世界最强氘氚中子源究竟“强”在哪

核能是20世纪人类最伟大的成就之一。中子被称为核能系统的“灵魂”。它是反应堆内核反应的触发粒子和能量载体，也是核热能和放射性的来源。中子源是产生、研究和利用中子的必要科学设备。它也是开展中子物理和辐射安全、先进核能系统关键技术和核技术交叉应用研究的重要实验平台。

最近，中国科学院核安全技术研究所FDS林峰核能小组的研究人员在中子输运物理和技术方面取得了突破性和创新性的研究成果。该团队开发了HINEG，一种高电流氘氚中子源实验装置，其中子源强度是目前同类装置中的世界第一。那么，这个“世界上最强的氘氚中子源”的强度是多少？

超强的中子目标承受太阳表面3倍的热通量。

“中子靶是HINEG的核心系统之一。强流离子加速器产生的高功率氘离子束轰击含氚中子靶，靶上发生氘氚聚变反应产生中子中国科学院核安全技术研究所所长、核能团队创始人吴告诉《科学日报》。为了产生高强度的中子束，靶需要受到高功率离子束的轰击，从而引起靶的高强度热通量散射的问题。

“HINEG中子靶的热通量密度是太阳表面的3倍。如果散热问题得不到很好的解决，靶温将迅速上升，靶中所含的氚将迅速释放，从而无法实现中子的连续稳定产生。当目标温度升得太快时，它甚至可能会立即熔化并燃烧。”吴对说:

为了解决中子靶的高效散热问题，FDS林峰核能团队发明了阵列射流耦合强剪切场的高效散热技术。通过反复验证试验，成功实现了高效散热，目标温度控制在200℃以内。

没有带电的中子也可以被精确控制。

氘氚聚变反应产生14兆伏单能中子。为了模拟和再现先进核能系统的复杂中子能谱环境，需要对产生的单能中子进行精确调节，以便进行各种实验研究，这无疑是另一个严峻的挑战。

“我们知道电子和质子都是带电粒子，可以被电场或磁场控制，但是中子是不带电荷的，不能被电磁场控制。然而，它们可以通过特定材料中中子和原子核之间的反应过程来控制，这需要精确的理论方法和实验技术。”吴告诉记者。

基于中子输运理论的研究成果，FDS·林峰核能团队发明了精确中子输运调节的关键技术，实现了先进核能系统复杂中子谱环境的精确再现，对先进核能系统的研究具有重要意义。

核能与核技术交叉应用研究的重要平台

与传统的核反应堆相比，先进的核能系统可以大大提高资源利用率，减少核废料的产生。HINEG能够真实再现各类先进核能系统的复杂中子谱环境，开展理论和程序验证、核数据测量和验证、反应堆部件核性能验证等实验研究。

中子照相是一种“微探测”技术，用来探测物质的内部微观结构。它利用中子在不同物质中穿透能力的差异来洞察物体的内部结构。它弥补了其他无损检测技术如x光在检测含氢物质、重金属成分结构、放射性物质等方面的不足。HINE*生的强中子束可用于进行高精度无损检测，服务于中国航天等领域的快速发展。

癌症的中子治疗是目前发展迅速的癌症治疗方法。该方法是一种具有内在安全性的生物靶向放射治疗模式。它对患者的正常组织损伤小，能有效提高患者的生活质量，为人类攻克恶性肿瘤开辟了一条新的途径。一些国际知名专家表示，在癌症领域，20世纪可以说是x光的世纪，而21世纪将是中子治疗的世纪。HINEG可作为研究中子治癌技术的重要平台，促进中国中子治癌技术的发展。

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