Pierwszenstwo: Opublikowano: 25.VII.1968 55356 KI. 21 g, 21/01 MKP G 21 i/ou UKD Wspóltwórcy wynalazku: prof. dr Jerzy Massalski, mgr inz. Czeslaw Bobrowski Wlasciciel patentu: Akademia Górniczo-Hutnicza (Instytut Techniki Ja¬ drowej), Kraków (Polska) Przenosny generator neutronów Przedmiotem wynalazku jest przenosny gene¬ rator neutronów, który jako zródlo neutronów predkich znajduje zastosowanie do badania mo¬ deli geofizycznych, w strukturalnych badaniach fizyki ciala stalego, w biologii i medycynie oraz w badaniach ukladów podkrytycznych reaktorów jadrowych i innych.Znane dotychczas generatory, stanowiace zródla neutronów, pochodzacych z reakcji jadrowej, za¬ chodzacej pomiedzy deuterem i trytem, sa budo¬ wane jako generatory stacjonarne. Wada ich sa duze wymiary gabarytowe oraz zastosowanie od¬ dzielnych ukladów pomp rotacyjnych i dyfuzyj¬ nych, a takze koniecznosc stosowania cieklych gazów do wymrazarek olejów. W urzadzeniach tych istnieje ponadto niebezpieczenstwo skazenia promieniotwórczym trytem. Wada ich sa równiez duze koszty eksploatacyjne. \ Niedogodnosci te usuwa przenosny generator neutronów wedlug wynalazku, generujacy neu¬ trony predkie o energii 14 MeV, z reakcji JH (d, n) *He, który sklada sie z lampy neutronowej z soczewka magnetyczna, "polaczonej z podzespo¬ lami wysokonapieciowymi^ f ^silaczem niskona¬ pieciowym oraz z ukladem synchronizacji, przy czym zasilanie, generatora odbywa sfe wprost z sieci o napieciu 220 V i czestotliwosci 50 Hz lub poprzez elektromagnetyczna przetwornice czestot¬ liwosci.Przenosny generator neutronów wedlug wyna- 10 15 25 lazku jest uwidoczniony w przykladowym rozwia¬ zaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia generator w przekroju podluznym, fig. 2 — sche¬ mat ukladu elektrycznego generatora, fig. 3 — przekrój podluzny transformatora, fig. 4 — prze¬ krój A—A a fig. 5 — przekrój B—B tegoz trans¬ formatora.Przenosny generator neutronów sklada sie z cy¬ lindrycznej obudowy 1 o srednicy 100 mm, dlu¬ gosci okolo 1 m przedzielonej na dwie komory 2 i 3 szczelna przegroda 4, zaopatrzona w przepusty do polaczen elektrycznych (fig. 1 i 2). Komora 2 za¬ wiera niskonapieciowy zasilacz 5 oraz uklad 6 synchronizacji, który jest wykorzystywany w czasie impulsowej pracy generatora. Komora 3, hermetycznie zamknieta i napelniona olejem transformatorowym, zawiera neutronowa lampe 7, z magnetyczna soczewka 8, kondensator 9 wyso¬ kiego napiecia i transformator 10 wysokiego na¬ piecia oraz kompensator 11 oleju, sluzacy do kom¬ pensowania termicznych zmian objetosci' oleju.Generator jest zasilany- bezposrednio z sieci o napieciu 220 V i czestotliwosci 50 Hz.W razie potrzeby, na przyklad w* badaniach geofizycznych, w których jest wymagana wieksza czestotliwosc pradu, generator jest zasilany po¬ przez statyczna elektromagnetyczna przetwornice 12 czestotliwosci, przetwarzajaca prad o czesto¬ tliwosci 50 Hz na prad o wyzszej czestotliwosci na przyklad 200 Hz lub 400 Hz. Przetwornica 12 5535655356 jest polaczona z generatorem, trójprzewodowym kablem 13, którego dwa przewody lacza sie z zasilaczem 5 niskonapieciowych elementów lampy 7, a trzeci przewód, wychodzacy ze srodka uzwo¬ jenia wyjsciowego przetwornicy 12, jest uziemio¬ ny- Ponadto generator jest wyposazony w przelacz¬ nik 14, sluzacy do wlaczenia ukladu 6 synchroni¬ zacji, który steruje impulsowa praca zródla jo¬ nów. Uklad 6, skladajacy sie z elementów ferryto¬ wych, o prostokatnej petli histerezy, jest prze¬ twornikiem napiecia sinusoidalnego na impulsy prostokatne, o regulowanej szerokosci impulsów.Neutronowa lampa 7 zawiera uklad elektrod ogniskujacych, zródlo jonów oraz zasobniki deu- teru, pozwalajace utrzymac zadane cisnienie deu- teru. Lampa 7 jest wyposazona ponadto w magne¬ tyczna soczewke 8, która wytwarza w srodku osi soczewki odpowiednie natezenie pola, wynoszace okolo 150 A/cm przy poborze pradu