RU149963U1 - ION TRIODE FOR NEUTRON GENERATION - Google Patents
ION TRIODE FOR NEUTRON GENERATION Download PDFInfo
- Publication number
- RU149963U1 RU149963U1 RU2014128877/07U RU2014128877U RU149963U1 RU 149963 U1 RU149963 U1 RU 149963U1 RU 2014128877/07 U RU2014128877/07 U RU 2014128877/07U RU 2014128877 U RU2014128877 U RU 2014128877U RU 149963 U1 RU149963 U1 RU 149963U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- cathode
- neutron
- hollow cylindrical
- triode
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Ионный триод для генерации нейтронов, содержащий полые цилиндрический катод и анод со встроенным источником нуклидов тяжелого водорода, отличающийся тем, что полый цилиндрический катод выполнен в виде постоянного магнита с продольной намагниченностью до индукции 0,3<B<0,5 Тл со следующими размерами: шириной H, внутренним и внешним радиусами Rи R, анод состоит из двух частей, соосно и симметрично расположенных по обе стороны катода на расстоянии L друг от друга, каждая часть анода имеет форму цилиндра радиуса R, выходные патрубки источников нуклидов тяжелого водорода на обеих частях анода обращены друг к другу, при этом все вышеуказанные размеры удовлетворяют следующим соотношениям:An ionic triode for neutron generation, containing a hollow cylindrical cathode and anode with an integrated source of heavy hydrogen nuclides, characterized in that the hollow cylindrical cathode is made in the form of a permanent magnet with longitudinal magnetization up to induction of 0.3 <B <0.5 T with the following dimensions: width H, internal and external radii R and R, the anode consists of two parts, coaxially and symmetrically located on both sides of the cathode at a distance L from each other, each part of the anode is in the form of a cylinder of radius R, the output nozzles of the sources ide heavy hydrogen on both parts of the anode face each other, all the foregoing dimensions satisfy the following relations:
Description
Полезная модель относится к области техники ускорения ионов в электростатических полях, конкретно, к приборам для генерации нейтронов при ядерном взаимодействии нуклидов тяжелого водорода для использования в прикладных задачах науки и техники, например, для геофизических применений.The utility model relates to the field of ion acceleration in electrostatic fields, in particular, to devices for generating neutrons in the nuclear interaction of heavy hydrogen nuclides for use in applied problems of science and technology, for example, for geophysical applications.
Известна ускорительная трубка [1], содержащая нейтронообразующую мишень, хранилище изотопов водорода, катод и антикатод ионного источника, магнит, анод ионного источника, изолятор, анод и катод ускоряющей системы.A known accelerator tube [1] containing a neutron-forming target, a storage of hydrogen isotopes, a cathode and anticathode of an ion source, a magnet, an anode of an ion source, an insulator, an anode and a cathode of an accelerating system.
В данной трубке реализован прием электростатического запирания электронов в области, прилегающей к мишени с помощью изоляции полого катодного цилиндра от мишени. Однако электростатические системы подавления электронного компонента становятся недостаточно эффективными при использовании их в мощных трубках при больших токах дейтронов. Магнитное поле ориентировано вдоль потока электронов и не имеет функции подавления электронного компонента тока.This tube implements electrostatic locking of electrons in the region adjacent to the target by isolating the hollow cathode cylinder from the target. However, electrostatic systems for suppressing the electronic component become insufficiently effective when used in high-power tubes at high deuteron currents. The magnetic field is oriented along the electron flux and does not have the function of suppressing the electronic component of the current.
Известна импульсная нейтронная трубка [2], содержащая вакуумный корпус, систему цилиндрических ускоряющих электродов, ионный источник, расположенный внутри одного из этих электродов, нейтронообразующую мишень, расположенную на внутренней поверхности другого электрода, а с целью уменьшения радиального размера трубки, вне корпуса и соосно с ним расположена секция кольцевых магнитных элементов, полностью охватывающих электродную систему, при этом электрические и магнитные поля в границах области ускорения составляют прямой угол.Known pulsed neutron tube [2], containing a vacuum housing, a system of cylindrical accelerating electrodes, an ion source located inside one of these electrodes, a neutron-forming target located on the inner surface of the other electrode, and in order to reduce the radial size of the tube, outside the housing and coaxially with it is a section of ring magnetic elements that completely cover the electrode system, while the electric and magnetic fields within the boundaries of the acceleration region make a right angle.
