EA043219B1 - Импульсный нейтронный генератор - Google Patents
Импульсный нейтронный генератор Download PDFInfo
- Publication number
- EA043219B1 EA043219B1 EA202193090 EA043219B1 EA 043219 B1 EA043219 B1 EA 043219B1 EA 202193090 EA202193090 EA 202193090 EA 043219 B1 EA043219 B1 EA 043219B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- neutron
- tube
- vacuum
- target
- neutron tube
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 6
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 12
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 9
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- -1 deuterium ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 229910000833 kovar Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Description
Изобретение относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначено для использования при разработке нейтронных генераторов.
Известен скважинный импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные в металлическом корпусе вакуумную нейтронную трубку с элементами электрической схемы ее питания, а также элементы схемы формирования импульса ускоряющего напряжения, включающие накопительный конденсатор, высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой, выполненной на магнитопроводе, выход которой соединен с чашеобразным экраном и расположенной в нем вакуумной нейтронной трубкой; патент Российской Федерации № 2368024, МПК G21G 4/02, 20.09.2009.
Недостатком этого генератора является ограниченный ресурс работы нейтронной трубки из-за отсутствия антидинатронной сетки, т.е. системы подавления вторичной электронной эмиссии, возникающей в результате бомбардировки мишени трубки ионами дейтерия. Следствием этого является быстрый выход из строя ионного источника трубки и малый срок службы нейтронного генератора.
Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные в металлическом корпусе, залитом жидким диэлектриком, вакуумную нейтронную трубку с ее схемой питания и схемой формирования импульса ускоряющего напряжения, включающей накопительный конденсатор, сопротивление смещения, дроссель, нагрузочное сопротивление, высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой, выполненной на магнитопроводе, выход которой соединен с чашеобразным экраном и расположенной в нем вакуумной нейтронной трубкой; патент РФ №174178, МПК Н05Н 3/06, 05.10.2017. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
В этом генераторе существует система подавления вторичной электронной эмиссии, обеспечивающая запирающий потенциал отрицательной полярности по отношению к мишени с помощью электропроводящей сетки высокой прозрачности. Этот потенциал создаётся на сетке за счёт протекания тока трубки в ускоряющем промежутке. Та часть тока, которая попадает на сеточный электрод, создаёт на нём так называемое напряжение смещения относительно мишени с помощью резистивного сопротивления смещения, которое включается в цепь между мишенью и сеточным электродом. Величина напряжения смещения составляет несколько киловольт и достигается подбором резистора, располагаемого обычно снаружи нейтронной трубки. Кроме сложности подбора оптимальной величины сопротивления, недостатком использования сопротивления смещения является снижение эффективного значения ускоряющего напряжения в межэлектродном промежутке инжектор ионов - мишень. Это связано с тем, что отрицательное напряжение на сеточном электроде по отношению к мишени после прохождения ионами дейтерия сеточного электрода начинает оказывать на нем по отношению к мишени тормозящее воздействие на положительно заряженные ионы.
В данном генераторе используется вакуумная нейтронная трубка, содержащая размещенные в герметичном запаянном стеклянном корпусе мишенный узел и управляемый 3-электродный искровой источник, который состоит из кольцевого анода, катода и поджигающего электрода.
Корпус нейтронной трубки представляет собой вакуумно-герметичную оболочку из двух стеклянных цилиндров, соединенных между собой металлостеклянным спаем с помощью сеточного электрода. На одном торце оболочки закреплен мишенный узел, на другом управляемый 3-электродный искровой источник. Сеточный электрод выполнен в виде V-образного кольца из ковара, вакуумно-герметично спаянного с двух сторон со стеклянными цилиндрами. Выполнение четырех металлостеклянных спаев существенно усложняет конструкцию нейтронной трубки, приводит к увеличению ее длины, возможному осевому смещению двух цилиндров корпуса относительно друг друга. Кроме того, спаи стекла с коваром в области высоких напряженностей электрических полей могут являться дополнительным источником коронных разрядов, способных привести к сквозному пробою стекла при наличии в нем даже незначительных воздушных включений в виде пузырей. Для нейтрализации этого явления приходится ставить специальный металлический экран в виде цилиндра с радиусом закругления кромок 1-2 мм.
Сопротивление смещения намотано на отдельном изоляционном каркасе проводом с высоким удельным сопротивлением и является самостоятельным конструктивным элементом, для размещения которого требуется дополнительный объем.
Задачей изобретения является повышение надежности работы нейтронного генератора, уменьшение габаритов и веса.
Техническими результатами изобретения являются уменьшение габаритов, веса, повышение надежности работы импульсного нейтронного генератора.
