中，14 MeV中子通量保持10⁸ neutr./s，验证了D-T反应的长期稳定性。

结论
该IEC中子源通过优化电极几何参数（η/ξ）和密封气体控制技术，解决了传统装置效率低、寿命短的核心痛点，为核医学、安检等领域提供了首个可"24/7"运行的便携式14 MeV中子发生器。未来研究将聚焦中子能谱分析（参见文献[25]方法）。