o stosunkowo malej mocy, równej okolo 6 W.Zamiast soczewki magnetycznej, zasilanej pra¬ dem, korzystnym jest zastosowanie soczewki, wy¬ konanej z magnesów stalych, skladajacych sie z pierscieni ferrytowych, oddzielonych przekladkami stalowymi i zalanych zywica epoksydowa.Wysokonapieciowe elementy lampy 7 sa pola¬ czone z kondensatorem 9 wysokiego napiecia za¬ wierajacego dwie okladziny 15 i 16, z których wewnetrzna okladzina 16 jest podzielona na dwie czesci. Jedna czesc wewnetrznej okladziny 16 jest polaczona z tarcza lampy 7 i wystaje vna kilka milimetrów poza zewnetrzna okladzine 15. Druga czesc wewnetrznej okladziny 16 jest polaczona z cylindrem antydynatronowym lampy 7. Tego ro¬ dzaju polaczenie odpowiednich potencjalów z ele¬ mentami wysokonapieciowymi lampy 7, zapewnia odpowiednia róznice napiec, pomiedzy tarcza a cylindrem antydynatronowym, w przyblizeniu pro¬ porcjonalna do stosunku pojemnosci pasozytniczej i pojemnosci kondensatora 9, przy czym pojem¬ nosc pasozytnicza jest to pojemnosc jaka powstaje miedzy wystajaca czescia wewnetrzna okladziny 16 a obudowa 1 generatora.Srednica wewnetrznej okladziny 16 jest nieco wieksza od srednicy lampy 7 co pozwala umiescic jej wysokonapieciowe elementy w kondensatorze 9. Takie wzajemne polaczenie lampy 7 i konden¬ satora 9 zmniejsza natezenie pola elektrycznego krawedziowych zlaczy cylindrycznych lampy 7, a ponadto uzyskuje sie w ten sposób zmniejszenie wymiarów i ciezaru generatora.Zewnetrzna okladzina 15 kondensatora 9 jest polaczona z wysokonapieciowa koncówka trans¬ formatora 10, skladajacego sie z dwóch cewek 17, wykonanych z materialu, wytrzymalego na tempe¬ rature okolo 150°C, oraz z dwóch rdzeni 18, zwi¬ janych z tasm transformatorowych, anizotropo- wych, przj^czym przy czestotliwosci 50 Hz stosu¬ je sie tasmy z blachy o grubosci okolo 0,35 mm, a przy czestotliwosci 400 Hz grubosci blachy tasm transformatorowych wynosi okolo 0,1 mm.Transformator 10 ma odpowiednio dobrane optymalne wymiary, pozwalajace przy danej sred¬ nicy D obudowy 1 uzyskac maksymalne napiecie, mianowicie grubosc rdzeni a = 0,2D, szerokosc rdzeni odpowiadajaca szerokosci tasmy transfor¬ matorowej b = 0,4D, szerokosc cewek c = 0,23D, i wysokosc cewek h = 0,51D (fig. 3, 4 i 5). 5 Zarówno cewki 17 jak i rdzenie 18 sa nasycone zywica epoksydowa. Rdzenie 18 sa przeciete w kierunku prostopadlym do kierunku zwijanych tasm i zestawione scisle ze soba w taki sam spo¬ sób, jak przed przecieciem. Zaleznosc amplitudy 10 napiecia E od srednicy obudowy 1 wyraza wzór: E = Kt KFe co B Z D4 gdzie: 15 co = 2irf oznacza czestotliwosc B „ indukcje w Gs/cm* Z „ liczbe zwojów cewki na cm2 KFc „ wspólczynnik wypelnie- 20 nia = 0,9 D „ wewnetrzna srednice o- budowy 1 generatora K „ stala = 9.10-11 Vsek/Gs Czasowe przebiegi napiecia miedzy tarcza a zró¬ dlem jonów wyraza sie wzorem: U = Uo sin co t — Uc 25 30 gdzie: Uo sin cot — oznacza napiecie na zaciskach transformatora 10 Uc — oznacza napiecie na konden¬ satorze 9 Lampa neutronowa w tym ukladzie spelnia jednoczesnie funkcje kenotronu wysokonapiecio¬ wego. Jesli zródlo jonów pracuje w sposób ciagly, to ladowanie kondensatora 9 nastepuje wówczas, gdy napiecie U osiaga wartosc wieksza od zera, zas generacja neutronów zachodzi wtedy, gdy na- piecie U osiaga wartosc ujemna.Natomiast podczas impulsowej pracy generato¬ ra, po wlaczeniu za pomoca przelacznika 14 ukla¬ du 6 synchronizacji, zródlo jonów pracuje impul¬ sowo, przy czym impulsy sa zsynchronizowane z wartosciami ekstremalnymi napiecia U.Przenosny generator neutronów wedlug wyna¬ lazku jest latwy w obsludze i zapewnia bezpie¬ czenstwo pracy.Odznacza sie malymi wymiarami, ulatwiajacymi 50 wykonanie oslon, zabezpieczajacych przed promie¬ niowaniem. Male gdbaryty generatora umozliwia¬ ja ponadto jego zastosowanie w badaniach, wy¬ magajacych czestego przenoszenia generatora w rózne miejsca. 45 55 PL