美研發(fā)出扁平形中子發(fā)生器 比圓柱形中子源成本低、應(yīng)用范圍更廣

美國(guó)能源部桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出一種新型的中子發(fā)生器，把傳統(tǒng)的圓柱形變成了像計(jì)算機(jī)芯片那樣的平面幾何形。新型中子發(fā)生器比傳統(tǒng)的更小，直徑只有1英寸到2英寸，更像一個(gè)迷你加速器。研究人員表示，這種扁平形中子源緊密、簡(jiǎn)單而且可低成本大量生產(chǎn)，為醫(yī)療、安檢、防擴(kuò)散等領(lǐng)域帶來更多新的應(yīng)用。

傳統(tǒng)中子發(fā)生器是基于加速器的圓柱形構(gòu)造，更容易控制電場(chǎng)和離子束形狀，但這種設(shè)計(jì)也限制了它的大小、離子流和中子輸出。為了獲得更多中子，研究小組轉(zhuǎn)而考慮能否把它做成像計(jì)算機(jī)芯片那樣的平面形，還要具備一個(gè)中子發(fā)生器的所有部件，從離子源到靶。

研究人員將新型發(fā)生器昵稱為“中子管”（neutristor）。領(lǐng)導(dǎo)該實(shí)驗(yàn)的朱安·伊利森多-迪卡尼尼介紹說，從圓柱到扁平，從高壓到低壓，要找到合適的比例。他們利用簡(jiǎn)單的二極管基中子管截面圖和表面組裝拓?fù)鋵W(xué)，讓中子發(fā)生器成功“轉(zhuǎn)型”。接下來是把它縮小到微米級(jí)甚至納米級(jí)。目前，他們已經(jīng)演示了毫米級(jí)中子設(shè)備和微米級(jí)離子源。芯片式外形能容許一個(gè)堆棧中有不同的層數(shù)，旋轉(zhuǎn)這些用于輻射放電（radial discharge）的層就可以增加輸出。

伊利森多-迪卡尼尼解釋說，芯片雖然是扁平的，但旋轉(zhuǎn)起來就像是圓柱形的，這樣就可將中子數(shù)量增加一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

該研究是一項(xiàng)為期3年的實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)研究與開發(fā)項(xiàng)目，是大量生產(chǎn)微型中子發(fā)生器所必需的基礎(chǔ)支撐技術(shù)，這種技術(shù)改造后可用于醫(yī)療和工業(yè)領(lǐng)域。桑迪亞實(shí)驗(yàn)室退休的科學(xué)家、工程師斯圖爾特·格里夫斯說：“這是一項(xiàng)革新性的技術(shù)，顯示了從當(dāng)前到未來中子發(fā)生器的制造方面可能的巨大飛躍。但它還需進(jìn)一步完善，如果成功將產(chǎn)生巨大的影響。”

這種新型中子發(fā)生器近期zui實(shí)際的應(yīng)用是作為微型醫(yī)用中子源，植入癌癥患者體內(nèi)離腫瘤很近的地方，讓病人在家里也能長(zhǎng)期接受低劑量的中子輻射。研究人員已經(jīng)為一種用于中子俘獲癌癥治療的毫米級(jí)中子發(fā)生器提交了申請(qǐng)。其他更復(fù)雜的商業(yè)應(yīng)用還要再等5年到10年。目前，他們正在測(cè)試用該實(shí)驗(yàn)室的微電機(jī)系統(tǒng)設(shè)施制造的微米級(jí)中子源陣列，并開始其商業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化工作。

 美研發(fā)出扁平形中子發(fā)生器 比圓柱形中子源成本低、應(yīng)用范圍更廣