PL51604B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 10. X. 1966 51604 KI. 21 g, 21/01 MKP H01 ) GM a 8/oN JfBTTofgiu* Twórca wynalazku: mgr inz. Czeslaw Bobrowski Wlasciciel patentu: Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków (Polska) Lampa neutronowa oraz sposób jej regeneracji Przedmiotem wynalazku jest lampa neutronowa oraz sposób jej regeneracji, która moze pracowac jako sonda generatora neutronów do poszukiwan ropy naftowej oraz do ustalania kontaktu ropa- woda, jak tez do ustalania wielkosci zasobów zlóz.Poza tym moze ona znalezc zastosowanie takze w procesach badania ukladów strukturalnych fizyki ciala stalego, w fizyce jadrowej, w biologii i me¬ dycynie oraz w innych dziedzinach techniki.Znane sa lampy neutronowe, uzywane do tych samych celów, w których stosuje sie zródla jonów typu Penninga jak tez zródlo lukowe jonów. Wada tych zródel jest to, ze maja mala wydajnosc jonów monoatomowych, a w przypadku zródla lukowego — bardzo krótki czasokres trwania. Ponadto zródla jonów nie sa wyposazone ani w bezposrednia regu¬ lacje wydajnosci pradu jonowego ani w element mierzacy cisnienie w lampie, skutkiem czego nie ma mozliwosci zastosowania automatycznej regula¬ cji cisnienia w lampie.Konstrukcja tych lamp jest przystosowana tylko do jednorazowego wykorzystania tarczy trytowej bez mozliwosci jej wymiany i regeneracji. Poza tym znane lampy nie maja oslony tarczy trytowej, która spelnialaby role siatki antydynatronowej czy¬ li zapobiegala przedostawaniu sie wybitych elek¬ tronów w uklad przyspieszajacy lampy, unikajac tym samym powstawania promieniowania rentge¬ nowskiego i rozpylania katody lampy.Tych wad nie ma lampa neutronowa wedlug wy- 10 15 20 25 30 nalazku, która jest zaopatrzona w rozbieralne próz- nioszczelne zlacza umozliwiajace, poprzez odpowie¬ dnia konstrukcje gniazda tarczy, na wymiane zu¬ zytej tarczy trytowej lub jej regeneracje. W lam¬ pie jest umieszczone specjalnie dobrane zródlo jo¬ nów, skladajace sie z cylindra jonizacyjnego zaopatrzonego w siatke od strony katody, z cylindra regulacyjnego od strony tarczy oraz z katody posrednio zarzonej, nie podlegaja¬ cej zatruciu powietrzem. Lampa zaopatrzona w dodatkowy uklad elektryczny, zapewnia auto¬ matyczna regulacje cisnienia w lampie poprzez odpowiedni dobór napiecia na cylindrze regulacyj¬ nym.Lampa neutronowa wedlug wynalazku jest przed¬ stawiona w przykladowym rozwiazaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podluzny lampy a fig. 2 — gniazdo tarczy trytowej (jako szczegól).Lampa neutronowa jest przyrzadem prózniowym, rozbieralnym, skladajacym sie z cylindra szklane¬ go 14, zakonczonego z jednej strony rozbieralnym próznioszczelnym zamknieciem zwanym zlaczem, a z drugiej strony cokolem, wyposazonym w molib¬ denowe przepusty 15 (nózki) o okreslonej srednicy i dlugosci. Próznioszczelne zamkniecie stanowi ze¬ spól elementów dokladnie do siebie dopasowanych, do których nalezy sruba 1, podkladka 2, cylinder centrujacy 3, pierscien uszczelniajacy 4 oraz nasa¬ da 5 gniazda tarczy 7 (fig. 1). Na nasadzie 5 jest 51604mm osadzone gniazdo 6 z typowa tarcza trytowa 7 o okreslonej srednicy. Gniazdo 6 tarczy stanowi me¬ talowa tulejka 17 o róznych wewnetrznych sredni¬ cach di i d2 (fig. 2). Z jednej strony od wewnatrz d$ Alejka jest nagwintowana co pozwala na osa¬ dzenie gniazda 6 na nasadzie 5, zapewniajac rów¬ noczesnie dobry kontakt termiczny jak tez latwa