CN201638582U - 一种可控中子源用超小直径潘宁离子源装置 - Google Patents

Abstract

一种可控中子源超小直径潘宁离子源包括离子源外壳、前阴极、后阴极、阳极和阳极导线，紧贴前阴极前部设有增强磁场的环形磁钢。本实用新型能使潘宁离子源放电室内轴向磁场强度大大增加，因而可制成直径15-22mm的超小直径潘宁离子源，同时使可控中子源玻璃外壳的直径缩小至25-32mm，使测井仪器外径缩小到40-45mm，从而完全满足油田测井之需，使进行过油管脉冲中子测井成为可能。

Description

一种可控中子源用超小直径潘宁离子源装置

技术领域

本实用新型涉及可控中子源中的潘宁放电离子源，特别是一种可控中子源用的超小直径潘宁离子源装置。

背景技术

潘宁离子源亦称冷阴极离子源，该离子源有一个阳极室，室的两端都是阴极，把所需的元素引进阳极室，通过电弧放电产生等离子体，受阴极和轴向磁场制约的电子在阳极室中和气体发生多次电离碰撞。中子源通常用加速的氘核轰击吸饱氘的钛靶，由(DT)反应产生中子。用于油田测井的可控中子源，其直径必须很小，否则会影响井下作业。可控中子源外径的大小由所用离子源外径大小决定。高频离子源和orbitron离子源因体积太大是无法使用的。过采油管的测井仪器外径为42-45mm，要求可控中子源外径为25-30mm。目前一般的内磁式潘宁离子源，是在圆筒形阳极两侧放置两个圆片形阴极组成。由于轴向磁场强度不够大，其直径目前仍然较大，难以满足测井要求。

潘宁离子源同比放电原理是，磁场强度H同比例增加时，放电室尺寸同比例减小，仍然可以得到同样大小的放电电流(气压不变)。所以要缩小潘宁离子源的径向尺寸，必须增加永久磁钢的轴向磁场强度。以往使用的中子源，因其离子源放电室尺寸较大，磁场强度损失可用增大离子源体积补偿。但随着油田测井技术的提高，目前较大直径的中子源已不能满足使用要求。

发明内容

本实用新型的目的是要避免现有技术的上述困难，为油田测井提供一种超小直径的可控中子源用潘宁离子源装置。

为实现上述目的，本实用新型的解决方案是：可控中子源超小直径潘宁离子源包括离子源外壳、前阴极、后阴极、阳极和阳极导线，其特征是：紧贴前阴极前部设有增强磁场的环形磁钢。

上述后阴极的后部可以设置增强磁场的磁钢柱。

上述与前阴极接触的离子源外壳和离子源底座组成离子源的外磁路。

上述磁钢柱后可以联有导磁片。

上述的磁钢柱和导磁片装在一个由非导磁材料制成的杯形磁钢罩内，磁钢罩的前端与后阴极相联；磁钢罩外圆表面装有环形离子源底座，离子源底座与导磁片的厚度相同并处于对齐的位置；磁钢罩后端装有起密封作用的瓷质芯柱底盘及密封环，芯柱底盘上嵌有若干密封阳极引线的瓷质小芯柱；以上各部件是组装在一起的整体件。该整体件是适合后装入工艺要求的专用陶瓷一金属芯柱。

上述导磁片后部可设有抵住前面部件的固定环，杯形磁钢罩尾部带有收口的卷边。

上述芯柱底盘与瓷质导线小芯柱的封接面右边可设有减小银铜焊封接应力的凹腔。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1.能使潘宁离子源放电室内轴向磁场强度大大增加，因而可制成直径15-22mm的超小直径潘宁离子源，同时使可控中子源玻璃外壳的直径缩小至25-32mm，使测井仪器外径缩小到40-45mm，从而完全满足油田测井之需，使进行过油管脉冲中子测井成为可能。

2.结构紧凑、牢固、工作可靠。

3.由磁钢罩、离子源底座、芯柱底盘、密封环和小芯柱等共同组成的专用陶瓷一金属芯柱，能满足潘宁离子源磁钢柱后装入结构要求，从而避免高温对磁钢产生不利影响。它与离子源的小形化和可控中子源小形化密不可分。陶瓷一金属芯柱同时可起到对离子源的支撑和扶正作用。并能提高可控中子源工作的稳定性。

附图说明

图1是可控中子源及其潘宁离子源的纵剖面图。

具体实施方式

参见附图，在中子源玻璃管外壳18和金属端子13内装有潘宁离子源20。该离子源包括前阴极2、后阴极6和阳极5。阳极和后阴极为非磁性材料。以上三个部件所包围的空间为潘宁离子源放电室。为了尽量增大放电室内的轴向磁场强度，紧贴前阴极2前部设置磁钢环1，在后阴极6后部设置磁钢柱17。这里磁钢环和磁钢柱都采用永久磁铁。本装置中采用的磁钢是目前磁性较强的磁钢，如钕铁硼等。

磁钢环1前端与离子源外壳19相接触。离子源外壳19为杯形，底部有孔21，与磁钢环1的孔相对。

因可控中子源不能放入吸气剂，为使排气彻底，可控中子源工艺过程中要经过450℃长时间烘烤，高温会使永久磁体的磁场强度大大降低。为此，本实用新型的永久磁体采用后装入结构，即经高温处理工艺后再装入永磁体，以避免高温使永磁体磁场强度下降。图中将磁钢柱17置于一个长简形磁钢罩12内，筒的一端封闭，类似杯形。磁钢罩由非导磁材料无氧铜制成。磁钢柱17后部有导磁片16，导磁片

