DE1639431A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen von Dauermagneten,insbesondere fuer Neutronengeneratoren - Google Patents

Description

H. MARSCH tBtSSEIDOHF,

IMTDEMAITTiSTRASSB 31 TEiEFOIT 67 2S 4Θ

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B e s c h r e i bun g
zum Patentgesuch

der Firma Schlumberger Technology Corporation, 277 Park

Avenue, New York, N.

betreffend:

"Verfahren und Vorrichtung zum Entgasen von Dauermagneten, insbesondere für Neutronen-' generatoren"

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und eine Vorrichtung zum Austreiben eingeschlossener Gase aus Dauermagnetwerkstoff en, und insbesondere auf einen Neutronengenerator, in dem eine der Elektroden in der Ionenquelle auch ein Dauermagnetfeld erzeugt, und dergleichen.

Gase neigen dazu, die Oberfläche fast aller festen Materialien zu durchdringen durch Absorption oder Adsorption, Wärme läßt diese eingeschlossenen Oase oftmals von den Absorptions- oder Adsorptionsflächen austreten. In einigen Arten industrieller und wissenschaftlicher Geräte, die ein Vakuum oder kontrollierte atmosphärische .Bedingungen be- ; nötigen, verschlechtern diese freigegebenen oder gelösten Gase oftmals die Qualität des Vakuums oder verunreinigen

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die spezielle Umgebungsatmosphäre. Ubarlicherweise wird diesen Schwierigkeiten begegnet durch "Entgasen" oder Austreiben der eingeschlossenen Oase von dem Gerät durch Erhitzen der damit behafteten Qeräteteile. Von des erhitzten Bauteil austretende eingeschlossene Oase werden abgezogen, und nach einer ausreichend langen Wäraebehandlungszeit wird das betreffende Oeräteteil heraetlsoh abgeschlossen und anschließend gekühlt.

Starke Magnetfelder sind oft «al β erfordert loh In den Umhüllungen, die dies· kontrollierten Ataosphären ein- * schließen. Es wird jedoch la allgeaeinen ang«noaa«n, dal Dauermagnetwerkstoffe, wenn si· praktisch auf antgasungstemperaturen, wie z.B. 4oo°C oder höher, erwMmt werden, ihre magnetischen Eigenschaften verlieren. Infolg«dess«n wird ein Dauermagnet, der in der Lage ist, ·1η· gewünscht· Feldstärke In einer kontrollierten Umgebung stt ·η·ιιβ·η» üblicherweise außerhalb der Hülle angeordnet· Diese Lösung führt natürlich xu verhtltniaeäüg unflexiblen Bauteilanordnungen, die gekennzeichnet sind durch sohwere, aasslg« Konstruktionen und eine begrenzt· Auswahl der dafür infrag· körnenden Materialien.

) Neutronengeneratoren, wi· si· in Bohrloohunter-

suohungsgeräten -verwendet werden, sind typisch· lndustrl·!! eingesetzte Einrichtungen, die alt diesen Yereunreinigungsproblemen behaftet sind. Insofern als si· übllch«rwels· kontrollierte Atmosphären alt gefclng·« Druck und alt Magnet· feldern hoher Intensität benutlgcn. PawgsafH wird dl« Evfindung «ehr in ihren Einzelheiten beeohrieben In Verbindung alt eine» Neutronengenerator, der geelgn«t ist für dl· Verwendung in einem Bohriochuntersuohungscerät, wie es be!spieleweiie in Erdöltiefbohrungen eingeset«t wird.

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«Generatoren, ι'die vorgeschlagen worden, sind für.- - . die Ifeiifej^pn^enerzeugung: durch- Kernreaktionen,;eingeleitet durch Ionen^eschuß, haben_;,ubl icheTwei.se drei.Hauptmerkmale. * Erstens. _;ist eine Gasquelle, erforderlich innerhalb · · -■_ der Ro|i^h.t|iLl;e-_;für- die,.Zufuhr. de_;r Reaktionssubs tanzen, wie _ Deufes^i/um· (Ή .) und, Tritium,-.-(H?)-.. ,Zweitens· streift eine , Ionenquelle Elektronen von den Gasmolekülen ...zur rSchaffung. positiv geladener Ionen. Drittens treibt ein BescHeunigungsspalt- oder -räum- die, lohnen zu einer Prallplatte oder Zielelektrodß mit solcher Energie, daß. die auf treffendenIonen.^ kollidieren .mit, Deuterium-, oder .rritiumkernen an der Zielelektrode in Neutronen (n) erzeugenden Reaktionen: ■ ,-. ... ...,,,. .. - -

. H² + H² ■ .- He^ ,+. η jK 3.26- Mev.. ·. . .; . ";. - - ■,. -;

wobei He^ und He Heliumisotopen, sind -und die Energie in Millionen von Elektronenvolt .ausgedrüclct.ist. / . ■ , .