wymiane tarczy 7. Po wlozeniu tarczy 7 do gniaz¬ da 6 zagina sie zewnetrzne krawedzie 18 tulejki 17 specjalnym przyrzadem stozkowym. Tarcza 7 jest oslonieta cylindrem antydynatronowym 8 osadzo¬ nym na tulejce kowarowej, której konce sa wto¬ pione w szklo cylindra 14.Uzyskuje sie przez to dobra izolacje elektryczna pomiedzy cylindrem 8 a tarcza 7. Wytworzone na¬ piecie pomiedzy cylindrem 8 a tarcza 7 jest rzedu 500 V. Zródlo jonów sklada sie z trzech cylindrów a mianowicie z cylindra regulacyjnego 9, cylindra jonizacyjnego 10 zaopatrzonego w niklowa siatke 16 od strony katody oraz z cylindra katodowego 11, a ponadto z katody 12, wykonanej najlepiej z borku lantanu. Cylinder regulacyjny 9 od strony tarczy 7 reguluje natezenie pradu jonowego, przy czym jest zarazem elementem mierzacym cisnienie w lampie.Dzieki takiej konstrukcji i dobraniu odpowiednich parametrów pola magnetycznego i napiecia cylin¬ der 9 wywoluje czesciowa analize wiazki jonów, która eliminuje ciezkie i szkodliwe jony z wiazki jonowej. Cylinder jonizacyjny 10, jako zródlo jo¬ nów, pracuje w obecnosci osiowego pola magne¬ tycznego w srodku cylindrów 9, 10 11 o natezeniu okolo 300 A/cm i przy przylozeniu na cylinder 10 napiecia okolo +200 V. Siatka 16 cylindra 10 od strony katody powoduje prawie dwukrotny wzrost wydajnosci jonów w porównaniu z cylindrami pra¬ cujacymi bez siatek. W cylindrze 11 jest umiesz¬ czona katoda 12, posrednio zarzona, wraz z grzejni¬ kiem. Zdolnpsc emisyjna katody powinna wyno¬ sic okolo kilkunastu mA przy ksztalcie katody naj¬ lepiej w postaci cylindra.Lampa jest zaopatrzona w generatory 13a i IZp izotopów wodoru, z których kazdy ma pojemnosc 1 g sproszkowanego tytanu. Jeden z generatorów, na przyklad generator 13a nasyca sie deutere do koncentracji 25—4Q Nem3 na gram sproszkowanego tytanu, drugi natomiast;, generatqr 13fe sluzy jako element pomocniczy przy regeneracji tarczy 7. Ma to miejsce wówczas, gdy tarcze 7 nagrzewa sie przez bombardowanie jej strumieniem elektronów.VI wyniku ogrzewania sie tarczy 7 atomy trytu de- sprbuja sie do objetosci lampy, skad je usuwa ge¬ nerator 13 b. Usuwanie trytu z objetosci lampy jest podyktowane koniecznoscia utrzymywania od¬ powiedniej prózni w lampie. Wysokosc tej pózni musi byc na tyle duza, powyzej 5 • 10-2 ^r, aby drcjga swobodna elektronów byla kilkakrotnie wiek¬ sza niz odleglosc pomiedzy katoda 12 a tarcza 7.Zamiast tytanu moze byc zastosowany inny me¬ tal z rodziny ziem rzadkich, na przyklad cyrkon.Zdplnosc rozpuszczania sie izotopów wodoru w ty¬ tanie lub innym metalu ziem rzadkich zalezy qd tepaperafury tego metaju i cenienia równowagi dla dan^j temperatury. Jest tp proces odwracalny, to znaczy, ze przy podwyzszeniu temperatury genera¬ tora nastepuje desorpcja izotopów wodoru nato- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 miast przy obnizeniu temperatury nasj^puje ad¬ sorpcja. Ten proces stanowi zasade Pffpy genera¬ torów.W praktyce pracuja zwykle oba generatory 13a i 13b równoczegnje, polaczone najczesciej szerego¬ wo, w których koncentracja deuterem obniza sie przez to o polowe. Natomiast na czas regeneracji tarczy usuwa a\$ jfcu^er z jednego generatora do drugiego, regulujac odpowiednio przeplyw pradu przez grzejniki tych generatorów. Oznacza to, ze przez odpowiednie ogrzewanie generatorów w okre¬ slonym czasie i kolejnosci mozna zgromadzic cala zawartosc deuteru w jednym generatorze.Lampa