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小型中子发生器的中子产额稳定控制系统设计

小型中子发生器的中子产额稳定控制系统设计

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作者：刘世梁东华理工大学

学位级别：硕士

中子发生器是自主可控、单色性好、携带方便的中子源。能够在核测井领域、中子辐照、航空航天、医疗等应用场景发挥重要作用,有逐渐取代放射性同位素中子源并占据主导地位的趋势。应国家发展需要,市场上对高质量的中子发生器有了迫切的... 详细信息

中子发生器是自主可控、单色性好、携带方便的中子源。能够在核测井领域、中子辐照、航空航天、医疗等应用场景发挥重要作用,有逐渐取代放射性同位素中子源并占据主导地位的趋势。应国家发展需要,市场上对高质量的中子发生器有了迫切的需求。但面临国外技术封锁,国内对中子发生器的研发步履维艰。因此本文以研发具有自主知识产权的可控稳定中子源为目标,研制出满足国内矿产及油气勘探、在线分析及科学研究等行业对高性能小型中子发生器的需求。论文对小型中子发生器的设计分为中子发生器驱动电源设计和中子产额稳定控制系统设计。中子发生器驱动电源设计按照其结构分别对靶高压电源、离子源脉冲高压电源以及储存器电源进行设计,保证驱动电源电子学性能可以满足中子管正常工作;中子产额稳定控制系统设计从确定中子产额稳定监测方法开始,采用间接获取中子产额信息的方案,通过盖革计数器监测到的非弹γ计数稳定程度确定中子产额的稳定。之后用MCNP模拟中子产额监测模型,确定了监测模块的反应材料以及几何结构模型。最后采用PID控制算法进行稳定闭环控制,设计控制电路,整体组成中子发生器稳定控制系统。完成设计后对中子发生器的靶高压电源、离子源高压脉冲电源以及中子产额稳定性进行测试。经过测试,靶高压最高电压达到-150k V,工作额定电压/电流-100k V/200μA,常温连续工作电压稳定性≤±1%,离子源高压脉冲电源输出幅度0～2000V可调,额定电流3m A,脉冲占空比0～100%可调,频率0～12k Hz可调,脉冲上升沿/下降沿的宽度均≤0.5μs;中子产额平均值为1.12×10n/s,中子产额对产额平均值的相对偏差≤±4%。实现了设计目标。

关键词：小型中子发生器产额稳定驱动电源控制系统

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