Gewöhnlich werden negative Elektronen und positiv. geladene Ionen ganz allgemein erzeugt durch Kollisionen _: ..- ■ zwischen Elektronen und ungeladenen Gasmolekülen in der Ionenquelle. ,Elektroden .untersch.ie.dlichen Pptentials tragen zu einer Ionenerzeugung bei durch Abziehen dieser Ionen und , Elektronen in verschiedenen Richtungen. Die.se elektrisch induzierte Bewegung laßt die Elektronen mit anderen Gas- . . . molekü]?ilen in der Quelle kollidieren, wodurch dann zusatz- , liehe Ionen und ionisierende Elektronen erzeugt werden. . Die Kollisionsausbeute .kann gesteigert werden durch Verlängerung der Distanz, die die Elektronen in der Ionenquelle zurücklegen, bevor sie durch Auftreffen auf eine positive Elektrode neutralisiert werden... Eine vorgeschlagene Maßnahme

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zur Verlängerung des Elektronenweges besteht in einem Magnetfeld in Verbindung mit dem vorerwähnten elektrischen Feld. Die kombinierten Felder lassen die Elektronen schraubenförmige Wege in der Quelle beschreiben« Diese schraubenförmigen Wege vergrößern die von den Elektronen in der Ionenquelle durchlaufene Distanz ganz wesentlich und erhöhen somit die KoIlisionshäufigkeit der Vorrichtung.

Natürlich „müssen alle verunreinigenden Gase, die absorbiert oder auf andere'Weise in die Struktur der " Generatorbestandteile während der Herstellung und des Zusammenbaus eingeschlossen worden sind, entfernt werden, bevor die Röhre abge&chtet und in Betrieb genommen wird. Die Entfernung dieser Verunreinigungen, wird erreicht durch ein Vakuum und Erhitzen des zusammengestellten Rohres auf etwa 4oo°C oder mehr.

Diese Entgasungstemperatur erzeugt einen irreversiblen Einfluß auf die Magneteigenschaften der meisten als Ionenquelle geeigneten Magnetwerkstoffe. Diese irreversible Effekt _a zeichnet sich aus durch einen dauernden Verlust an.,Remanenz des Magneten, die üblicherweise definiert wird al§ die magnetische -Induktion, die in einem Magnetkreis verbleibt nach der Entfernung einer angelegten magnetomotorischen Kraft. · . ;.

Ein weiterer Temperaturanste^ig ruft einen Effekt hervor, der die Eigenschaften des Materials in einem solchen Maße verändert, daß das Material nach der Abkühlung nicht remagnetisiert werden kann. Die Natur dieses Effektes ist nicht völlig klar. Der Materialeffekt kann verursacht werden durch Überschreiten des Curie-Punktes des Materials .

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(Der Curie-Punkt ist die Temperatur, oberhalb von der spontane, magnetische Momente verschwinden.) Änderungen in der kristallinen Struktur des Materials können ebenso an diesem Materialeffekt teilhaben. AufJeden Fall besteht eine allgemein zu beachtende Temperatur- und Zeitabhängigkeit, die, wenn sie überschritten wird, das Material ohne weitere spezielle Wärmebehandlung magnetisch unbrauchbar macht. Infolgedessen sind Magneten außerhalb der Rohrhülle vorgeschlagen worden, um die Notwendigkeit zu vermeiden, daß man die Magneten Bntgasungstemperaturen und dem daraus resultierenden Abfall in der Feldstärke, wie vermutet, auszusetzen^ hat.

9 IM eine Neutronenleistung von etwa Io Neutronen

pro Sekunde zu erreichen* beträgt der minimale Durchmesser für eine vorgeschlagene Generatorhülle etwa 2,54- cm. Ein außen!legender Dauermagnet* der eine solche Hülle umgibt und in der Lage ist* eine Flußdichte von 4oo - 8oo Gauss (B) in äer Ionenquelle zu erzeugen, muß einen Außendurchmesser von etwa 5 ent haben» Demgemäß muß bei Bohrlochuntersuehungsgeräten die ühtersuchungssbnde notwendigerweise einen größeren Durehmesser als 5 cm haben. Diese Einschränkung setzt eine scharfe Grenze für den Einsatz von Neutronen-ifiitersuchungsgerEten, da der Durchmesser vieler Tiefbohrlöcher* durch die die Sonde frei hindurchgehen muß, in der Größenordnung von etwa 5 cm liegt.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen neuen und verbesserten Dauermagneten zu schaffen* der in einem Hochvakuum eine ausreichende Flußdichte erzeugen kamst. Dazu gehört auch die Schaffung eines neuen und verbesserten Gerätes zur Reduzierung der Abmessungen der Ionenquelle» Ferner gehört dazu die Schaffung eines neuen und verbesserten

Verfahrens zum Entgasen eines Materials und zum anschließenden Magnetisieren, um ein Dauermagnetfeld ausreichender" Stärke zu erzeugen. Dieses neue und verbesserte Verfahren und eine geeignete Vorrichtung sollen ermöglichen, einen Iöhenquellenmagneten in der Hülle eines unter hohem Vakuum stehenden oder mit einer kontrollierten Atmosphäre versehenen Rohres anzuordnen. Eine Ionenquellenelektrode soll ein Dauermagnetfeld in der Quelle erzeugen.

