国家安全中的最大挑战问题之一是对大规模杀伤武器和其他禁 运品的探测技术。本发明是关于有望探测核材料尤其如HEU和武器 级钚(“WGPu”)之类的可用于武器的材料的技术。
为了用可移动的探测系统主动探测HEU，小尺寸、重量轻的中 子发生器和探测器是必要的。
该微型中子发生器用于使用可移动的探测系统的主动探测 HEU。它是易于操作和维护的小型的、重量轻的低功耗中子发生器。 该探测器是基于简化的离子源和离子输送系统。
在一个方面，本发明提供一种中子发生器，该中子发生器包括： 氘气填充室；高压电源；场电离离子源；碳纳米管、纳米棒或多针尖 (multi-pin)钨阳极中的至少一种；和阴极。
在本发明的另一方面中，提供一种中子发生器，该中子发生器包 括氘气填充室、125-150kV的高压电源、包括钨针尖的电离源、阳极 和装载有氚的厚氚靶，其中，该发生器的重量小于10千克。
在本发明的另一方面，提供一种探测与靶相关的高浓缩铀的方 法，该方法包括：通过高压电场对氘进行场电离；提供离子流；使所 述离子加速来击中所述靶，以发生氘-氚反应；以及收集和分析数据。
在本发明的另一方面，提供一种探测与靶相关的高浓缩铀的方 法，该方法包括：使用碳纳米管、纳米棒或多针尖钨阳极中的至少一 种产生高压电场；使用场电离源，提供离子流；加速所述离子流，使 得所述离子流击中所述靶，以产生氘-氚中子，其中，所述离子流被加 速到高达125-150kV；以及收集和分析数据。
附图说明
图1是本发明的小型中子发生器的示意图。

在本发明中开发了一种中子产率为109个/秒的微型中子发生器。 该中子发生器的离子源是场电离离子源。在氘气填充室中使用碳纳米 管(“CNT”)或纳米棒(“NR”)或多针尖钨阳极，以便产生高 达毫安(mili-Amp)或毫安以上的离子束。将载氚的钛(“T-Ti”) 厚靶定位在所述室的另一端上，作为阴极。在阳极和阴极之间施加高 压(“HV”)电源。如本文所用的“高压”是指125-150kV。本发 明只需要仅仅12V或24V的DC电源。单一一个HV电源是用于中子 发生器的唯一电源。氘(“D”)离子被加速到120-150kV并轰击T 靶。核反应产生快中子(约14MeV)。毫安级别的氘离子束可以产 生高达109个/秒的中子产率。
本发明的中子发生器使用场电离替代热阴极或冷阴极离子源中 的电子电离或RF源中的射频(“RF”)电离。在一个实施例中，使 用CNT或其他纳米棒来产生氘的场电离所需的高电场。在另一个实 施例中，使用钨多针尖来产生氘的气相场电离所需的高电场。根据本 发明，使用CNT、NR或多针尖钨阳极中的至少一种。所述各个钨针 尖具有约80微米的柄直径，约100纳米(“nm”)的针尖半径。用 钨针尖的这种场电离用作用于质谱仪和台式聚变装置的nA级别的离 子源。在本发明的离子源设计中，CNT、NR或多针尖场电离用于毫 安级别的离子流，并且然后被加速于高达125-150kV，以在T靶上发 生氘-氚(“D-T”)聚变反应。109个/秒的中子产率是在常规商业中 子管的级别上。
单一一个HV电源用于离子产生和加速。在加速过程中，我们没 有使用任何聚焦和离子束传输系统。在敞口的几何结构中，允许离子 束击中T靶。该简单的加速器具备两个优点：避免用于离子束光学的 附加的电源；以及减少在T靶上的离子束功率密度。因此，释放了离 子束加热，并且，提高了中子发生器的寿命。由于在T靶上的低功率 密度，该寿命比商业中子管的寿命长很多。
在本发明的一些实施例中，该发生器包括遥控器。在特定的实施 例中，该遥控器与探测系统集成在一起，用于数据收集和分布。
该微型中子发生器在尺寸上是小的，但是可以发送与109个/秒的 商业中子管可比的中子产率。该发生器尺寸小、重量轻、功耗经济、 操作和维护简单、且成本低。在一个实施例中，该微型中子发生器有 公文包大，重量小于10千克(“kg”)，电池电源为12或24伏特。 这样使得该装置易于携带。
本申请要求2005年6月29日提交的美国临时专利申请No. 60/695,368的优先权，该临时专利申请的全部内容以引用方式并入本 文中。