JPS5914240B2 - 核検層装置のガス入り中性子発生管用励振・制御方法および励振・制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は全体として制御回路すなわち調整回路に関し、
更に詳しくいえば中性子発生管を制御する回路および制
御方法に関する。

核検層装置におけるガス入り中性子発生管はターゲット
と、イオン源電圧と、接地される陰極とを有する。

ターゲットには電源から負の高電圧が印加される。

この電源は中性子発生管の中性子出力に対応するターゲ
ット電流を供給する。

定電流源は一定の電流を供給する。

ターゲット電流と一定電流を受ける回路網は、一定電流
の一部を陰極電流として中性子発生管の陰極に与える。

その回路網は中性子発生管の中性子出力を制御するよう
に、ターゲット電流に従って陰極電流の大きさを制御す
る。

本発明の目的は動作モードに従ってスイッチを切換える
ことによりいずれの動作モードでも同様に陰極電流を制
御できる核検層装置のガス入り中性子発生管用励振・制
御方法および励振制御回路を提供することにある。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明では、中性子発生管の陰極部における陰極電流を
制御することにより、連続中性子源またはパルス状中性
子源を調整する。

核険層装置（図示せず）における中性子発生管の３つの
基本的な機能要素はターゲット３と、イオン源５と、陰
極７とである。

陰極Ｉは接地される。アンペレックス（Ａｍｐｅｒｅｘ
）１８６０３のような中性子発生管の場合には、ターゲ
ット３は一１２５ＫＶの電圧で通常動作する。

この電圧は重水素イオンとトリチウムイオンとの混合ガ
スをトリチウム−チタン・ターゲット３へ加速するため
に用いられる。

上記アンペレックス中性子発生管のイオン源５は約１６
００ｖの電圧で動作し、混合ガスをイオン化してそれら
のイオンを加速領域へ集束させる。

陰極７は陰極Ｉの内部の金属シリンダー（図示せず）の
温度を制御することにより、ガスの圧力を一定レベルに
調整する。

陰極７は２．５〜４．５Ａの電流を受けることにより動
作する。

図には検層装置に用いられている励振回路と調整回路も
示されている。

−１２５ＫＶのターゲット電圧は、駆動回路に直流５０
Ｖを加えることにより、通常のコツククロフト−ウオル
トン型高電圧電源によって発生される。

この高電圧電源はＮＰＮトランジスタＱｌ。Ｑ２と、ト
ランスＴ１と、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣＩ 、Ｃ２
、Ｃ３と、ダイオードＣＲとを含む。

図には２個のコンデンサＣ２、Ｃ３と２個のダイオード
ＣＲより成る回路区間が２つしか示されていないが、実
際にはこの回路区間を必要な電圧が得られるまで必要な
数だけ縦続阪続して用いる。

このコツククロフト−ウオルトン型高電圧電源はターゲ
ット３に一１２５ＫＶの電圧を与え、導線１２にはター
ゲット電流に対応する電流ＩＴを伝える。

ターゲット電流ＩＴは中性子発生管１の中性子出力に対
応する。

トランス１５に尖頭値が２００ｖで周波数が２．７ＫＨ
ｚの方形波電圧が加えられる。

このトランス１５はその方形波電圧を降圧してから、ダ
イオード１７〜２０で構成されている整流ブリッジにそ
の電圧を与える。

この整流ブリッジの正出力端子とアース１０との間に平
滑コンデンサ２５が接続され、整流ブリッジの負出力端
子は接地される。

この整流器は、平滑コンデンサ２５の端子間電圧ｖ１が
一定である限りは、一定電流■を供給するようなもので
ある。

整流ブリッジの正出力端子は抵抗３０を介してコレクタ
４０とベース４４を有するＰＮＰ ）ランジスタ３８の
エミッタ３６にも接続される。

トランジスタ３８．４７が適切にバイアスされるとそれ
らのトランジスタは一定の電流を与える。

トランジスタ３８のベース４４はＰＮＰ）ランジスタ４
７のエミッタ４５に接続され、トランジスタ４７のベー
ス４９は抵抗３１を介して整流ブリッジの正出力端子に
接続されるとともに、直列接続された抵抗５０とセンシ
スタ（ｓｅｎｓｉｓｔｏｒ）５５とを介して接地される
。