Технический результат достигается тем, что импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные в металлическом корпусе, залитом диэлектриком, вакуумную нейтронную трубку с ее схемой питания и со схемой формирования импульса ускоряющего напряжения, включающей накопительный конденсатор, зарядный дроссель, высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой, выполненной на магнитопроводе, выход которой соединен с чашеобразным экраном и расположенной в нем вакуумной нейтронной трубкой, вакуумно-герметичный корпус нейтронной трубки имеет расположенный на торце мишенный электрод, на внутренней стороне которого расположен электропроводящий цилиндр с экранирующей сеткой высокой прозрачности механически и электрически с ним связанную, а с наружной стороны мишенного электрода соосно расположен кольцеобразный постоянный магнит из двух разнополюсных полуколец, формирующий поперечное относительно оси трубки магнитное поле.
- 1 043219
Сущность изобретения поясняется чертежом, где:
- металлический корпус блока;
- нейтронная трубка;
- импульсный высоковольтный трансформатор;
- накопительный конденсатор;
- конденсатор ионного источника;
- зарядный дроссель;
- корпус нейтронной трубки;
- мишенный электрод нейтронной трубки;
- анодный электрод нейтронной трубки;
- катодный электрод ионного источника;
- поджигающий электрод ионного источника;
- электропроводящий цилиндр;
- экранирующая сетка;
- мишень;
- кольцеобразный постоянный магнит;
- чашеобразный экран;
- термокомпенсатор;
- высоковольтный проходной изолятор.
Импульсный нейтронный генератор выполнен по схеме включения нейтронной трубки с заземленным мишенным узлом. Генератор включает металлический корпус 1, нейтронную трубку 2, высоковольтную часть схемы её питания, обеспечивающую ускоряющее напряжение, с высоковольтным трансформатором 3 на металлическом сердечнике, накопительный конденсатор 4, конденсатор источника ионов 5, зарядный дроссель 6. Корпус нейтронной трубки 7 представляет собой вакуумно-герметичный стеклянный или керамический цилиндр, соединенный с одной стороны с мишенным электродом 8, а с другой стороны - с анодным электродом 9 источника ионов, содержащего соосно расположенные анод 9, катод 10 и поджиг 11. Корпус нейтронной трубки 7 изготовлен из стекла или керамики.
На внутренней стороне мишенного электрода установлен полый электропроводящий цилиндр 12 с экранирующей сеткой 13 с высокой прозрачностью, механически и электрически с ним связанную, а также мишень 14. С наружной стороны мишенного электрода соосно расположен кольцеобразный постоянный магнит 15 из двух разнополюсных полуколец, формирующий поперечное относительно оси трубки магнитное поле.
Анодный электрод 9 и полый электропроводящий цилиндр 12 образуют закрытую систему электрод в электрод, которая минимизирует попадание плазмы и продуктов электрического разряда на внутреннюю поверхность корпуса трубки. Для выравнивания электрических полей на анодный электрод ионного источника установлен экран 16.
Для обеспечения электрической прочности и улучшения теплопередачи от внутренних источников энергии во внешнюю среду блок залит жидким диэлектриком, имеющим хорошие электроизоляционные свойства. Для компенсации температурного изменения объёма жидкого диэлектрика установлен термокомпенсатор 17.
Внешнее питание и импульсы запуска подают через керамические проходные изоляторы 18.
Генератор работает следующим образом.
При срабатывании коммутирующего элемента (на чертеже не показан) накопительный конденсатор 4, заряженный до нескольких кВ, разряжается через первичную обмотку трансформатора 3. На вторичной обмотке формируется импульс напряжения положительной полярности 100-150 кВ длительностью несколько микросекунд, который подается на катодный электрод 10 нейтронной трубки. При подаче импульса поджига ионного источника происходит разряд конденсатора ионного источника 5 через анод 9 и катод 10. В результате десорбции дейтерия и его ионизации под действием дугового разряда образуются ионы дейтерия, которые бомбардируют мишень 14 нейтронной трубки 2. На мишени в результате реакции Ш2+Ш3^2Не4+n образуются нейтроны с энергией 14 МэВ и вторичные электроны.
Ток вторичных электронов является паразитным и приводит к нагреванию электродов ионного источника, снижая ресурс работы нейтронной трубки.
