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中科院研發(fā)出世界Z強氘氚中子源
閱讀：1306 發(fā)布時間：2018-2-1核能是20世紀人類zui偉大的成就之一,。中子被稱為核能系統(tǒng)的“靈魂”，是反應堆中核反應的觸發(fā)粒子和能量載體，也是產(chǎn)生核熱能和引發(fā)放射性的源頭。中子源是產(chǎn)生、研究,、利用中子的*科學裝置,，也是開展中子物理與輻射安全,、先進核能系統(tǒng)關鍵技術及核技術交叉應用等研究的重要實驗平臺。
據(jù)《科技日報》2月1日報道,，日前,，中科院核能安全技術研究所FDS鳳麟核能團隊的科研人員，在中子輸運物理與技術方面取得突破性創(chuàng)新研究成果,。該團隊研發(fā)出強流氘氚中子源實驗裝置HINEG,，其中子源強度創(chuàng)現(xiàn)行同類裝置中的世界*。那么,，這個“世界zui強氘氚中子源”究竟強在哪呢,？
HINEG-I離子注入系統(tǒng)（圖：中科院）
*中子靶，承受的熱流密度是太陽表面的3倍
“中子靶是HINEG的核心系統(tǒng)之一,，強流離子加速器產(chǎn)生的高功率氘離子束轟擊含有氚的中子靶,，在靶上發(fā)生氘氚聚變反應產(chǎn)生中子。”中科院核能安全技術研究所所長,、FDS鳳麟核能團隊創(chuàng)建人吳宜燦研究員告訴科技日報記者,。為了產(chǎn)生強流的中子束，靶需要承受高功率離子束的轟擊,，從而帶來靶上高強熱流散出的難題,。
“HINEG中子靶承受的熱流密度是太陽表面熱流密度的3倍。如果散熱問題解決不好,，靶溫度迅速升高,，其內(nèi)含有的氚會快速釋放，就無法實現(xiàn)中子的持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生,。靶溫升高過快時,，甚至會出現(xiàn)瞬間被熔穿燒毀的情形。”吳宜燦說,。
針對中子靶的散熱難題,，F(xiàn)DS鳳麟核能團隊發(fā)明了陣列射流耦合強剪切場的散熱技術，并通過反復驗證測試,，成功實現(xiàn)了散熱,，將靶的溫度控制在200℃以內(nèi)。
不帶電的中子也能做到調(diào)控
氘氚聚變反應產(chǎn)生14兆電伏（MeV）的單能中子,，為模擬再現(xiàn)先進核能系統(tǒng)的復雜中子能譜環(huán)境,，需要對產(chǎn)生的單能中子進行調(diào)控以便開展各類實驗研究，這無疑是另一項嚴峻挑戰(zhàn),。
“我們知道,，電子、質(zhì)子是帶電粒子，可以利用電場或磁場對這些帶電粒子進行控制,，但中子是不帶電的,，無法用電磁場對其進行調(diào)控，不過可以通過中子與特定材料中原子核的反應過程來進行調(diào)控,，這就需要的理論方法與實驗技術來實現(xiàn),。”吳宜燦告訴記者。
FDS鳳麟核能團隊以中子輸運理論研究成果為基礎,，發(fā)明了中子輸運調(diào)控關鍵技術,，實現(xiàn)了先進核能系統(tǒng)的復雜中子能譜環(huán)境的準確再現(xiàn)，對先進核能系統(tǒng)研究具有重要意義,。
核能及核技術交叉應用研究的重要平臺
與傳統(tǒng)核反應堆相比,，先進核能系統(tǒng)可極大提高資源利用率，并降低核廢料的產(chǎn)生,。HINEG可以真實再現(xiàn)多種類型先進核能系統(tǒng)的復雜中子能譜環(huán)境,，開展理論與程序驗證、核數(shù)據(jù)測量與驗證,、反應堆部件核性能驗證等實驗研究,。
中子照相是一種檢測物質(zhì)內(nèi)部微細結構的“顯微探測”技術，它利用中子在不同物質(zhì)中穿透能力的差異來洞察物體內(nèi)部結構,，在檢測含氫材料,、重金屬組件結構、放射性材料等方面彌補了X光等其他無損檢測技術的不足,。HINEG產(chǎn)生的強流中子束可用于開展高精度的無損檢測,，服務于我國航空航天等領域的快速發(fā)展。
中子治癌是目前正在快速發(fā)展的癌癥治療方法,，該方法是一種身具固有安全性的生物靶向放射治療模式,，對患者正常組織損傷小，可有效提高患者的生命質(zhì)量,，開創(chuàng)了人類攻克惡性腫瘤的新途徑,。有專家表示，在癌癥領域,，20世紀可以說是X射線的世紀,，而21世紀將是中子治療的世紀。HINEG可作為中子治癌技術研究的重要平臺,，可促進我國在中子治癌領域的發(fā)展,。