このセンシスタは抵抗値が温度に従って鋭敏に変化する
ような抵抗素子の一種で、これにより坑井内素子の温度
補償をするようになっている。

トランジスタ３８のコレクタ４０はＮＰＮ）ランジスタ
ロ１のコレクタ６０に接続される。

トランジスタ６１のエミッタ６３は接地され、ベース６
５はセンシスタγ０に接続される。

このセンシスタ７０も抗弁内の温度補償を行う。

センシスタ７０はＮＰＮ）ランジスタ８６のエミッタ８
５に接続される。

このトランジスタ８６のコレクタ８７はトランジスタ９
５のコレクタ９７に接続されるとともに、抵抗２８を介
して整流ブリッジの正出力端子に接続される。

トランジスタ８６のベース９０はトランジスタ９５のエ
ミッタ９３に接続され、トランジスタ９５のベース９６
は、高電圧電源の導線１２と抵抗９８，９９と、コンデ
ンサ１００との共通接続点に接続される。

抵抗９９とコンデンサ１００との他方の端子は接地され
、抵抗９８の他方の端子はＮＰＮ）ランジスタ１０５の
コレクタ１０３に接続される。

トランジスタ１０５のエミッタ１０７は接地され、ベー
ス１０８はエレクトロニックスイッチ１１０に接続され
る。

このエレクトロニックスイッチ１１０は正の直流電圧＋
Ｖと、負の直流電圧−■と、制御信号とを受け、制御信
号の振幅に従って＋Ｖまたは−Ｖのいずれか一方を通過
させる。

このスイッチ１１０は公知リレー、ＡＮＤゲートまたは
固体電子スイッチのようなもので十分である。

例えば公知のリレーを用いた場合には制御信号として連
続モードのときにＯＮ信号をリレーに印加し、トランジ
スタ１０５のベース１０８に＋Ｖ電圧が供給されるよう
に接点を接触させ、またパルスモードのときにはＯＦＦ
信号を印加しベース１０８に一■電圧を供給させるよう
に接点を接触させればよい。

トランジスタ３８のコレクタ４０は中性子発生管１の陰
極７に接続されて、それに陰極電流ＩＲを供給する。

連続動作モード 最初に、中性子発生管１に電源を投入すると、ターゲッ
ト３に一１２５ＫＶの電圧が徐々に加えられる。

中性子発生管中に存在するイオンを集束させるためにタ
ーゲット３に約−４０ＫＶの電圧が加えられると、１６
００ｖのイオン源電圧と陰極電流がイオン源５と陰極７
とにそれぞれ加えられる。

混合ガスをイオン化するのに要する時間のために中性子
発生管１の内部のガス圧はイオン源電圧が現われた時に
最低となる。

約４Ａの陰極電流が陰極７を約３〜５分間加熱してから
、中性子発生管１内部のガス圧が高くなってターゲット
電流ＩＴが流れるようになる。

陰極７を陰極電流Ｉ、Ｒが加熱している間に電流ＩＴは
零となり、トランジスタ９５のベース９６とアースの間
に現われる電圧が零であるために電流■が陰極電流ＩＲ
に等しくなり、そのためにトランジスタ６１にはコレク
タ電流Ｉは流れることはできない。

