CN114007323A - 一种锥型潘宁离子源的中子管结构 - Google Patents
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Abstract
一种锥型潘宁离子源的中子管结构，包括绝缘陶瓷筒，绝缘陶瓷筒一端设有第一永磁体，第一永磁体内侧通过第一陶瓷环固定有第一阴极，第一阴极内侧连接锥形阳极筒一端，锥形阳极筒的另一端与第二阴极相连接后共同嵌于第二陶瓷环内，第二阴极及第二陶瓷环外侧与第二永磁体内侧相连接；通过外部给磁性阳极筒加高电压，在磁场和电场共同作用下，从阴极发出的电子与磁性阳极筒内部的气体发生电离，产生的离子分别两侧的引出口被引出，被引出的离子通过两侧的法拉第筒加速后轰击靶，从而反应生成中子；本发明提升了潘宁离子源产额，得到了更为紧凑高效的微型离子源，具有结构简单、操作方便及高效实用的优点。
Description
技术领域
本发明涉及中子管技术领域，具体涉及一种锥型潘宁离子源的中子管结构。
背景技术
潘宁离子源是离子源一种，通过潘宁效应在腔室内产生大量的离子，能够在低气压条件下稳定放电，具有结构简单、工作稳定等优点。离子源为中子管加速器提供源源不断有待加速的离子。中子管在石油测井方面应用众多，目前，已有成熟的中子测井技术，由离子源提供离子经加速系统加速得到高能粒子，与靶物质发生核聚变产生14MeV中子流，与地下不同的物质发生不同的核反应，释放不同的伽马射线、特征时间和能谱用于区分不同的物质层。
由于微型潘宁中子管体积小、易于控制、稳定性高，被广泛应用于各种工业领域。在可控中子源、材料分析、同位素电磁分离、聚变应用小型加速器等领域发挥着重要作用。国内中子管的技术已经在迅速发展，微型中子管技术越来越成熟，中子管的各项性能指标都在逐步提升，但仍然存在使用寿命短、产额低等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种锥型潘宁离子源的中子管结构，能够提升潘宁离子源产额，得到更为紧凑高效的微型离子源，具有结构简单、操作方便及高效实用的优点。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种锥型潘宁离子源的中子管结构，包括绝缘陶瓷筒11，所述绝缘陶瓷筒11的一端设有第一永磁体1，第一永磁体1内侧通过第一陶瓷环2固定有第一阴极3，第一阴极3内侧连接锥形阳极筒4的窄口端，锥形阳极筒4的宽口端与第二阴极5内侧相连接后共同嵌于第二陶瓷环6内，第二阴极5及第二陶瓷环6外侧与第二永磁体7内侧相连接，第二阴极5正中设有引出孔12，引出孔12与第二永磁体7正中设置的永磁体开孔13相连通，永磁体开孔13外侧设有法拉第筒8，法拉第筒8进口端的中心设有引入口14，法拉第筒8的底部与靶底座10相连接，靶底座10中心正对法拉第筒8的引入口14处设有靶9，靶底座10外侧与绝缘陶瓷筒11另一端的内壁连接。
所述第一永磁体1直径20±5mm，厚度20±5mm，第二永磁体7直径34±6mm，厚度5±1mm。
所述第一阴极3与第二阴极5内侧均向锥形阳极筒4腔内凸出。
所述第一阴极3直径16±3mm，凸出部分直径12±1mm，凸出部分高度1±0.5mm；第二阴极5直径16±3mm，凸出部分直径12±1mm，凸出部分高度1±0.5mm，引出孔12直径4±1mm。
所述第一陶瓷环2外直径20±4mm，内直径16±3mm，厚度2±0.4mm，第二陶瓷环6外直径34±6mm，内直径16±3mm，内缘厚度2±0.4mm，外缘厚度2±0.4mm。
所述锥型阳极筒4窄口端直径20±4mm，宽口端直径30±6mm，厚度2±0.4mm，长度30±6mm。
所述法拉第筒8进口端外径14±2mm，引入口14直径4±1mm，其底部直径24±4mm，长度20.45±4mm。
所述靶9外直径10±2mm，内直径4±0.8mm，靶厚度5±1mm，靶心厚度2±0.4mm；靶底座10的外直径34±6mm，厚度3±0.6mm，靶底座10外缘厚度3±0.6mm。
所述潘宁离子源的第二永磁体7外侧到法拉第筒8窄口端的距离为7.55±2mm，所述陶瓷筒11长度93±5mm，厚度2±0.4mm。