generuje neutrony w oparciu o reakcje jadrowa deuter -|- tryt lub deuter + deuter przy energii deutronów rzedu 100-M50 keV.W obwód zarzenia generatorów 13a i 13b jest wlaczony wzmacniacz magnetyczny, nie pokazany na rysunku, w którym elementem sterujacym w postaci sprzezenia zwrotnego jest uzwojenie podla¬ czone do pradu odbieranego z cylindra 9. Umozli¬ wia to pewna i stabilna regulacje w ustalonym z góry zakresie cisnien.Konstrukcja lampy neutronowej wedlug wyna¬ lazku pozwala na latwe jej rozmontowanie dla do¬ konania wymiany tarczy 7 w przypadku jej zuzy¬ cia. W tym celu odkreca sie proznioszczelne zam¬ kniecie 1, 2, 3, 4 i 5 i wyjmuje gniazdo 6 wraz z tarcza 7, która bez trudnosci wymienia sie na in¬ na. Po ponownym wlozeniu gniazda 6 do lampy i nakreceniu zamkniecia podlacza sie lampe do sta¬ nowiska prózniowego w celu wytworzenia w niej prózni rzedu 10-5 mm Hg. Nastepnie usuwa sie z generatorów 13a i 13b deuter przy prózni rzedu 10-5 mm Hg po czym na nowo napelnia sie genera¬ tory deuterem do zadanej koncentracji. Po odpie¬ ciu lampy od stanowiska prózniowego jest ona zdol¬ na do dalszej pracy.Zamiast wymteniac czesciowo zuzyta tarcze 7 mozna ja regenerowac w szczególnosci gdy w lam¬ pie stosuje sie tarcze trytowe grube, w których za¬ sieg czastek bombardujacych tarcze jest mniejszy niz grubosc tarczy, skutkiem czego w glebi tarczy pozostaje duza ilosc trytu.Regeneracje mozna przeprowadzic bez otwiera¬ nia lampy w ten sposób, ze tarcze ogrzewa sie_ po¬ srednio do takiej temperatury, w której nastepuje desorpcja trutu z tarczy. Nastepnie przy stygnieciu tarcza ponownie obsorbuje tryt. W celu osiagniecia duzej koncentracji trytu pod powierzchnia tarczy to "jest na glebokosci, w której przy danej energii bombardujacych deutronów jest najwiekszy prze¬ krój czynny na reakcje deuter + tryt podlacza sie lampe neutronowa do ukladu zasilajacego tak jak do generacji neutronów. Równoczesnie wylacza sie obwód zarzenia generatora izotopów wodoru i ob¬ niza sie napiecie przyspieszajace do kilkudziesieciu kilowoltów. Podczas tego procesu reszta trytu, któ¬ ra nie zostanie zaabsorbowana przez tarcze podle¬ ga jonizacji i w postaci pradu jonowego bombar¬ duje tarcze wbijajac sie w nia na odppwiednia gle¬ bokosc 0,1—Q,3|ul. prpces ten, dz|ala odpompowujacp a cisnienie i prad jonowy bpmbardujacy tarcze elesponencjalnie inaleje w czasje.Przyklad: Cylinder antydynatronowy 8 laczy91 * sie z próznioszczelnym zamknieciem 1, 2, 3, 4 i 5 i podlacza do zródla napiecia stalego -z-2 kV, po czym wlacza sie zródlo jonów. Do cylindra regula¬ cyjnego 9 przyklada sie takie napiecie dodatnie, o- kolo 200 V, aby na tarcze 7 padal prad o natezeniu okolo 3 mA. Nastepnie wlacza sie nienasycony deu- terem generator 13b i ogrzewa sie go do tempera¬ tury okolo 200°C. Po kilku minutach wylacza sie lampe spod napiecia i podwyzsza temperature ge¬ neratora 13b do 500°C. Po kilkunastu minutach wy¬ lacza sie generator po czym lampa neutronowa na¬ daje sie do ponownego uzytku. W zaleznosci od ilo¬ sci trytu w tarczy 7 czynnosc te mozna powtórzyc kilkakrotnie.Lampe neutronowa wedlug wynalazku przygoto¬ wuje sie do pracy w ten sposób, ze do tarczy 7 i cylindra 8 podlacza sie wysokie napiecie stale 50 — 150 k(Vf na .cylinder 10 zas wlacza sie napiecie +200 V. Równoczesnie wlacza sie zarzenie katody 12 oraz generatorów 13a i 13b. Z kolei dobiera sie róznice potencjalów na cylindrach 9 i 11 w