Gemäß der Erfindung können Dauermagnetwerkstoffe " erhitzt werden auf Temperatüren, die höher sind als diejenigen, die übej?licherweise einen irreversiblen Verlust von remanenfcer Magnet stärke erzeugen wurden, jedoch geringer als dieSchwelle für die Materialeffekte bzw. -umwandlung, die das Material unbrauchbar machen für anschließende Magnetisierung. Diese Wärmebehandlung treibt eingeschlossene Verunreinigungen aus dem Magnetwerkstoff aus und ergibt einen entgasten Dauermagneten mit einem zufriedenstellenden wiederherstellbaren remanenten Magnetismus.

Genauer gesagt ist eine Elektrode in...einer" Ionen · quelle in der Umhüllung eines Neutronengenerators hergestellt aus einem ferromagnetischen oder dauerhaft magnetIsierbaren Material. Der Generator wird entgast vor seiner Abdichtung, indem die Anordnung einem Vakkum ausgesetzt und auf eine Temperatur erwärmt wird, die höhenliegt als die irreversible Effgfcttemperatur des Elektrodenmaterials, jedoch geringer als die sogenannte Materialeffekt- oder -Umwandlungstemperatur. Das Rohr bzw* die Röhre wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt und versiegelt. Anschließend wird der entgaste Generator in ein starkes magnetisches Feld gebracht, um die Elektrode zu magnetisieren. Die in die Elektrode induzierte Magnetisierung schafft eine

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Ionen-Aüssendeelektrode, die auch ein Dauermagnet ist, z.B. aus Alnico VI, der eine Flußdichte von 4oo B bis 800 B in der Ionenquelle erzeugen kann.

Diese spezielle Technik macht es möglich, den Gesamtdurchmesser eines kompletten Neutronengenerators auf 2,5^ cm oder weniger zu reduzieren. Der relativ größere Wirkungsgrad des innenliegenden Magneten kleine-ren Durchmessers wird zum Teil dadurch erreicht, daß Flußverluste zu anderen Teilen der Rohrkonstruktion so gering- wie möglich gemacht werden im Gegensatz zu den Flußverlustwegen, die in größeren, außenmontierten Magneten vorhanden sind. Die eingeschlossene Kombination von Elektrode und Permanentmagnet vermeidet darüber hinaus die Notwendigkeit einer sorgfältigen Ausrichtung zwischen einem außen angebrachten Magneten und den Ionen-Aussendeelektroden.früherer Bauart. Materialien für die Rohrkonstruktion können von einer größeren Gruppe gewählt werden, insofern als die magnetischen Eigenschaften einer Vielzahl der Bauteile von untergeordneter Natur sind bei einem- innenangeordneten Magneten.

Nach der Erfindung wird also ein Dauermagnet

entgast für die 6l Verwendung in dner kontrollierten Atmosphäre durch Erhitzen eines ferromagnetisehen Materials auf eine Temperatur, bei der ein irreversibler Verlust von Remanenz Platz greift, jedoch unterhalb;der Temperatur, bei der Materialeinflüsse ohne weitere spezielle Wärmebehandlung die ganze Remanenz im wesentlichen reduzieren oder entfernen. Die von den erhitzten Oberflächen des Magneten ausgesandten Gase werden dann evakuiert. Permanentmagnetisehe Eigenschaften werden durch diese Wärmebehandlung nicht zerstört, und ein magnetisches Feld nennenswerter Stärke wird anschließend erzeugt durch Magnetisieren des entgasten Materials. Eine besondere Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die

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Anordnung eines Hohlzylindrischen lonenquellenmagneten in dem Gehäuse eines kleinen Neutronengenerators zur Erzeugung sowohl eines magnetischen Feldes als auch einer Ionen-Aussendeelektrode. Der zusammengestellte Generator wird dann entgast und abgedichtet bzw, versiegelt.^ Eine anschließende Magnetisierung versetzt die Elektrode in die Lage, das für die Ionenerzeugung benötigte magnetische Feld hoher Intensität zu erzeugen.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich im Zusammenhang mit einem in der. Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, wobei die elektrischen Strpmkreise in Blockdiagrammform gezeigt sind, und

Fig. 2 einen Schnitt gemäßSchnittlinie II-II in . Fig. 1 und in Richtung der Pfeile gesehen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung zeigt Fig. 1 einen Neutronengenerator lo, wie er in Bohrlochuntersuchungsgeräten zum Einsatz kommen kann. Der Generator Io umfaßt ein hohles zylindrisches Rohr 11 aus Glas oder dergleichen. Die in Längsrichtung befindlichen äußeren Enden des Rohres 11 sind angeschmolzen an elektrisch leitende Endkappen 12 und IJ. Ein quer angeordneter Verschlußkopf 14 und eine massive Kupfer-Zielelektrode 15 schließen die Endkappen 12 bzw. Ij5 ab zur Schaffung eines luftdichten oder gasdichten Gehäuses bzw. einer Umhüllung.