所述第二陶瓷环6、第二永磁体7及靶底座10外壁与陶瓷筒11内壁相连接。
所述绝缘陶瓷筒11、第一永磁体1、第一陶瓷环2、第一阴极3、锥形阳极筒4、第二阴极5、第二陶瓷环6、第二永磁体7、法拉第筒8、靶9、靶底座10共轴线。
本发明的有益效果在于：
(1)锥型结构潘宁离子源结构的特殊性，使得其不再具备上下对称性，由于场致发射导致锥型结构底部的阴极表面所发出的电子与消耗电子的比例要大于上阴极的比例，大量的等离子体聚集在锥型结构底部，相应的电离反应发生就剧烈，形成较高流强的束流，在锥型潘宁离子源结构底部开孔，能够较快，较多引出离子源，更快的产生中子，提升离子束流性能的优势。
(2)无外加热源，在活性气体中寿命更长，结构更加简单、紧凑；容性耦合方法能够产生大规模、高密度、均匀分布的等离子体群。
(3)在电场和磁场的共同作用下可以在低气压条件下工作。
本发明提升了潘宁离子源产额，得到了更为紧凑高效的微型离子源，具有结构简单、操作方便及高效实用的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、第一永磁体；2、第一陶瓷环；3、第一阴极；4、锥形阳极筒；5、第二阴极；6、第二陶瓷环；7、第二永磁体；8、法拉第筒；9、靶；10、靶底座；11、绝缘陶瓷筒；12、引出孔；13、永磁体开孔；14、引入口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利做进一步详细说明。
参见图1，一种锥型潘宁离子源的中子管结构，包括绝缘陶瓷筒11，所述绝缘陶瓷筒11的一端设有第一永磁体1，第一永磁体1内侧通过第一陶瓷环2固定有第一阴极3，第一阴极3内侧连接锥形阳极筒4的窄口端，锥形阳极筒4的宽口端与第二阴极5内侧相连接后共同嵌于第二陶瓷环6内，第二阴极5及第二陶瓷环6外侧与第二永磁体7内侧相连接，第二阴极5正中设有引出孔12，引出孔12与第二永磁体7正中设置的永磁体开孔13相连通，永磁体开孔13外侧设有法拉第筒8，法拉第筒8进口端的中心设有引入口14，法拉第筒8的底部与靶底座10相连接，靶底座10中心正对法拉第筒8的引入口14处设有靶9，靶底座10外侧与绝缘陶瓷筒11另一端的内壁连接。
所述第一永磁体1直径20±5mm，厚度20±5mm，第二永磁体7直径34±6mm，厚度5±1mm。
所述第一阴极3与第二阴极5内侧均向锥形阳极筒4腔内凸出。
所述第一阴极3直径16±3mm，凸出部分直径12±1mm，凸出部分高度1±0.5mm。
所述第二阴极5直径16±3mm，凸出部分直径12±1mm，凸出部分高度1±0.5mm，引出孔12直径4±1mm。
所述第一陶瓷环2外直径20±4mm，内直径16±3mm，厚度2±0.4mm，第二陶瓷环6外直径34±6mm，内直径16±3mm，内缘厚度2±0.4mm，外缘厚度2±0.4mm。
所述锥型阳极筒4窄口端直径20±4mm，宽口端直径30±6mm，厚度2±0.4mm，长度30±6mm。
所述法拉第筒8进口端外径14±2mm，引入口14直径4±1mm，其底部直径24±4mm，长度20.45±4mm。
所述靶9外直径10±2mm，内直径4±0.8mm，靶厚度5±1mm，靶心厚度2±0.4mm。
所述靶底座10的外直径34±6mm，厚度3±0.6mm，靶底座10外缘厚度3±0.6mm。
所述潘宁离子源的第二永磁体7外侧到法拉第筒8窄口端的距离为7.55±2mm，陶瓷筒11长度93±5mm，厚度2±0.4mm。
所述第二陶瓷环6、第二永磁体7及靶底座10外壁与陶瓷筒11内壁相连接。
所述绝缘陶瓷筒11、第一永磁体1、第一陶瓷环2、第一阴极3、锥形阳极筒4、第二阴极5、第二陶瓷环6、第二永磁体7、法拉第筒8、靶9、靶底座10共轴线。
实施例：
锥型潘宁源中子管放置在真空密封环境中，将氘气或者氚气充入潘宁源内，阴极与对阴极接地，阳极筒加2000V高压，磁场强度0.3T，法拉第筒电压(-8kV--10kV),在高压电场和磁场的共同作用下，源内的粒子做螺旋运动。被电离的氘离子在加速器的强高压作用下被引出，加速，形成高速束流，与预制靶中的氘氚气体碰撞发生
核反应和