Сфокусированное лазерное излучение воздействует на поверхность мишени ионного источника. Образовавшаяся лазерная плазма с ионами дейтерия заполняет прианодное пространство. Синхронно с образованием плазмы между анодом и катодом создается ускоряющее электрическое поле. Магнитное поле создается с помощью постоянных магнитов или соленоидов. Это поле фокусирует плазму вдоль оси трубки от анода до внутрикатодной области, где с боковой поверхности плазмы происходит извлечение и последующее ускорение ионов к катоду. Обратный ток электронов подавляется магнитным полем. Ускоренные дейтроны бомбардируют внутреннюю поверхность катода, вызывая в результате ядерной реакции поток быстрых нейтронов.Focused laser radiation acts on the surface of the target ion source. The resulting laser plasma with deuterium ions fills the anode space. Simultaneously with the formation of plasma between the anode and cathode, an accelerating electric field is created. The magnetic field is created using permanent magnets or solenoids. This field focuses the plasma along the tube axis from the anode to the intra-cathode region, where ions are extracted and then accelerated from the side surface of the plasma to the cathode. The reverse electron current is suppressed by the magnetic field. Accelerated deuterons bombard the inner surface of the cathode, causing a flux of fast neutrons as a result of a nuclear reaction.
К достоинствам устройства относится возможность существенного уменьшения радиальных размеров излучателей нейтронов при сохранении нейтронного потока. В отличие от предыдущего аналога в этом устройстве магнитное поле подавляет ток электронов, движущихся поперек силовых линий магнитного поля, что увеличивает энергетический КПД трубки. Недостатком данного устройства является использование твердотельной нейтронообразующей мишени.The advantages of the device include the possibility of a significant reduction in the radial dimensions of the neutron emitters while maintaining the neutron flux. Unlike the previous analogue, in this device the magnetic field suppresses the current of electrons moving across the lines of force of the magnetic field, which increases the energy efficiency of the tube. The disadvantage of this device is the use of solid-state neutron-forming targets.
Известен ионный триод для генерации нейтронов [3], выбранный в качестве прототипа, содержащий кольцевой катод, анод (лазерная мишень) с конической полостью, цилиндрический магнит, твердотельную нейтронообразующую мишень.Known ionic triode for neutron generation [3], selected as a prototype, containing a ring cathode, anode (laser target) with a conical cavity, a cylindrical magnet, solid-state neutron-forming target.
В результате воздействия лазерного излучения на мишень, расположенную на аноде, образуется дейтериевая плазма. При ее последующем разлете дейтроны ускоряются к катоду, проходя через кольцевой катод. На твердотельной нейтронообразующей мишени, содержащей тяжелые изотопы водорода, под действием ускоренных дейтронов образуются нейтроны.As a result of the action of laser radiation on a target located on the anode, deuterium plasma is formed. During its subsequent expansion, deuterons accelerate to the cathode, passing through the ring cathode. On a solid-state neutron-forming target containing heavy hydrogen isotopes, neutrons are formed under the action of accelerated deuterons.
В устройстве применена удобная коаксиальная конструкция с заземленной нейтронообразующей мишенью на торце прибора.The device uses a convenient coaxial design with a grounded neutron-forming target at the end of the device.
Недостатком прототипа является уменьшение эффективности генерации нейтронов с ростом ускоряющего напряжения, обусловленное отсутствием условий для запирания потока электронов за счет магнитной изоляции катода и анода. Кроме этого, ресурс твердотельной нейтронообразующей мишени имеет небольшой срок службы.The disadvantage of the prototype is a decrease in the efficiency of neutron generation with increasing accelerating voltage, due to the lack of conditions for blocking the electron flow due to the magnetic isolation of the cathode and anode. In addition, the resource of a solid-state neutron-forming target has a short service life.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в увеличении верхней границы ускоряющего напряжения, среднего тока ускоренных дейтронов и КПД их ускорения по сравнению с прототипом за счет организации геометрии устройства, в которой между катодом и анодом имеется магнитное поле с силовыми линиями перпендикулярными вектору напряженности ускоряющего электрического поля, а также в увеличении ресурса нейтронообразующей мишени за счет ее замены с твердотельной на плазменную.The technical result of the proposed utility model is to increase the upper limit of the accelerating voltage, the average current of accelerated deuterons and the efficiency of their acceleration compared to the prototype due to the organization of the device’s geometry, in which there is a magnetic field between the cathode and anode with lines of force perpendicular to the intensity vector of the accelerating electric field, as well as an increase in the resource of a neutron-forming target due to its replacement from a solid state to a plasma one.
