CN105744714A

CN105744714A - 陶瓷头离子源长寿命中子管

Info

Publication number: CN105744714A
Application number: CN201610199542.5A
Authority: CN
Inventors: 乔双
Original assignee: Northeast Normal University
Current assignee: Northeastern University China; Northeast Normal University
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2016-07-06

Abstract

本发明属于中子源技术领域，具体涉及一种可关断、小型化的长寿命中子管。本发明用陶瓷头取代铜头，在陶瓷头上焊接离子源阴极和金属电极，在金属电极上焊接阳极筒，组装成中子管用陶瓷头离子源。在阳极筒和离子源罩之间填充离子源陶瓷绝缘环，在离子源罩和加速筒之间填充加速间隙陶瓷绝缘环，增加了绝缘强度，降低了封接难度，保证同轴度。大幅度降低放电、击穿几率，易小型化，提高了中子管的产额、寿命、稳定性及脉冲特性，成品率有很大提高，中子管技术参数的一致性好，寿命长，具备了产业化的条件。改进后寿命提高2—3倍，产额提高约3倍，稳定性不大于2％，脉冲上升沿小于2.5us，脉冲下降沿小于0.5us，成品率高于90％。

Description

陶瓷头离子源长寿命中子管

技术领域

本发明属于中子源技术领域，具体涉及一种可关断、小型化的长寿命中子管。

背景技术

目前，公知的陶瓷自成靶中子管是由铜头、储存器、上面罩、阳极筒、离子源罩、陶瓷壳、加速筒、下面罩、靶构成。将阳极筒加上几千伏电压后，开启储存器低压电源，给储存器加热，使储存器中预先存储的氘氚混合气体或纯氘气释放出来，在离子源中电离成氘、氚离子或纯氘离子，然后给加速筒加上几万伏～十几万伏的负高压，将氘、氚离子或纯氘离子引出并加速轰击到靶上，在靶上发生氘氚核聚变或氘氘核聚变反应，产生14.1Mev中子或2.5Mev中子。但是，由于作为中子管的关键部件之一的铜头采用无氧铜，其在空气中易氧化，高温时易变形，而且在中子管加工制作时离子源罩和加速筒之间，阳极筒和离子源罩之间很容易放电，再加上陶瓷绝缘电极在中子管高温除气过程中容易出现漏气情况，致使中子管的废品率居高不下，影响中子管的产业化进程。另外，由于无氧铜是良导体，其上要封接陶瓷绝缘电极和排气管，必须留出足够的绝缘距离，致使中子管的小型化极为困难。采用陶瓷头离子源，就可以很好地解决上述困难。中子管小型化后，可以适用于我国石油测井行业中的所有核测量方式，解决石油测井行业中的一大难题。

发明内容

为了克服现有中子管的加工制作难度大，铜头易氧化变形，成品率低，小型化困难的不足,本发明提供一种改进型的可小型化的中子管，该中子管用陶瓷头取代易变形、易氧化的铜头，进而组成适用于中子管的陶瓷头离子源。使用陶瓷头就可以在保证离子源留有足够电磁空间的前提下，缩小中子管的直径，有利于在石油测井领域广泛应用。另外，在离子源工作空间之外，在引出束流分布空间之外，添加陶瓷提高绝缘强度。这种中子管的绝缘强度得到极大改善，有效地避免了中子管小型化时，陶瓷绝缘电极的尺寸限制，同时不需要高温封接时保证准直的模具，避免了由于模具变形造成偏心和扭曲的情况，使中子管的产额、寿命、稳定性及脉冲特性得到了有效改善。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用陶瓷头取代铜头，在陶瓷头上焊接离子源阴极和金属电极，组装成中子管用陶瓷头离子源。在阳极筒和离子源罩之间放入离子源陶瓷绝缘环，其内径与阳极筒内径相同，此陶瓷绝缘环起到增加绝缘强度和精确定位阳极筒的作用。在离子源罩和加速筒之间放入加速间隙陶瓷绝缘环，可以通过开模具将陶瓷绝缘外壳和加速间隙陶瓷绝缘环做成一体的。加速间隙陶瓷绝缘环中心孔直径比加速筒中心孔直径大6mm以上。此陶瓷绝缘环起到增加绝缘强度和保证离子源罩与加速筒之间准直的作用，使中子管在封接时可以保证很高的同轴度，同时还降低了封接的难度。另外，由于这两种陶瓷绝缘环的填充，使中子管内出气空间减小近一半，管内气压调节的灵敏度得到有效提高。