核反应分别产生14MeV中子和2.5MeV中子，并释放能量。
本发明工作原理如下
通过外部给锥形阳极筒4加高电压，在磁场和电场共同作用下，从第一阴极3、第二阴极5发出的电子与锥形阳极筒4内部的气体发生电离，第二阴极5中间引出口12将等离子体从两侧进行引出；两侧的法拉第筒4组成加速系统部分，在加速电场的作用下，将产生的离子引出并加速后轰击靶9表面从而产生中子。
锥形潘宁源中子管可以应用在石油测井等众多领域。
以上实施例仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关此技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的保护范围应由其权利要求限定。
Claims (10)
1.一种锥型潘宁离子源的中子管结构，包括绝缘陶瓷筒(11)，其特征在于：所述绝缘陶瓷筒(11)的一端设有第一永磁体(1)，第一永磁体(1)内侧通过第一陶瓷环(2)固定有第一阴极(3)，第一阴极(3)内侧连接锥形阳极筒(4)的窄口端，锥形阳极筒(4)的宽口端与第二阴极(5)内侧相连接后共同嵌于第二陶瓷环(6)内，第二阴极(5)及第二陶瓷环(6)外侧与第二永磁体(7)内侧相连接，第二阴极(5)正中设有引出孔(12)，引出孔(12)与第二永磁体(7)正中设置的永磁体开孔(13)相连通，永磁体开孔(13)外侧设有法拉第筒(8)，法拉第筒(8)进口端的中心设有引入口(14)，法拉第筒(8)的底部与靶底座(10)相连接，靶底座(10)中心正对法拉第筒(8)的引入口(14)处设有靶(9)，靶底座(10)外侧与绝缘陶瓷筒(11)另一端的内壁连接。
2.根据权利要求1所述的一种锥型潘宁离子源的中子管结构，其特征在于：所述第一永磁体(1)直径20±5mm，厚度20±5mm，第二永磁体(7)直径34±6mm，厚度5±1mm。
3.根据权利要求1所述的一种锥型潘宁离子源的中子管结构，其特征在于：所述第一阴极(3)与第二阴极(5)内侧均向锥形阳极筒(4)腔内凸出；第一阴极(3)直径16±3mm，凸出部分直径12±1mm，凸出部分高度1±0.5mm；第二阴极(5)直径16±3mm，凸出部分直径12±1mm，凸出部分高度1±0.5mm，引出孔(12)直径4±1mm。
4.根据权利要求1所述的一种锥型潘宁离子源的中子管结构，其特征在于：所述第一陶瓷环(2)外直径20±4mm，内直径16±3mm，厚度2±0.4mm，第二陶瓷环(6)外直径34±6mm，内直径16±3mm，内缘厚度2±0.4mm，外缘厚度2±0.4mm。
5.根据权利要求1所述的一种锥型潘宁离子源的中子管结构，其特征在于：所述锥型阳极筒(4)窄口端直径20±4mm，宽口端直径30±6mm，厚度2±0.4mm，长度30±6mm。
6.根据权利要求1所述的一种锥型潘宁离子源的中子管结构，其特征在于：所述法拉第筒(8)进口端外径14±2mm，引入口(14)直径4±1mm，其底部直径24±4mm，长度20.45±4mm。
7.根据权利要求1所述的一种锥型潘宁离子源的中子管结构，其特征在于：所述靶(9)外直径10±2mm，内直径4±0.8mm，靶(9)厚度5±1mm，靶心厚度2±0.4mm；靶底座(10)的外直径34±6mm，厚度3±0.6mm，靶底座(10)外缘厚度3±0.6mm。
8.根据权利要求1所述的一种锥型潘宁离子源的中子管结构，其特征在于：所述第二永磁体(7)外侧到法拉第筒(8)窄口端的距离为7.55±2mm，陶瓷筒(11)长度93±5mm，厚度2±0.4mm。
9.根据权利要求1所述的一种锥型潘宁离子源的中子管结构，其特征在于：所述第二陶瓷环(6)、第二永磁体(7)及靶底座(10)外壁与陶瓷筒(11)内壁相连接。
10.根据权利要求1所述的一种锥型潘宁离子源的中子管结构，其特征在于：所述绝缘陶瓷筒(11)、第一永磁体(1)、第一陶瓷环(2)、第一阴极(3)、锥形阳极筒(4)、第二阴极(5)、第二陶瓷环(6)、第二永磁体(7)、法拉第筒(8)、靶(9)、靶底座(10)共轴线。
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