CN2442365Y - 长寿命密封中子源 - Google Patents

Abstract

一种用于探矿、石油测井、辐射养殖、医药等领域的长寿命密封中子源,包括中子管、高压电源及控制电路。外壳内固定有面板并设有绝缘介质,在面板上部依次装有相互连接的高压电源主逆变电路、倍压器、高压线;下部依次装有隔离变压器、离子源供电电路及储存器供电电路,其隔离变压器与离子源供电电路及离子源接线嘴相接,储存器供电电路与隔离变压器及储存器接线嘴连接,绝缘支架上设有中子管并固定在外壳上,稀土磁钢吸附连接中子管靶底与金属外壳间。

Description

长寿命密封中子源

本实用新型涉及一种用于探矿、石油测井、辐射养殖、医疗诊断及中药材活化分析鉴别等领域的长寿命密封中子源。

现有技术中的中子源按其产生装置可以划分为三类：反应堆中子源、同位素中子源、加速器中子源，反应堆中子源投资巨大，设备复杂，操作维护均很不方便，不能移动，虽然有较高的中子产额，但能谱复杂，一般单位无条件购置；同位素中子源虽能做成较小的体积，但中子产额低，能谱单长色性差，不能关断，防护困难，因此它们均不适宜进行样品的现场辐照和流动辐照。近几年，长寿命密封中子源的问世，与上述的三类中子源相比，它是属于小型加速器中子源，产生中子的能量高，能谱单色性好，可关断，容易防护，但其研制生产的难度大，价格昂贵。目前的技术状况是整机多采用负高压加速，商品靶，玻璃中子管，高压工频供电电路。采用商品靶玻璃外壳密封，其特点是加工制作容易，但机械强度差，绝缘强度低，商品靶可瞬间获得较高的中子产额，但稳定性差。高压电路采用工频直接变压器升压，然后经倍压整流输出的形式，由于电源工作频率低，变压器，整流滤波电容及硅柱体积大，造价高，操作维修和携带很不方便，在大功率输出时问题尤为严重。另外，由负高压组装设计的中子源，在中子管的靶端加以120KV的负高压，虽能有效地解决高压供电与低压供电的绝缘问题，但由于靶端处于高压，一方面在离子束流长时间轰击下靶的冷却变得十分困难，不利于获得较高的中子产额；另一方面，在进行中子辐照时难以获得最大有效的中子通量，降低了中子源的利用率。

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，依据中子辐射技术应用的实际需要，而设计了一种长寿命密封中子源，由于实现了电源小型化设计技术，正高压加速和靶端接地技术以及采用优质自成靶陶瓷中子管，整机体积小，重量轻，携带方便，操作防护容易，整机工作性能稳定，寿命长，是一种适于推广应用的理想中子源。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：长寿命密封中子源主要由三部分构成：中子管、高压电源及控制电路。具体的结构是这样的：在密封金属外壳1内固定有面板并设有绝缘介质4，在面板上部依次装有相互连接的高压电源主逆变电路2、倍压器6、高压线8；下部依次装有隔离变压器3、离子源供电电路5及储存器供电电路7，其隔离变压器3与离子源供电电路5及离子源接线嘴9相接，储存器供电电路7与隔离变压器3及储存器接线嘴10连接，具有穿孔的绝缘支架12上设有自称靶陶瓷中子管11并固定在密封金属外壳1上，稀土磁钢13吸附连接中子管靶底与密封金属外壳1间，其中A、B、C三点为输入端，D为地线，A点与高压电源主逆变电路2相接，B、C两点分别与隔离变压器3相接。控制电路包括高压直流供电电路、离子源供电电路、储存器电路及相应的调节显示部分。其工作过程是：接通电源后，2KV直流电压和1.5A的直流电流分别加在中子管的离子源和储存器上。离子源的作用是使管内的D、T气体电离，其电离电流的大小对中子产额影响很大。储存器为中子管内的气压调节元件，能吸收一定数量的氘氚气体。工作时将其通电加热则气体放出，改变储存器的加热电流即可调整管内气压。离子源、储存器工作稳定后，打开加速高压电源，缓慢调节升高到120KV，长寿命密封中子源开始正常工作。

本实用新型的特点在于：1、长寿命密封中子源整机结构以加速器型设计，正高压加速，并采用了靶接地技术和离子源悬浮技术，中子辐照有效通量大，结构中自称靶陶瓷中子管，以AI₂O₃为靶片，陶瓷绝缘外壳，潘宁离子源，采用体积小，磁场强度高的新型稀土磁钢--汝铁硼提供永久性磁场，位置设置于真空系统之外。克服了玻璃中子管机械强度差，绝缘强度低，热稳定性差及磁路复杂等缺点，保证整机有较长的寿命和稳定性。为了有效抑制D、T离子打在靶上发射的二次电子，在靶底外设计了独特的恒定磁路系统，消除了二次电子对管子高压性能的影响。2、加速高压发生器电路，采用逆变电路原理，以新型硅控元件S3900MF设计，电路结构简单，性能稳定，工作频率4.5KHZ，大大缩小整流器件体积，电源效率高，便于安装和维修。3、高压直流供电电源(0-100V)首次采用脉宽调制的方式来实现。传统的“脉宽调制”概念仅用于低压直流稳压电源，本电路设计依据了“脉宽调制”的基本原理，以VMOS功率场效应管为开关管，采用单端它激式直流变换电路，通过大范围调节激励脉冲的宽度实现电源输出电压的连续可调，使得“脉宽调制”的概念有了更广泛的意义和实用性，实现了高压直流供电电源的无工频变压器开关电源设计。4、该产品随机自带有独特的产额测量方法，无须专门的中子探测设备，由中子场中某一点的中子通量间接测中子产额，其结果与常规的实验结果有较好的一致性。