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Der Verschlußkopf 14 trägt eine Absaugröhre l6, durch die Gase in dem Generator Io während der Herstellung abgesaugt werden. Die Röhre 16 wird dann verschlossen. In gegenseitigem Absand angeordnete Stangen IJ und l8 sind in dem Gehäuse bzw. der Umhüllung durc-h Planschen 22 bzw. 23 an der Innenoberfläche des Kopfes l4 abgestützt. Die Stange 21 (Fig. 2.) ist durch das Kopfstück 14 in ähnlicher Weise abgestützt (nicht gezeigt), um mit den Stangen 17 und 2o drei Stütztglieder zu bilden, die in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind* Die Planschen 22 und 23, die an das Kopf stück l4 angeschweißt sind, bilden eine stabile Halterung und einen elektrischen Leiter für die im folgenden in ihren vollen Einzelheiten beschriebenen Bestandteile des Generators.

Ein gasdichter Isolator 24 bildet einen Durchlaß durch das Kopfstück l4 für einen Leiter 19.

Eine Gaszufuhrquelle 25 ist zwischen den Mittelabschnitten der sich in Längsrichtung erstreckenden Stangen 17, 2o und 21 angebracht· Die Gasquelle 25 umfaßt einen schraubenförmig gewundenen Wolfraradraht 26, der erhitzt werden kann auf eine vorbestimmte Temperatur durch einen elektrischen Strom von einer elektrischen Stromquelle 27 über einen im folgenden näher beschriebenen Leitungsweg. Ein Ende des Drahtes 26 ist an eine stützende Endkappe angeschlossen, die an einen perforierten becherförmigen Wärmeschild Jl angeschweißt ist, der mit der Längsachse des Rohres 11 ausgerichtet 1st. Eine zylindrische Wandung 32 des Schildes 31 erstreckt sich von der Endkappe 3o zu dem Kopfstück l4 über eine Länge, die größer ist als die Länge des schraubenförmige gewundenen Teiles des Drahtes

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- io - .

Die zylindrische Wandung 32 endet in einer quer verlaufenden Endkappe 33 mit einem zentralen Isolierring 34, der einen sich in Längsrichtung gerade erstreckenden Abschnitt des Drahtes 26 umschließt. ₌

Die Gasquelle 25 ist wärmeisoliert abgestützt durch zylindrische Isolatoren 36 und 4o, die auf den Stangen 17 bzw. 2o sitzen. Die Isolatoren sind versehen mit in Umfangsrichtung verlaufenden Bandeingriffsvertiefungen 39 und 4l. Diese Vertiefungen lassen Spiel zwischen Haltebändern 42 * und 43 und der Innenoberfläche des Glasrohres 11. Die Enden der Bänder 42 und 43 sind an ,die Außenoberfläche der zylindrischen Wandung J>2. angeschweißt, um die feste Lagerung für die Gasquelle 25 zu vervollständigen· Die Gasquelle 25 ist in ähnlicher Weise mit der Längsstange 21 (Pig. 2) durch einen zylindrischen Isolator und ein nicht gezeigtes Band verbunden.

Ein Film 44 aus Zirkon oder dergleichen zum Absorbieren und Aussenden von Deuterium und Tritium umhüllt die Zwischenwindungen des Drahtes 26 zur Bildung einer Quelle für diese Gase und für die Überwachung des Gasdruckes während des Betriebes des Generators. Aufgrund einer körperlichen Isolierung kann eine im wesentlichen gleichförmige Temperatur gehalten werden entlang den umhüllten Zwischenwindungen der Drahtspirale. Im Gegensatz dazu haben die endseitig gelegenen Windungen der Drahtspirale einen verhältnismäßig steilen Temperaturgradienten aufgrund von Wärmeleitung durch die Endkappe 3o und den Leiter 35 ο

Da die Gasemission und damit der Druck in dem Generator eine Funktion der Temperatur des Filmes 44 ist,

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erzeugt die duuren die Zwischenabschnitte der Drahtspirale geschaffene, verhältnismäßig gleichförmige Temperatur eine stabilere und wirksamere Einrichtung für die Gasdrucküberwachung. Sowie die von dem Film 44 freigegebenen Gase von der Atmosphäre in dem Gehäuse bzw, in der Umhüllung für die' Neutronenerzeugung abgezogen we.rd^werden mehr Gase emittiert zur Ergänzung des Gasdruckes in der Umhüllung auf eine Höhe, die der Temperatur des ZwiBchenabschnittes des Drahtes 26 entspricht» Die von dem Film 44 emittierten Gase diffundieren durch,,die Perforationen in dem becherförmigen Wärmeschild 31r.und treten in eine Ionenquelle ein» ■""",.;_ .;_;.- .:, ' ■ .·■■.-".-

Die Ionenquelle 45 (Fig. 1 und 2) umfaßt eine Kathode 5o mit einer massiven Sonde 46, hergestellt aus Nickel oder einem anderen ferromagnetIschen Werkstoff, ausgerichtet mit der Längsachse des· Rohres 11. Eine Öffnung 47 in der Kathode 5o divergiert auswärts in einer Richtung von der Gasquelle. 25 weg unter Bildung eines ringwulstförmigen Umfängsteils 51· Dei» glatte Ürnfangs-_% teil 51 verringert die Tendenz zu Spannungsdurchschlägen, die durch hohe elektrische Feldgradienten verursacht werden· Eine

