美研發出扁平形中子發生器 比圓柱形中子源成本低、應用范圍更廣

美國能源部桑迪亞國家實驗室開發出一種新型的中子發生器，把傳統的圓柱形變成了像計算機芯片那樣的平面幾何形。新型中子發生器比傳統的更小，直徑只有1英寸到2英寸，更像一個迷你加速器。研究人員表示，這種扁平形中子源緊密、簡單而且可低成本大量生產，為醫療、安檢、防擴散等領域帶來更多新的應用。

傳統中子發生器是基于加速器的圓柱形構造，更容易控制電場和離子束形狀，但這種設計也限制了它的大小、離子流和中子輸出。為了獲得更多中子，研究小組轉而考慮能否把它做成像計算機芯片那樣的平面形，還要具備一個中子發生器的所有部件，從離子源到靶。

研究人員將新型發生器昵稱為“中子管”（neutristor）。領導該實驗的朱安·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。他們利用簡單的二極管基中子管截面圖和表面組裝拓撲學，讓中子發生器成功“轉型”。接下來是把它縮小到微米級甚至納米級。目前，他們已經演示了毫米級中子設備和微米級離子源。芯片式外形能容許一個堆棧中有不同的層數，旋轉這些用于輻射放電（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，但旋轉起來就像是圓柱形的，這樣就可將中子數量增加一到兩個數量級。

該研究是一項為期3年的實驗室指導研究與開發項目，是大量生產微型中子發生器所必需的基礎支撐技術，這種技術改造后可用于醫療和工業領域。桑迪亞實驗室退休的科學家、工程師斯圖爾特·格里夫斯說：“這是一項革新性的技術，顯示了從當前到未來中子發生器的制造方面可能的巨大飛躍。但它還需進一步完善，如果成功將產生巨大的影響。”

這種新型中子發生器近期zui實際的應用是作為微型醫用中子源，植入癌癥患者體內離腫瘤很近的地方，讓病人在家里也能長期接受低劑量的中子輻射。研究人員已經為一種用于中子俘獲癌癥治療的毫米級中子發生器提交了申請。其他更復雜的商業應用還要再等5年到10年。目前，他們正在測試用該實驗室的微電機系統設施制造的微米級中子源陣列，并開始其商業技術轉化工作。

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