下面将结合具体实施例及附图对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型加速高压电源原理图。

图3是本实用新型高压直流开关电源的原理图。

参照图1，在密封金属外壳1内固定有面板并设有绝缘介质4，在面板上部依次装有相互连接的高压电源主逆变电路2、倍压器6、高压线8；下部依次装有隔离变压器3、离子源供电电路5及储存器供电电路7，其隅离变压器3与离子源供电电路5及离子源接线嘴9相接，储存器供电电路7与隔离变压器3及储存器接线嘴10连接，具有穿孔的绝缘支架12上设有自称靶陶瓷中子管11并固定在密封金属外壳1上，稀土磁钢13吸附连接中子管11靶底与密封金属外壳1间，其中A、B、C三点为输入端，D为地线，A点与高压电源主逆变电路2相接，B、C两点分别与隔离变压器3的两个输入端相接。其工作原理是：由A点输入的100V可调直流作为高压主逆变电路的供电电源，经变频升压达到4.5KHZ，10KV，再由倍压器倍压整流输出120K的直流正高压，经120KV高压线接于中子管的离子源负极。由于离子源及储存器在结构上同处于高压端，故要求这两路供电电路必须悬浮于120KV的高压上。B、C两点分别输入12V和50V的交流电压经隔离变压器后送给离子源和储存器两路电源，分别得到1.5A和2KV的直流电接到储存器接线嘴和离子源接线嘴上。

参照图2，由恒流电感L、逆变可控硅RCA、C1和变压器B组成逆变电路，其连接关系是：电感L与逆变可控硅RCA的阳级、电阻R1、逆变电容C1相连，C1的另一端与变压器B的初级线圈N1相连，而N1的另一端与电容C2、RCA的栅级、保护电阻R3相连，RCA的门极与触发脉冲的输出端P相连，R1与C2串联后与RCA的阳极及栅极并联。变压器次级线圈N2的两端分别与由高压电容C5-C17、硅柱D2-D14组成的倍加器的两个输入端相连，其中N2的一端还与微安表头G2相接并接地，倍加器的输出端与测量电阻R6、负载电阻R7的一端相连，R7的另一端接地，R6的另一端与表头G1连接。电路的工作过程是：由脉冲振荡器产生的触发脉冲，经限流电阻控制端，逆变电路电源由大功率可调开关电源提供8-100V可调电压，在触发脉冲末到来时，RCA不导通，电源通过恒流电感L对C1充电，将电能储存在C1中，当触发电平到来时，RCA被触发导通，C1上电荷通过RCA的阳阴极和B的初级放电，C1和N1组成欠阻尼串联电路，在RCA导通期间C1和N1串联振荡电路使C1反充电荷又经RCA内部反并二管放电，放电电流使RCA两端呈负压而关断，完成一个周期的正弦振荡，逆变电路正常工作时触发脉冲。

参照图3，滤波电容C1、C2与电源滤波器L1并联，在输入端串联保险丝F1，并与开关K连接，L1的输出端与限流电阻R1串联并与整流桥Q1相连，Q1的一端接地，输出端与滤波电容C3、C4与负载电阻R2相连，C3、C4、R2并联后接地，电阻R3、电容C5并联后与高反压二极管D1的正极接变压器B2的初级线圈的一端及功率开关管T3的D极，R3、C5并联后的另一端与变压器初级线圈一端及Q1的输出端相连，变压器B2的次级线圈的一端接地；另一端接并联的整流二极管D2及电容C6、D2，并联的另一端接滤波电容C7、C8及电感L2，电感L2的另一端接有负载电阻R4并接于输出端，C7、C8、R4的另一端接地。变压器B1的初级线圈接开关K；次级线圈接整流桥Q2的输入端，Q2的输出端，一端接地；另一端接并联的滤波电容C9、C10、C11并与慢起动电路电阻R5、三极管T1、T2的集电极相连，T1的发射极与T2的基极相连，T2的发射极接稳压块7809的输入端，7809的输出端接滤波电容C12及振荡电路，振荡电路中的电阻R6与NE555的4、8脚相连，NE555的7脚接电阻R6的另一端、电阻R7的一端及二极管D3的正极，D3的负极与电位器W相连，W的另一端接二极管D4的正极，D4的负极接电阻R7的另一端，电位器W的可调端接NE555的2、6脚和C13的一端，NE555的5脚接电容C14的一端，3脚与电阻R8相连，R8的另一端接电阻R9的一端与场效应晶体管T3的G极相连，T3的D极接串联的二极管D5、D6的负极，C9、C10、C11、7809地端、C12、C13、NE555的地端、C14、R9、T3的S极、D6的正极接地。电路工作原理：K闭合，交流电压一路经保险丝F1并经过由L1、C1和C2组成的电源滤波器和限流电阻R1到整流桥Q1，电源滤波器的作用是滤除电网中杂散信号的干扰，同时电源滤波器和限流电阻R1组成了开机峰值冲击电流限制电路，由Q1整流后的脉冲电压经C3、C4滤波后得310V的直流电压送给开关电路。交流电源的另一路经变压器B1降压后到12V，由Q2、C9、C10整流滤波后得到的14V的直流电压，此电压首先加到由T1、T2、R5和C11组成的慢启动电路，14V电压经R5给C11充电，由于充电时间常数较大，C11上电压逐渐升高，T2发射极输出电压也逐渐升高，7809输出端电压也从低逐渐升高，使振荡电路的振荡频率和脉冲幅度也逐淅升到正常值，此过程由R5、C11时间数决定，在本电路中为10秒钟，从而达到慢启动目的。