Eine zweite Kathode 52 ist im Abstand von der Kathode 5o.zwischen dieser und der Endkappe Jo der Gasquelle 25 angeordnet. Aufbaumäßig umfaßt die zweite Kathode 52 einen Ring 53 aus Nickel oder dergleichen mit einem Inneren versenkten Teil 54, dessen Enden zu der Sonde 46 der Kathode 5o hin angeordnet sind. Die zweite Kathode 52 wird vervollständigt durch einen verhältnismäßig dicken Abschlußboden 55 aus Molybdän in der Mittelöffnung des Ringes 53. Der Abschlußboden 55 ist an den Innenurafang des Nickelringes

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angelötet. Der Außenumfang des Ringes 53 hat kleine .. Vorsprünge, wie die VorSprünge 56, die sich zu dem Kopfstück l4 hin erstrecken und an die in Längsrichtung . verlaufenden Stangen 17» 2o und 21 angeschweißt sind, um die zweite Kathode 52 in fester Lage zu dem Generatöraufbau zu sichern. Die Kathoden 50 und 52 sind darüber hinaus an die Energiequelle 27 für die Beheizung des Drahtes 26 und an Erdpotential 86 angeschlossen über einen Leiterweg, der die Endkappe 12., das Kopfstück lij4, die Flanschen 22 und 23 und die Stangen 17, 2o und 21 ψ einschließt. Der als Gasquelle dienende Draht 26 ist außerdem an die Energiequelle 27 durch den Leiter 35 angeschlossen. Dieser Stromkreis ist zum Erdpotential 86 hin vervollständigt durch die Endkappe 3o, die zylindrische Wandung 32, einen Leiter (nicht gezeigt), die Stange 2o, den Plansch 23, das Kopfstück 14 und die Endkappe 12.

Gemäß der Erfindung wird ein Dauermagnetfeld für die Ionenquelle 45 geliefert durch eine hohlzylindrische Anode 57. Die Anode 57 ist eingefügt zwischen die Kathode 5o und die zweite Kathode 52 und ist ausgerichtet mit der-Längsachse des Generators Io. Die Anode 57 kann geformt sein aus einem geeigneten ferromagnetischen oder: Dauermagnet werkstoff, z.B. ein Keramikmagnet oder eines der Alnico-Werkstoffe, wie Alnico VT, eine weitgehend aus Kobalt und Nickel zusammengesetzte Legierung. Typischerweise wird über einen Längsleiter 60 ein positives ionisierendes Potential von etwa 1500 Volt Gleichstrom gegenüber den Kathoden 50 und 52 an die magnetische Anode 57 angelegt. Der Leiter 60 ist an einem Ende an die Außenoberfläche der Anode 57 angeschweißt und an dem nahe dem Kopfstück l4 liegenden Ende an ä eine Leitung 6l, die in das Gehäuse bzw. die Umhüllung durch den

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gasdichten Isolator 24 engeführt ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung is t die Anode 57 etwa 19 mm lang. Der maximale Außendurchmesser der Anode 57 beträgt annähernd 22 mm und der Innendurchmesser knapp l6. Mach der im folgenden beschriebenen Behandlung arbeitet die permanent mgagnetisierbare Anode 57 nicht lediglich wie eine Ionen-Aussendeelektrode,

auch

sondern erzeugt/eine magnetische Flußdichte von 4oo B bis 8oo B zwischen den Kathoden 5o und 52 an der Längsachse des Generators ic.

Die Anode 57 ist starr befestigt an den drei Stützstangen 17, 2o und 21 (Fig. 2) mittels Haltebändern 62* 65 und 64, die in Vertiefungen an entsprechenden zylindrischen Isolatoren 65, 66, und 67 eingreifen. Die Isolatoren 65» 66 und 67 werden aufgenommen von den Endabschnitten der Stangen 17» 2o und 21 und verbinden die Anode 57 mit der Generator^onstruktion im wesentlichen auf die gleiche Weise, wie die Gasquelle 25 mit den Stangen verbunden ist. Die Außenoberflache der Anode 57 ist genutet für die Aufnahme der Isolatoren 65, 66 und 67 und schafft dadurch ein Spiel zwischen der Innenoberfläche des Rohres und den Isolatoren»

Die massive Sonde 46 in der Kathode 50 trägt zu einer hohen Flußdicüte in der Ionenquelle 45 bei durch Fokussleren des durch die Anode 57 erzeugten magnetischen Feldes in der Näh<? des Längsachse des Generators lo. Die Sonde 46 ist in fester Lage zu der permanent magnetisierbaren Anode 57 abgestützt durch eine durchbrochene konkave Platte 7o, die zu der» Kopfstück 14 hin gerichtet und an die äußeren Enden der Haitestangen 17, 2o und 21 angelötet ist. Die Kathode 5o bildet darüber hinaus eine der Elektroden für

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einen Beschleunigungsspalt 72," der ionisierte Deuterüiam- und Tritiumpartikel von der Quelle 45 zu einer mit Deuterium ο und Tritium gefüllten Kohlenstoff-Aufprallplatte 73 treibt. Die Aufprallplatte 73 ist untergebracht in einer axial ausgerichteten Vertiefung Jk in der Mitte der Innenoberfläche der Zielelektrode 15· Das Potential, das die ionen zu dieser Zielelektrode hin beschleunigt, wird erzeugt zu _{= f} einem großen Teil zwischen der Kathode 5o und einer sogenannten Schutzelektrode 75· Die Schutzelektrode 75 ist ein zu der Zielelektrode 15 hin gerichtetes konkaves Bauteil und hat eine mittig angeordnete Durchbrechung 78, die die beschleunigten Ionen von dem Spalt 72 zu der Aufprallplatte 75 hindurchtrete#läßt.