この時点では電流Ｉ １＝０従って電流Ｉ＝陰極電流Ｉ
Ｒとなる。

中性子発生管１が動作を開始すると、ターゲット電流Ｉ
Ｔが増加して電圧Ｖ２を零から上昇させる。

トランジスタ９５のベース電圧が上昇すると、トランジ
スタ９５は導通状態となって抵抗２８と、トランジスタ
８６ヲ通じてセンシスタγ０に電流が流れる。

センシスタ７０を流れる電流のためにトランジスタ６１
が導通状態となる。

その結果、トランジスタ６１は電圧Ｖ２の大きさに従っ
て定電流■の一部をアースへ流させる。

そのために陰極電流ＪＲの大きさが影響を受ける。

トランジスタ９５０ベース電圧Ｖ２はターゲット電流Ｉ
Ｔに対応する。

中性子発生管１の導通期間が過ぎると、中性子出力はタ
ーゲット電流ＩＴを連続してモニタすることにより一定
に保たれ、陰極電流ＩＲを変えることにより中性子発生
管１の内部のガス圧を変化させる。

希望のターゲット電流ＩＴは抵抗９８゜９９の抵抗値に
より制御される。

連続動作モードで動作させるためには、スイッチ１１０
が制御信号により導通状態にされて＋Ｖをトランジスタ
１０５のベース１０８に与え、そのトランジスタ１０５
を導通状態にして抵抗９８を接地させるから抵抗９８と
９９は並列となる。

云い換えればターゲット電流ＩＴの大きさに比例して電
流■１が制御される。

即ち、ターゲット電流ＩＴが増加すれば陰極電流ＩＲは
逆に減少しくＩＲ＝Ｉ−ＩＩ）中性子出力が一定に制御
される。

なおトランジスタ９５は並列抵抗９８．９９の抵抗値と
ターゲット電流によるドロップ電圧に応答する。

パルス動作モード パルス動作モードにおける動作は、トランジスタ９５の
ベース電圧の値が異なることを除き、連続動作モードと
同じである。

パルス動作モードで動作するためには、中性子発生管１
は１０係の最高デユーティサイクルで動作する。

このことは、ターゲット電流ＩＴのピークが中性子発生
管１が動作している時に１０倍であることを意味する。

従って、ターゲット電流ＩＴはパルス電流として検出さ
れる。

しかし、与えられた繰返えし率に対する適切な時定数の
ために、コンデンサ１００は一定電圧レベルまで充電さ
れる。

このパルス動作モードの場合にはスイッチ１１０が作動
されてトランジスタ１０５のベース１０８に負電圧を与
え、このトランジスタ１０５を非導通状態にして抵抗９
８を回路から切り離す。

従って、パルス状動作モードターゲット電流が抵抗９９
により検出される。

ターゲット電流の平均値は抵抗９９の抵抗値を変えるこ
とにより変えることができる。

従ってパルス状ターゲット電流は抵抗９９とコンデンサ
１００とで平均値化された電圧に基づいて電流■１即ち
陰極電流ＩＲを制御する。

なお、抵抗９８はスイッチ１１０でトランジスタ１０５
を非導通状態とさせているため作用しない。

通常は、連続モードターゲット電流と平均パルスモード
ターゲット電流とは等しくされ、その値は通常は中性子
発生管１の最大出力である。

先に説明したように、イオン源５をパルス電圧で付勢す
ることによって中性子発生管はパルスモードで動作する
。

そして、パルス動作モードで平均化が行なわれるが連続
動作モードでは行なわれない。

その理由は、パルス動作モードでは最終的にＩＴとなる
、夕、−ゲット３からの電流がパルスであるが中性子発
生管１の動作状態を保つためには陰極電流■Ｒが連続的
でなければならないからである。

