[发明专利]一种长寿命强流二极管复合阳极及其制作方法

说明书

本发明提供一种长寿命强流二极管复合阳极及其制作方法，其目的是为了提升强流二极管输出辐射场的均匀性，同时克服每次实验须更换阳极靶的限制。该长寿命强流二极管复合阳极包括依次设置的等离子体抑制层、轫致辐射层、电子中子吸收层和真空结构支撑层；所述等离子体抑制层的材料为石墨烯或钛，所述轫致辐射层的材料为钽，所述电子中子吸收层的材料为石墨，所述真空结构支撑层的材料为1系铝。

技术领域

本发明涉及高功率强流脉冲电子束与物质相互作用领域，具体涉及一种长寿命强流二极管复合阳极及其制作方法。

背景技术

高功率强流脉冲电子束一般是指能量0.3～15MeV、束流强度10kA～25MA、脉冲宽度20～100ns的电子束(下称强流电子束)，其主要应用之一就是通过与高原子序数物质相互作用产生高剂量大面积x射线或γ射线，强流二极管是实现这一应用的装置。在强流二极管中，强流电子束从阴极射出，轰击至高原子序数轫致辐射转换靶(即阳极)上，产生高能射线。在二极管阳极区域，由于存在极其复杂的强电磁场—强电子束流—强等离子体相互耦合作用，电子束容易向靶中心箍缩，同时对阳极靶产生极强的热力学破坏效应，导致二极管输出的射线辐射场均匀性指标(靶后方1米处辐射场剂量率最小值与最大值之比)降低，且每次实验后须更换阳极靶，实验效率低下。

现有强流二极管所用阳极靶多为单层钽靶，关于复合阳极的研究成果不多。在杨进玺等所著的《电子束与复合靶作用后辐射特性的数值模拟》一文中通过数值模拟研究了钽和聚乙烯组成的复合阳极靶对辐射x射线场的影响，指出聚乙烯层的存在有助于减小x射线场中的电子份额，但未有试验研究；来定国等所著的《强流电子束轫致辐射复合薄靶设计》是杨进玺文中复合靶的试验研究，但未虑及阳极等离子体抑制、高能射线辐射场均匀性以及靶的寿命问题。在施将君等所著的《高能多脉冲辐射照相的复合靶物理分析》一文中，提出了掺杂碳的复合钽靶设计，指出该复合材料的靶有助于减小高温等离子体的形成，可延长靶的寿命。此文中的“复合靶”是指采用复合材料制作的靶，与本发明将要讨论的层叠状“复合阳极”并不相同。

发明内容

为了提升强流二极管输出辐射场的均匀性，同时克服每次实验须更换阳极靶的限制，本发明提出了一种具有等离子体抑制作用、可提升高能射线辐射场均匀性的长寿命强流二极管复合阳极及其制作方法。

本发明的技术方案是：

一种长寿命强流二极管复合阳极，包括依次设置的等离子体抑制层、轫致辐射层、电子中子吸收层和真空结构支撑层；所述等离子体抑制层的材料为石墨烯或钛，所述轫致辐射层的材料为钽，所述电子中子吸收层的材料为石墨，所述真空结构支撑层的材料为1系铝。

进一步地，所述等离子体抑制层的厚度为2～50μm。

进一步地，所述轫致辐射层的厚度为0.45mm～0.90mm。

进一步地，所述电子中子吸收层的厚度为0.5mm～20mm。

进一步地，所述真空结构支撑层的厚度为2mm～1cm。

进一步地，所述轫致辐射层主要由多层钽箔叠加而成。

进一步地，所述轫致辐射层由50μm纯钽箔叠加而成，叠加数量为9层～12层，各层间的气隙小于1μm。

同时，本发明还提供一种长寿命强流二极管复合阳极的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、对钽箔进行清洁除尘处理，在无尘车间内将多层钽箔压制为叠靶，形成轫致辐射层；

步骤二、在无尘车间内采用真空等离子体喷涂的方式将石墨烯或钛喷涂在轫致辐射层的一侧表面，形成等离子体抑制层；

步骤三、制备高纯石墨层和1系铝层，进行除尘处理，形成电子中子吸收层和真空结构支撑层；