Eine elektrisch leitende Stange J6 ist durch die Zielelektrode 15 mittels eines gasdichten Isolators 77 und einer ä Dichtung 80 hindurehgeführt* Die isolierte Stange J6 ermöglicht ein negatives Beschleunigungspotential von etwa . "4o KV bis 150 KV relativ zu der Kathode 5o, das an die Schutzelektrode 75 angelegt werden kann, wie im folgenden im einzelnen beschrieben.

Die Schutzelektrode 75 wird annähernd ein KV negativer gehalten als die Aufprallplatte 73. Diese Potentialdifferenz hindert Sekundärelektronen, die von der Aufprallplatte ausgesandt werden infolge eines Ionenbeschusses, am Durchqueren des Beschleunigungsspaltes 72 und auch daran,.daß hochgespannte Beschleunigungsenergie aus dem Rohr unproduktiv austritt. Der negative Potentialgradient in dem elektrischen Feld zwischen der Schutzelektrode 75 und der Aufprallplatte 73 läßt die negativen Sekundärelektronen zu der positiveren Zielelektrode 15 zurückkehren. Dieses Merkmal ist günstig für einen kontinuierlichen Generator-

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betrieb, wobei ein Gasdruck in. der Hülle von etwa 1-Mikron oder mehr-üblicherweise-zufriedenstellend ist.

Wenn jedoch Neutronenstöße verlangt werden, ist die Funktion der Schutzelektrode 75 weniger wichtig insofern, als derlonenbeschuß der Aufprallplatte seinen Portgang nehmen kann'in zeitlich im Abstand gehaltenen Entladungsstößen* Wenn die Entladungsstöße hinreichend kurz und gut voneinander getrennt sind, werden Sekundärelektronen in dem Beschleünigungsspalt 75 zerteilt oder zerstreut in dem Intervall zwischen den Entladüngsstößen ohne das Vorhandensein einerppeziellen Elektrode. Demgemäß kann beim ImpulsbetriEb die Schutzelektrode auf einem mehr negativen Potential gehalten werden gegenüber der Auf prall plat te 7 ^3 oder positiver als die Aufprallplatte, jedoch negativer als die Kathode 5o oder gänzlich entfernt von dem Generator Io»Ein typischer Generatorgasdruck für Impulsbetrieb liegt in der Größenordnung von Io bis 2o Mikron,..

Der Kohle-Aufprallknopf 73 wird in der Vertiefung 74 der Zielelektrpde 15 festgehalten durch einen Befestigungsring 81 aus Kupfer oder dergleichen, der in eine Ringnut zwischen der Kohleplatte 73 und den Seiten der Vertiefung 74 hineinpaßt.-Eine" Lötmischung 82, wie z,B. ein Kupfer-Silber-Eutektikum, verbindet den Befestigungsring 8l mit den Seiten der Vertiefung 74. Der Ring. 81 überla-ppt den Kohle-Aufprallknopf 73 und hält den Knopf sicher ausgerichtet mit der Sondenöffnung 47 und der Durchbrechung in der Schutzelektrode, 75. '

Für den Zusammenbau des Generators Io werden-alle _ Bauteile individuell entgast von Verunreinigungen durch Erhitzen in Wasserstoff bei atmosphärischem Druck auf

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annähernd 9oo°C für etwa eine Stunde. Die permanent magnetisierbar-Anode 57 wird jedoch in einem Vakuum von etwa lo"-⁵ mm Quecksilbersäule auf etwa 6oo ⁰C für eine Stunde' erhitzt. Die Bestandteile werden dann in ihren geeigneten gegenseitigen Stellungen befestigt, wie vorstehend beschrieben. Die zusammengestellten Bauteile werden dann im Zentrum einerjnicht gezeigten Hochfrequenz-Induktionsheizspule angeordnet. Die erregte Spule erzeugt eine Temperatur von etwa 6oo C oder mehr in den Generatorbauteilen. Ein Vakuum von etwa Io ^J mm Quecksilbersäule oder weniger wird erzeugt, um von den Bauteilen während des Zusammenbaus absorbierte Verunreinigungen zu evakuieren. Diese -«als eine sogenannte Ausheizstufe bezeichnete Wärmebehandlung wird fortgesetzt für annähernd 15 Minuten oder mehr, um sicherzustellen, daß alle bedeutenden Mengen eingeschlossener Verunreinigungen ausgetrieben worden sind. Die ganze Anordnung wid dann in die Glasrohre 11.gebracht und in einem Ofen auf etwa 4oo°C erhitzt für 1K Stunden

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bei einem Druck von etwa lo" mm Quecksilbersäule oder weniger. Wenn diese Ausheizstufe abgeschlossen ist, wird das Rohr zuerst auf Röhrtemperatur abgekühlt, bevor es versiegelt wird..Die Absaugeröhre 16 wird dann abgekniffen und versiegelt, wie in Fig. 1 gezeigt, nachdem das Deuterium-Tritium-Gemisch in den Generator Io eingeführt und durch den Drahtüberzug KK absorbiert worden ist.