后部有铁磁性固定环14。磁钢罩12口部有向内折的卷边22，抵住固定环14，使筒内各件都得到固定。在磁钢罩12外部的台肩处设有环形离子源底座15。上述离子源底座15、导磁片16和离子源外壳19均为高纯铁材料，成为离子源的外磁路。离子源外壳19和离子源底座15之间可通过点焊固定。杯形阳极5由陶瓷绝缘环3、4固定。阳极导线8外包有导线绝缘管7。阳极导线外的陶瓷小芯柱10是气密封件。瓷质芯柱底盘9上共有三个小芯柱及三根阳极导线。为排气可控源要经数十小时400℃以上高温处理，此时芯柱要仍有良好的密封性。上述陶瓷绝缘环3、4、阳极导线绝缘管7和小芯柱10等应有耐数千伏特的绝缘度。

在可控中子源经高温等工艺处理完后，将磁钢柱17由磁钢罩左方的圆孔中滑入。安装到位后，装入固定环14。磁钢罩12孔口向内卷边，就可使管内各部件位置固定。后装入磁钢柱17后，磁路是开路的。由于磁阻大，放电室中的磁场强度又要降低，在装入磁钢柱后使磁路闭合。把玻璃外壳18放入数匝粗导线绕成的线圈中。线圈中心处在放电室阳极位置，用大电容经线圈脉冲放电，在强脉冲磁场下

使闭路中的磁钢环1和磁钢柱17达到磁饱合。从而最大限度利用永久磁场的磁能量。

图中，芯柱底盘9、小芯柱10、密封环11和磁钢罩12之间均为气密封银铜焊。它们连同离子源底座15和后阴极6共同构成可控中子源和离子源的陶瓷一金属芯柱。本芯柱是为测井可控中子源专门设计，能满足潘宁离子源的磁钢柱后装入结构要求，以避免高温对磁钢产生不利影响。它与离子源和可控中子源小形化密不可分，并能满足可控中子源工作稳定性的要求。芯柱同时可起到对离子源的支撑和扶正作用，要求牢固性好。

无氧铜的磁钢罩12与芯柱底盘9采用真空银铜焊接，以保证气密性。后阴极(非磁性材料)6、离子源底座(纯铁)15与磁钢罩12之间也是真空银铜焊接。安装时，磁钢柱17从磁钢罩12左边的圆形空腔滑入到底部，再放入纯铁做的导磁片16。导磁片的厚度应与离子源底座15一致。位置刚好对齐。离子源底座15位于离子源外壳19左端口部。二者用氩弧点焊上，离子源就与磁钢罩12固定。同时与芯柱底盘9固定。后阴极6的嵌合结构可起到到扶正离子源的作用，从而解决了离子源固定和磁钢柱后装入的问题。

芯柱底盘9与瓷质小芯柱10的封接面的右边有一凹腔23，腔的作用是减小银铜焊封接的应力。因芯柱底盘9厚度约5m，有了凹腔后，封接部位的金属厚度与冲压件一样薄。无氧铜的可塑性大，这样封(焊)接应力就减小到允许的程度。合金制成的密封环11左端与可控中子源左端氩弧焊封口。右端与芯柱底盘9用银铜焊密封。密封环11应按规定进行烧氢、镀镍处理。

Claims (7)

1.一种可控中子源用超小直径潘宁离子源装置，包括环形磁钢(1)、前阴极(2)、上绝缘环(3)、下绝缘环(4)、阳极(5)、后阴极(6)和阳极导线(8)、离子源外壳(19)，其特征是：环形磁钢(1)设置于紧贴前阴极(2)的前部，用于增强磁场强度。

2.如权利要求1所述的潘宁离子源装置，其特征在于所说的后阴极(6)后部设有增强磁场的磁钢柱(17)。

3.如权利要求1或2所述的潘宁离子源装置，其特征在于与前阴极(2)接触的离子源外壳(19)和离子源底座(15)组成离子源的外磁路。

4.如权利要求2所述的潘宁离子源装置，其特征在于所说的磁钢柱(17)后联有导磁片(16)。

5.如权利要求4所述的潘宁离子源装置，其特征在于所说的磁钢柱(17)和导磁片(16)装在一个由非导磁材料制成的杯形磁钢罩(12)内，磁钢罩的前端与后阴极(6)相联；磁钢罩(12)外圆表面装有环形离子源底座(15)，离子源底座与导磁片(16)厚度相同并处于对齐的位置；磁钢罩后端装有起密封作用的瓷质芯柱底盘(9)及密封环(11)，芯柱底盘(9)上嵌有若干密封阳极弓1线的瓷质小芯柱(10)；以上各部件是组装在一起的整体件。

6.如权利要求5所述的潘宁离子源装置，其特征在于所说的导磁片(16)后部设有抵住前面部件的固定环(14)，杯形磁钢罩(12)尾部带有收口的卷边(22)。

7.如权利要求5所述的潘宁离子源装置，其特征在于所说的芯柱底盘(9)与瓷质小芯柱(10)的封接面右边有一减小银铜焊封接应力的凹腔(23)。

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