したがって、パルス電流ＩＴは陰極７の動作に関して連
続的な平均電流に変換される。

また、抵抗９８がスイッチ１１０の作動により回路に接
続されると、抵抗９８の抵抗値に従い電流は該抵抗９８
を流れるが抵抗９９には流れない。

この電流は連続的であるから、トランジスタ６１がオン
し電流■１を連続的に流す。

今、パルス動作モードであるとすれば、パルス電流ＩＴ
がトランジスタ９５を最初にオンするのでトランジスタ
６１がオンする。

しかし、パルス電流が終了すると、トランジスタ９５が
オフ、トランジスタ６１がオフとなり、これに応じて電
流■が増大する。

パルス動作モードにおけるこのような電流■の変動を防
止するため、抵抗９８を抵抗９９とコンデンサ１００で
置き換え、コンデンサ１００がパルス電流のピークまで
充電するようなデユーティサイクルとする。

そして、パルスが終了するとコンデンサ１００は抵抗９
９を介して放電し、トランジスタ９５のオン状態を保つ
。

もちろん、パルス間の間隔が充分長ければ、トランジス
タ９５は最終的にオフとなる。

しかし、電圧が充分放電してトランジスタ９５をオフす
る前に新たなパルスが生じコンデンサ１００の充電を助
けるように抵抗９９とコンデンサ１００の値が選ばれる
。

以上説明したように、本発明により、中性子発生管の陰
極電流を制御することによシ、連続中性子源またはパル
ス状中性子源を調整できる。

【図面の簡単な説明】 図は本発明の制御回路と調整回路とを有する中性子発生
管の回路図である。 １・・・・・・ガス入り中性子発生管、１１０・・・・
・・エレクトロニックスイッチ、５５，７０・・・・・
・センシスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ターゲットと、イオン源電圧を受けるイオン源と、
   接地される陰極とを有する核検層装置のガス入り中性子
   発生管を励振および調整する方法であって、ターゲット
   に負の高電圧を印加する過程と、中性子発生管の中性子
   出力に対応するターゲット電流を与える過程と、定電流
   を与える過程と、中性子発生管の中性子出力を制御する
   ように前記定電流の一部を陰極電流としてターゲット電
   流に従って陰極に与える過程と、前記ターゲット電流の
   形を前記中性子発生管の動作モードに応じて変化する過
   程とを備えることを特徴とする核検層装置の中性子発生
   管を励振および制御する方法。 ２、特許請求の範囲の第１項に記載の方法において、陰
   極電流を与える過程は定電流の一部をターゲット電流に
   従って分流電流としてアースへ分流させ、定電流の残り
   の部分を陰極電流として与える過程を含む方法。 ３ ターゲットと、イオン源電圧を受けるイオン源と、
   接地される陰極とを有する核検層装置のガス入り中性子
   発生管用励振・制御回路であって、ターゲットに負の高
   電圧を与えるとともに中性子発生管の中性子出力に対応
   するターゲット電流を与えるために中性子発生管のター
   ゲットに接続される電源装置と、定電流を与えるための
   エネルギー装置と、前記電源装置に接続されターゲット
   電流値を動作モードに応じて発生する装置とこのターゲ
   ット電流値発生装置と、中性子発生管の陰極およびエネ
   ルギー装置とに接続され、中性子発生管の中性子出力を
   制御するため、ターゲット電流に従って定電流の一部を
   陰極電流として陰極に与えるための装置とを備えること
   を特徴とする核検層装置のガス入り中性子発生管用励振
   ・制御回路。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の回路において、上記
   陰極電流を供給する装置は、ターゲット電流に従って定
   電流の一部を分流電流の一部としてアースへ分流させ、
   かつ定電流の残りの部分を陰極電流として与えるための
   分流器を含む回路。 ５ 特許請求の範囲の第３項に記載の装置において、上
   記ターゲット電流値発生装置は、正の直流電圧と負の直