Der Generator wird jetzt in Längsrichtung mit einem nicht gezeigten magnetischen Feld ausreichender Stärke ausgerichtet, um die Anode 57 dauerhaft zu magnetisieren, zwecks Erzeugung einer Feldstärke von 4oo B bis 80Q...B an der Anodenachse. Typischerweise ist ein Magnetfeld von etwa 7800 Ampere-Windungen je Zentimeter Magnetlänge ausreichend, um dieses Ergebnis zu erzielen. Somit erzeugt

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gemäß der Erfindung eine öntgaste Elektrode 57 in dem Generator Io ebenso ein Dauermagnetfeld für die Ionenquelle 45.

Gemäß der Erfindung sollte die Temperatur" der Anode 57 in keinem Augenblick während des Röhrenzusammenbaus und der Entfernung der Verunreinigungen die sogenannte Material-Effekt-Temperatur oder Materialumwandlipgstemperatur des behandelten Werkstoffes übersteigen. Somit dürfen z.B. die meisten der Alnico-Zusammensetzungen nicht erhitzt werden über etwa 48o°C bis etwa 59o°C, während etwa 98ο°β die Grenze für sogenannte Indox-Magnete zu sein scheint. Insofern als Materialbeeinflussungen von Änderungen in der Kristallstruktur abhängen, müssen niedrigere Temperaturschwellen für Materialumwandlüngen beachtet werden,, wenn der Zeitraum für das Entgasen besonders lang ist*

für ein kontrolliertes Ausbringen von Neutronen zu sargen* kontinuierlich oder in periodischen Ehtladungsstößen, liefert eine Spannungs^uelle 85 für die Ionenquelle Leistung für den Ionen-Beschußstrahl* Für Impulsbetrieb kann eine Impuls-Frequenz-Überwachungsvorrichtung 87 vorgesehen sein für die Regelung des Betriebes einer Spannungsquelle 85. Die Kontrollvorrichtung 87 kann von einer geeigneten Bauart sein, die in abgemessenen Zeitabständen Impulse bestimmter Dauer und bestimmter Höhe, d.h. etwa Io Kikrosekunden oder mehr, wiederholt jede Sekunde oder weniger, aussenden· Eine Kontrollvorrichtung 84 für di0 Spannungsquelle 27 des Drahtes 26 regelt die Intensität des Ionenstrahles durch Kontrolle des Gasdruckes in der Umhüllung in Abhängigkeit zu der über einem Vorwiderstand 8j5 entwickelten Spannung, Der Widerstand 8j5 verbindet die Überwachungsvorrichtung 84 und eine Hochspannungs-Leistungsquelle 88 mit dem Erdpotential 86.

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Der durch den Widerstand 83 fließende Strom schafft ein Maß des Ionenstrahl-Stromes, der die Kontrollvorrichtung 84 in die Lage versetzt, .den Generatorgasdruck entsprechend einzustellen. Die durch die Hochspannungsquelle 88 erzeugte Spannung wird darüber hinaus unmittelbar angelegt an die Schutzelektrode 75 und über einen Vorwiderstand 89 an die Zielelektrode 15. Die so entwickelte Spannung sorgt für die Beschleunigung- bzw» Schütze!ektrqdenpotentiale. Wäiirend des Betriebes wird Strom duroiP Draht 26 der Gast - quelle 25 hindurchgeschickt von der Spannungsquelle 27 in einem Maße, das geregelt wird durch die Überwachungsvorrichtung 84, um in der Generatorhülle einen Deuterium-Tritium-Druck zu erzielen, der geeignet ist für einen gewünschten Ionenstrahl-Strom und die Ärbeitsbedingung des Generators«

Das elektrische Feld in der Ionenquelle 4-5 ist kreuzweise orientiert und allgemein senkrecht zu der Richtung des magnetischen Feldes auf grund <fer relativen Stellungen der Ionen-Aussendeelektroden. Diese kombinierten Felder erhöhen die Weglänge der Elektronen in der Ionen-. quelle, um die Ionisierleistung des Generators Io zu f steigern.

Die zwis#chenj&er Kathode 50 und der Schutzelektrode 75 eingerichtete Hochspannung erzeugt einen steilen Spannungsgradienten, der Deuterium- und Tritium-Ionen von der Sondenöffnung 47 zu der Aufprallplatte; 73 beschleunigt. Die den Ionen erteilte Energie ist ausreichend, um iieutronenerzeugende Reaktionen zwischen den auftreffenden Ionen und den Kernen in der Aufprallplätte einzuleiten und (Ute AufprOjllplatte 73 mit frischem Aufprallmaterial wieder anzufüllen.