本发明的有益效果是，可以大幅度降低放电、击穿几率，容易实现小型化，保证中子管的准直度，提高中子管的产额、寿命、稳定性及脉冲特性，中子管的成品率得到很大提高，中子管技术参数的一致性好，使用寿命长，使中子管的加工制作具备了产业化的条件，从而会极大地推动中子管在民用非动力核技术领域中的应用。

附图说明

附图是陶瓷离子源长寿命中子管结构示意图。其中1.陶瓷头，2.储存器，3.上面罩，4.阳极筒，5.离子源罩，6.离子源陶瓷绝缘环，7.加速间隙陶瓷绝缘环，8.加速筒，9.陶瓷壳，10.下面罩，11.靶，12.金属电极，13.离子源阴极，14.排气管。

下面结合附图对本发明进一步说明。

具体实施方式

本发明的陶瓷头离子源长寿命中子管是圆形轴对称结构，它把陶瓷离子源、加速系统、靶和气压调节系统全部密封在一支陶瓷管内，构成一只结构简单紧凑、使用方便的电真空器件，其结构和位置关系如附图所示。首先将陶瓷头1的上部要和上面罩3封接的部分金属化，将三个金属电极12、排气管14和离子源阴极13钎焊到陶瓷头1上并做好化学清洗，将靶11加工制作好并做好化学清洗后，在磁控溅射镀膜机上镀膜；接着将上面罩3、离子源罩5、加速间隙陶瓷绝缘环7、加速筒8、下面罩10和陶瓷壳9封接在一起。陶瓷头1和阳极筒4、离子源罩5、离子源陶瓷绝缘环6、上面罩3共同构成中子管用陶瓷离子源。离子源罩5和加速筒8之间放入的加速间隙陶瓷绝缘环7，内侧要保证和离子源罩5、加速筒8的紧密接触，外径和陶瓷壳9的内径相同，在离子源罩5和加速筒8之间开有中心孔，其直径和加速筒8中心孔直径相同；然后把储存器2、阳极筒4和陶瓷头1的金属电极12焊接在一起，连同离子源陶瓷绝缘环6，放入上面罩3中。在阳极筒4和离子源罩5之间的离子源陶瓷绝缘环6由上下两部分组成，接触面要抛光，上部分开有供陶瓷头1和阳极筒4连接线走线的凹槽，与阳极筒4接触部分的内径和阳极筒4的外径相同，与阳极筒4不接触的部分其内径和阳极筒4的内径相同，夹住阳极筒4，离子源陶瓷绝缘环6的外径与离子源罩5的内径相同，高度以能够保证固定阳极筒4为宜；最后将陶瓷头1的上边缘与上面罩3的边缘，靶11的下边缘与下面罩10的边缘，分别用火焰钎焊和氩弧焊焊接在一起。所填充的离子源陶瓷绝缘环6、加速间隙陶瓷绝缘环7要保持和中子管的其他部分同轴，同轴度允差不大于0.02mm。

以Φ45、Φ27两种型号中子管为例，改进后寿命提高2—3倍，达到8000h（3x10⁷n/s—5x10⁷n/s使用条件下）以上，产额提高约3倍，最高达到6x10⁸n/s，稳定性不大于2％，脉冲上升沿小于2.5us，脉冲下降沿小于0.5us，成品率高于90％。

Claims

1.陶瓷头离子源长寿命中子管，是圆形轴对称结构，它把陶瓷离子源、加速系统、靶和气压调节系统全部密封在一支陶瓷管内，构成一只结构简单紧凑的电真空器件，其特征是：用陶瓷头取代易变形、易氧化的铜头,陶瓷头和阳极筒、离子源罩、离子源陶瓷绝缘环、上面罩共同构成中子管用陶瓷头离子源。