   流電圧を受けるスイッチング装置と、第１トランジスタ
   と、第１の導通装置と、所定の抵抗値を有する第１抵抗
   と、所定の抵抗値を有する第２抵抗と、コンデンサとを
   備え、前記スイッチング装置は、中性子発生管が連続モ
   ードで動作している時は正電圧を通して負電圧を阻止し
   、中性子発生管がパルスモードで動作している時は負電
   圧を通して正電圧を阻止し、前記第１のトランジスタの
   エミッタは接地され、ベースはスイッチング装置に接続
   されてそのスイッチング装置を通された電圧を受け、前
   記第１のトランジスタはそのコネクタをほぼ接地するよ
   うにスイッチング装置からの正電圧により導通状態にさ
   れ、かつそのコレクタをアースからほぼ切り離すように
   スイッチング装置からの負電圧により非導通状態にされ
   前記第１の導通装置はターゲット電流を伝えるために電
   源装置に接続され、第１のトランジスタが導通状態にな
   った時に前記第１の抵抗が導通装置を接地し、かつ第１
   のトランジスタが非導通状態となった時に前記第１の抵
   抗が導通装置を接地しないように、前記第１の抵抗は導
   通装置と第１のトランジスタのコレクタの間に接続され
   、前記第２の抵抗は前記導通装置と前記第１抵抗との共
   通接続点とアースとに接続され、前記コンデンサは。 第１トランジスタが導通状態になった時に連続ターゲッ
   ト電流に対応するバイアス電圧が共通接続点に現われ、
   第１トランジスタが非導通状態の時に平均パルスターゲ
   ット電流に対応するパイ、アス電圧が共通接続点に現わ
   れるように、導通装置と第１および第２の抵抗の共通接
   続点とアースとの間に接続される回路。 ６ 特許請求の範囲の第３項に記載の回路において、前
   記エネルギー装置は電圧も与え、分流器は第２のＮＰＮ
   ）ランジスタと、このトランジスタのベースに接続さ
   れるセンシスタと、第３（７Ａ’ＭＰＮトランジスタと
   、第４のＮＰＮ）ランジスタと、第２の導通装置とを含
   み、第２のトランジスタのコレクタは定電流を受けるエ
   ネルギー装置に接続され、エミッタは接地され、第３の
   トランジスタのコレクタはエネルギー装置から電圧を受
   け、エミッタはセンシスタに接続され、第４のトランジ
   スタのコレクタはエネルギー装置から電圧を受け、エミ
   ッタは、第３のトランジスタのベースに接続さヘベース
   はバイアス電圧が第２乃至第４のトランジスタの動作を
   制御して定電流の一部が分流電流としてアースへ分流さ
   れるように電圧装置の共通接続点に接続され、前記分流
   電流はターゲット電流に対応し、第２の導通装置は定電
   流の残りの部分をターゲット電流に対応する陰極電流と
   して陰極に与えるようにエネルギー装置と中性子発生管
   の陰極とに接続される回路。 ７ 特許請求の範囲の第６項に記載の装置において、前
   記エネルギー装置は、アースに関して十分に安定な直流
   電圧を与えるための直流電圧装置と、所定の抵抗値を持
   つ第３の抵抗と、直流電圧装置に共通に接続され、かつ
   所定の抵抗値を有する第４と第５の抵抗と、第５のＰＮ
   Ｐ ）ランジスタと、第６のＰＮＰ ）ランジスタと、
   第５と第６のトランジスタが励振されて第２トランジス
   タのコレクタと第２の導通装置とに定電流を与えるよう
   に第６のトランジスタのベースとアースとの間に直列に
   接続される第６の抵抗および第２のセンシスタとを含み
   、第３の抵抗は第３と第４のトランジスタに直列電圧を
   与えるために直流電圧装置と第３と第４のトランジスタ
   のコレクタとに接続され、第４と第５の抵抗は直流電圧
   装置に共通に接続され、第５のトランジスタのエミッタ
   は第４の抵抗に接続され、コレクタは第２のトランジス
   タのコレクタに接続され、第６のトランジスタのエミッ
   タは第５のトランジスタのベースに接続され、コレクタ
   は第２と第５のトランジスタのコレクタに接続され、ベ
   ースは第５の抵抗に接続される回路。