Предлагаемый способ подавления вторичной эмиссии электронов с мишени связан с созданием магнитного поля в области мишени, вектор напряжённости которого направлен перпендикулярно траекториям вторичных электронов и оси нейтронной трубки. Выбиваемые из мишени 14 вторичные электроны попадают в эквипотенциальный объем, образованный электропроводящим цилиндром 12 с экранирующей сеткой 13 и мишенью 14, и возвращаются магнитным полем на мишень, что предотвращает их попадание в ускорительный промежуток. Преимущество этого способа перед прототипом заключается в том, что при использовании постоянных магнитов нет энергетических затрат на подавление электронов и нет снижения энергии ионов в процессе их ускорения к мишени, как это имеет место в прототипе.
Эффективность предлагаемого технического решения была проверена в результате сравнительных испытаний на одних и тех же вакуумных нейтронных трубках. Эксперимент проверен с измерением вы- 2 043219 хода нейтронов при подавлении вторичных электронов с помощью постоянного магнита и с помощью антидинатронной сетки и сопротивления смещения. Результаты идентичны в пределах погрешности измерения.
Благодаря такому техническому решению вследствие отсутствия антидинатронной сетки и сеточного электрода на корпусе нейтронной трубки отпадает необходимость изготовления сопротивления смещения как самостоятельного конструктивного элемента на отдельном каркасе как в прототипе, что приводит к упрощению конструкции нейтронной трубки и уменьшению веса генератора. За счёт объёма, образовавшегося вследствие исключения сопротивления смещения на отдельном каркасе, существенно уменьшаются габариты генератора.
Также исключение сопротивления смещения из конструкции позволило улучшить теплоотвод с мишени трубки, таким образом существенно улучшилось охлаждение мишени и уменьшилось число контактирующих элементов электрической схемы, что привело к повышению надежности работы генератора по сравнению с прототипом.
Claims (1)
- Импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные в металлическом корпусе, залитом диэлектриком, вакуумную нейтронную трубку с ее схемой питания и со схемой формирования импульса ускоряющего напряжения, включающей накопительный конденсатор, зарядный дроссель, высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой, выполненной на магнитопроводе, выход которой соединен с чашеобразным экраном и расположенной в нем вакуумной нейтронной трубкой, отличающийся тем, что вакуумно-герметичный корпус нейтронной трубки имеет расположенный на торце мишенный электрод, на внутренней стороне которого расположен электропроводящий цилиндр с механически и электрически связанной с ним экранирующей сеткой высокой прозрачности, а с наружной стороны мишенного электрода соосно расположен кольцеобразный постоянный магнит из двух разнополюсных полуколец, формирующий поперечное относительно оси трубки магнитное поле.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021134250 | 2021-11-24 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA043219B1 true EA043219B1 (ru) | 2023-04-28 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2020200901B2 (en) | Passive compound strong-ionization discharging plasma lightning rejection device | |
CN102683099B (zh) | 一种高电压真空开关 | |
US4122347A (en) | Ion source | |
RU2010146630A (ru) | Рентгеновская трубка с пассивным ионособирающим электродом | |
US2228157A (en) | Construction of gas-or vapor-filled discharge vessels | |
CN110072325B (zh) | 一种强流离子高压静电加速管 | |
CA1066425A (en) | Continuous ionization injector for low pressure gas discharge device | |
US4760262A (en) | Ion source | |
RU2703518C1 (ru) | Импульсный нейтронный генератор | |
PL133432B1 (en) | Method of carrying out the high-voltage test of the assembly of base of electron gun cathode-ray tube | |
RU2773038C1 (ru) | Импульсный нейтронный генератор | |
EA043219B1 (ru) | Импульсный нейтронный генератор | |
RU187270U1 (ru) | Импульсный генератор нейтронов | |
RU209936U1 (ru) | Импульсный нейтронный генератор | |
JPH0213900A (ja) | 密封高ビーム束中性子管 | |
EA202190038A1 (ru) | Устройство генерирования филаментированного вспомогательного разряда для устройства генерирования рентгеновского и корпускулярного излучений, а также для термоядерного реактора с устройством генерирования рентгеновского и корпускулярного излучений, и способ генерирования рентгеновского и корпускулярного излучений | |
RU174178U1 (ru) | Импульсный нейтронный генератор | |
RU2654494C1 (ru) | Вакуумный искровой разрядник | |
US3873871A (en) | Switch field coils for crossed-field interrupter | |
RU2541509C1 (ru) | Блок излучателя нейтронов | |
RU209633U1 (ru) | Вакуумная нейтронная трубка | |
RU2776026C1 (ru) | Импульсный нейтронный генератор | |
EA042810B1 (ru) | Импульсный нейтронный генератор | |
RU209869U1 (ru) | Импульсный нейтронный генератор | |
RU196930U1 (ru) | Малогабаритный двухсекционный управляемый вакуумный разрядник |