Claims (3)

1、一种长寿命密封中子源，包括设有绝缘介质(4)的密封金属外壳(1)，其特征在于：在密封金属外壳(1)内固定有面板并设有绝缘介质(4)，在面板上部依次装有相互连接的高压电源主逆变电路(2)、倍压器(6)、高压线(8)；下部依次装有隔离变压器(3)、离子源供电电路(5)及储存器供电电路(7)，其隔离变压器(3)与离子源供电电路(5)及离子源接线嘴(9)相接，储存器供电电路(7)与隔离变压器(3)及储存器接线嘴(10)连接，具有穿孔的绝缘支架(12)上设有自称靶陶瓷中子管(11)并固定在密封金属外壳(1)上，稀土磁钢(13)吸附连接中子管(11)靶底与密封金属外壳(1)间，其中A、B、C三点为输入端，D为地线，A点与高压电源主逆变电路(2)相接，B、C两点分别与隔离变压器(3)相接。

2、根据权利要求1所述的长寿命密封中子源，其特征在于：由恒流电感L、逆变可控硅RCA、C1和变压器B组成逆变电路，其连接关系是：电感L与逆变可控硅RCA的阳级、电阻R1、逆变电容C1相连，C1的另一端与变压器B的初级线圈N1相连，而N1的另一端与电容C2、RCA的栅级、保护电阻R3相连，RCA的门极与触发脉冲的输出端P相连，R1与C2串联后与RCA的阳极及栅极并联，变压器次级线圈N2的两端分别与由高压电容C5-C17、硅柱D2-D14组成的倍加器的两个输入端相连，其中N2的一端还与微安表头G2相接并接地，倍加器的输出端与测量电阻R6、负载电阻R7的一端相连，R7的另一端接地，R6的另一端与表头G1连接。

3、根据权利要求1所述的长寿命密封中子源，其特征在于：所述的高压直流电源，其电路连接关系是：滤波电容C1、C2与电源滤波器L1并联，在输入端串联保险丝F1，并与开关K连接，L1的输出端与限流电阻R1串联并与整流桥Q1相连，Q1的一端接地，输出端与滤波电容C3、C4与负载电阻R2相连，C3、C4、R2并联后接地，电阻R3、电容C5并联后与高反压二极管D1的正极接变压器B2的初级线圈的一端及功率开关管T3的D极，R3、C5并联后的另一端与变压器初级线圈一端及Q1的输出端相连，变压器B2的次级线圈的一端接地；另一端接并联的整流二极管D2及电容C6、D2，并联的另一端接滤波电容C7、C8及电感L2，电感L2的另一端接有负载电阻R4并接于输出端，C7、C8、R4的另一端接地。变压器B1的初级线圈接开关K；次级线圈接整流桥Q2的输入端，Q2的输出端，一端接地；另一端接并联的滤波电容C9、C10、C11并与慢起动电路电阻R5、三极管T1、T2的集电极相连，T1的发射极与T2的基极相连，T2的发射极接稳压块7809的输入端，7809的输出端接滤波电容C12及振荡电路，振荡电路中的电阻R6与NE555的4、8脚相连，NE555的7脚接电阻R6的另一端、电阻R7的一端及二极管D3的正极，D3的负极与电位器W相连，W的另一端接二极管D4的正极，D4的负极接电阻R7的另一端，电位器W的可调端接NE555的2、6脚和C13的一端，NE555的5脚接电容C14的一端，3脚与电阻R8相连，R8的另一端接电阻R9的一端与场效应晶体管T3的G极相连，T3的D极接串联的二极管D5、D6的负极，C9、C10、C11、7809地端、C12、C13、NE555的地端、C14、R9、T3的S极、D6的正极接地。

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