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Ein anfänglicher Beschüß einer frischen Kohle-Aufprallplatte 73, beispielsweise durch ein Gemisch von je zur Hälfte Deuterium- und Tritium-Ionen, erzeugt verhältnismäßig wenig Neutronen. Sowie zunehmende Mengen auftreffender Ionen durchdringern und in dem Gitter der Kohle-Aufprallplatte festgehalten werden, erhöht sich jedoch die Wahrscheinlichkeit von Kernreaktionen. Somit wird nach einem verhältnismäßig kurzzeitigen Ionenbeschuß eine kontinuierliche oder impulsweise Neutronenabgabe von

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Io bis Io Neutronen je Sekunde erreicht.

Wie vorstehend beschrieben, regelt die Kontrollvorrichtung 84 die Leistungsquelle 27 für den Draht 26 und steuert dadurch den Gasdruck in der Röhre und die Ionenstrahlintensität zur Erzeugung der gewünschten Neutronenabgabe. Wenn die Neutronenabgabe oder -leistung ansteigen sollte als Folge einer Erhöhung des Ionenstromes, läßt eine entsprechende Stromzunahme durch den Widerstand 8j5 die Kontrollvorrichtung 84 die Leistungszufuhr zu dem Draht 26 abnehmen und sich dadurch den Gasdruck in dem Generator verringern. Der geringere Gasdruck vermindert effektiv die Anzahl der zur Beschleunigung verfübaren Ionen und bringt somit die Neutronenleistung auf einen stabilen, vorbestimmten Wert. In ähnlicher Weise wirkt ein Stromabfall durch den Widerstand 8j auf die Kontrollvorrichtung 84 so ein, daß diese für eine Zunahme des

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Generatorgadruckes sorgt.

Wenn gewünscht, kann die Neutronenleistung direkt überwacht werden, und ent£weder die' Spannungsquelle 85 für die Ionenquelle oder die Hochspannungs-Leistungs- , quelle 88 kann automatisch kontrolliert werden oder von Hand, um einen stabilen Generatorbetrieb zu erreichen.

Pur den Fall, daß der Generator lediglich mit

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Deuteriumgas versorgt wird,, werden Neutronen erzeugt als Folge von Deuterium-Deuteriuni-Zwischenwirkungen, eher alsUuroh Deuterium-TriHum-Reaktionen, wie -sie
bei der vorstehenden Beschreibung des gezeigten Ausführung sbeispiels abgehandelt wurden.

— Patentansprüche

81.9/005.0

Claims (1)

1. Io Verfahren zum Entgasen eines Dauermagneten*, gekennzeichnet durch Erhitzung eines Dauermagnetwerkstoffes auf eine Temperatur höher als etwa 4oo°C und niedriger als dessen Material effekt« bzw_s "Umwandlungstemperaturj, Ent·= fernen des aus dem erhitzten Werkstoff austretenden Gases und Induzieren eines Dauermagnetfeldes in den Werkstoff_β

   2o Verfahren nach Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff auf etwa 600⁰G erhitzt wird»

   ^o Verfahren nach Anspruch l_s dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck des austretenden Gases auf Io -v mm Quecke silbersäule oder weniger reduziert wird»

   4o Neutronengeneratorröhre_s hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch- I₉ mit einer gasdichten HuIIe₄S einer Gasquelle für die Erzeugung eines Gasdruckes in der Hülle und mit einer Elektrode in dar Hülle im Abstand von.der Gasquelle^ ödadurch gekennzeichnet^ OaB mindestens ein Dauermagnet (57) vorgesehen ist in der Hülle (li_s 12_# 13_S l4-_ä 15) zusammen mit der Elektrode zum Erzeugen einei? magnetischen Plußdichte von etwa 4oo Gaüß oder mehr und ein elektrisches Feld zum Ionisieren des .'Gases' von der Gasquelle (25)* eine Zielelektrode (15) mit Aufprallplatt© (75) im Abstand von dem Magneten (57) und der Elektrode und Einrichtungen für die Erzeugung eines Potentisis zum Beschleunigen der ionisierten ßaspartikel zu der '.Zielelektrode (15) bzwO- deren Aufprallplatte

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   5» Neutronengenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (57) aus einem hohlen Alnico-Zylinder besteht mit einer magnetischen Flußdichte von etwa 4-OO Gauß oder mehr an dessen Achse,

   6 β Neutronengenerator nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus einem Paar Platten in Ebenen quer zur Achse des hohlen Zylinders (57) und im wesentlichen an dessen Enden.besteht, und daß ein zentral angeordneter Vorsprung aus ferromagnetischem Werkstoff eine öffnung (47) besitzt, die darin ausgebildet ist an einer Seite der Elektrodenplatten für den Austritt der ionisierten Gaspartikel und deren Beschleunigung zu der Zielelektrode (15) bzw. deren Aufprallplatte

   7ο Meutronengenerator nach Anspruch 6_S gekennzeichnetdurch Einrichtungen, um an den hohlen Zylinder (57)ein elektrisches Potential von. etwa 1500 ¥ oder mehr anzulegen zur Erzeugung des elektrischen-Feldes mit der

   Elektrode» ■ ^: " .■-■'.

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