zalez¬ nosci od natezenia pola magnetycznego, wytworzo¬ nego w osi cylindra 10. Lampa moze pracowac im¬ pulsowo jezeli na cylinder 10 beda podawane odpo¬ wiednie impulsy napiecia. Poniewaz jednak lampa ma zarzona katode 12 moze ona pracowac równiez w ukladzie podwajacza napiecia, polaczona szere¬ gowo ze zródlem zmiennego wysokiego napiecia i z podwajajacym kondensatorem. Rezim pracy im¬ pulsowej w tym ukladzie uzyskuje sie przez poda¬ wanie na cylinder 10 zadanej dlugosci impulsów napiecia w momentach ekstremów wysokiego na¬ piecia na tarczy 7.Poza regulowana wydajnoscia neutronów w lam¬ pie wedlug wynalazku cechuje sie ona brakiem promieniowania rentgenowskiego, które jest szko¬ dliwe dla otoczenia. Dzieki zas zastosowaniu roz¬ bieralnego zamkniecia próznioszczelnego mozliwa jest latwa wymiana tarczy trytowej a ponadto mo¬ zliwosc jej regeneracji co zapewnia lampie dluga zywotnosc przy równoczesnym racjonalnym wyko¬ rzystaniu trytu. Lampa moze pracowac zarówno w warunkach ciaglych jak i impulsowych w róznych dziedzinach techniki. PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Lampa neutronowa, wyposazona w zródlo jo¬ nów, katode oraz uklad elektryczny znamienna tym, ze sklada sie z rozbieralnego, próznioszczel- nego zamkniecia (1, 2, 3, 4, i 5), na którego na¬ sadzie (5) jest osadzone gniazdo (6) z trytowa tarcza (7), oraz ze zródla jonów w postaci trzech obok siebie osadzonych cylindrów (9, 10 i 11) 5 wraz z katoda (12) oraz z generatorów (13a i 13b) izotopów wodoru.

2. Lampa wedlug zastrz. 1 znamienna tym, ze gniazdo (6) z trytowa tarcza (7) oslania antydyna- io tronowy cylinder (8) umieszczony w tulejce ko¬ warowej, przy czym gniazdo (6) stanowi meta¬ lowa tulejka (17) o róznych srednicach wewne¬ trznych (di i d2) z krawedziami (18) zaginanymi do wewnatrz dla umocowania w niej tarczy (7), 15 z jednej zas strony tulejka (17) jest nagwinto¬ wana od wewnatrz (d2) dla lepszego osadzenia gniazda (6) na nasadzie (5).

3. Lampa wedlug zastrz. 1 znamienna tym, ze cy- 80 linder jonizacyjny (10) jest wyposazony od stro¬ ny katody (12) w siatke (16), najlepiej niklowa, a katoda (12) posrednio zarzona, wykonana naj¬ korzystniej z borku lantanu jest umieszczona w cylindrze (11) wraz z grzejnikiem, przy czym 25 elementem regulujacym cisnienie w lampie i wywolujacym czesciowa analize wiazki jonów jest cylinder regulacyjny (9).

4. Lampa wedlug zastrz. 1 znamienna tym, ze ge- • neratory (13a i 13b) maja pojemnosc okolo 1 g sproszkowanego tytanu kazdy, z których jeden, na przyklad generator (13a) nasyca sie deute- rem do koncentracji 25—40 Ncm3/g sproszkowa¬ nego tytanu, a drugi generator (13b) slu^y po- 31 srednio do regenerowania tarczy (7), przy czym w obwód zarzenia generatorów (13a i 13b) jest wlaczony wzmacniacz magnetyczny, w którym elementem sterujacym w postaci sprzezenia zwrotnego jest uzwojenie podlaczone do pradu 40 odbieranego z cylindra (9).

5. Sposób regeneracji lampy neutronowej wedlug zastr. 1—4 znamienny tym, ze nie otwierajac lampy ogrzewa sie posrednio tarcze trytowa do 45 temperatury 300—600°C,w której wystepuje de¬ sorpcja trytu z tarczy a nastepnie po jej ostyg¬ nieciu resztki trytu wprowadza sie do tarczy na glebokosc 0,1—0,3 u,, bombardujac tarcze jona¬ mi trytu o energii 20—30 keV.51604 KI. 21 g, 21/01 MKP H_0I j 15 1A 13* 11_ JZ_ 16_ W_ 6 7 5 3 Z fiq. 2. 983. Prasowe Zaklady Graficzne RSW „Prasa" Kielce. Nakl. 390 egz. PL