Этот результат достигается тем, что в известном ионном триоде для генерации нейтронов, содержащем полые цилиндрический катод и анод со встроенным источником нуклидов тяжелого водорода, полый цилиндрический катод выполнен в виде постоянного магнита с продольной намагниченностью до индукции 0,3<B<0,5 Тл со следующими размерами: шириной H, внутренним и внешним радиусами Rin и Rex, анод состоит из двух частей соосно и симметрично расположенных по обе стороны катода на расстоянии L друг от друга, каждая часть анода имеет форму цилиндра радиуса Ra, выходные патрубки источников нуклидов тяжелого водорода на обеих частях анода обращены друг к другу, при этом все вышеуказанные размеры удовлетворяют следующим соотношениям:This result is achieved by the fact that in the known ionic triode for generating neutrons containing a hollow cylindrical cathode and an anode with an integrated source of heavy hydrogen nuclides, the hollow cylindrical cathode is made in the form of a permanent magnet with longitudinal magnetization up to induction of 0.3 <B <0.5 T with the following dimensions: width H, inner and outer radii R in and R ex , the anode consists of two parts coaxially and symmetrically located on both sides of the cathode at a distance L from each other, each part of the anode has the shape of a cylinder of radius R a , in the outlet pipes of the sources of heavy hydrogen nuclides on both parts of the anode are facing each other, while all of the above dimensions satisfy the following relationships:
; ; ; L≈H+2Ra. ; ; ; L≈H + 2R a .
Первое соотношение регулирует максимальный и минимальный пределы отношения внешнего и внутреннего радиусов катода, определяемые оптимальной массой и геометрией полого цилиндрического магнитного элемента при условии достижения требуемого диапазона величины индукции магнитного поля.First ratio adjusts the maximum and minimum limits of the ratio of the external and internal radii of the cathode, determined by the optimal mass and geometry of the hollow cylindrical magnetic element, provided that the desired range of magnetic field induction is achieved.
Второе соотношение регулирует в нижнем пределе исключение падения пучка дейтронов (ионов тяжелых изотопов водорода) на катод, а верхний предел соотношения обеспечивает максимальное заполнение области генерации нейтронов пучком дейтронов.Second ratio in the lower limit, it regulates the exclusion of the deuteron beam (heavy hydrogen isotope ions) from falling onto the cathode, and the upper limit of the ratio ensures the maximum filling of the neutron generation region with the deuteron beam.
В третьем соотношении нижний предел Н определяется достаточной глубиной потенциальной ямы электрического поля, а верхний предел определяется экономией материала полого цилиндрического магнитного элемента.In the third ratio the lower limit H is determined by the sufficient depth of the potential well of the electric field, and the upper limit is determined by the economy of the material of the hollow cylindrical magnetic element.
Четвертое соотношение (L≈H+2Ra) является условием достаточной электроизоляции вакуумного промежутка между анодом и катодом в условиях наличия магнитного поля полого цилиндрического магнитного элемента.The fourth ratio (L≈H + 2R a ) is a condition for sufficient electrical insulation of the vacuum gap between the anode and cathode in the presence of a magnetic field of a hollow cylindrical magnetic element.
В соотношении, определяющем величину магнитного поля, нижний предел (Bmin)определяется величиной ларморовского радиуса ускоренных электронов, который становится меньше расстояния между катодом и анодом в ускоряющем зазоре. Верхний предел (Bmax) величины магнитной индукции не должен быть более чем в 2-3 раза больше Bmin исходя из экономии магнитного материала, а также, чтобы ларморовский радиус ускоренных ионов был много больше ускоряющего зазора.In the ratio determining the magnitude of the magnetic field, the lower limit (B min ) is determined by the value of the Larmor radius of accelerated electrons, which becomes less than the distance between the cathode and anode in the accelerating gap. The upper limit (B max ) of the magnitude of the magnetic induction should not be more than 2-3 times greater than B min based on the saving of magnetic material, and also so that the Larmor radius of accelerated ions is much larger than the accelerating gap.
Магнитное поле полого цилиндрического магнитного элемента препятствует движению к аноду возможно образующихся в межэлектродном пространстве электронов, поскольку ларморовский радиус электронов в выбранном магнитном поле у катода много меньше , тем самым достигается высокий КПД использования энергии импульса высоковольтного источника исключительно на ускорение ионов.The magnetic field of the hollow cylindrical magnetic element prevents the movement of electrons that are possibly formed in the interelectrode space to the anode, since the Larmor radius of electrons in the selected magnetic field at the cathode is much smaller Thus, a high efficiency of using the pulse energy of a high-voltage source exclusively for ion acceleration is achieved.
Предлагаемое устройство поясняется фигурой 1, где представлена схема расположения основных элементов ионного триода для генерации нейтронов: 1 - катод; 2 - аноды со встречными источниками ионов тяжелых изотопов водорода; 3 - низковольтные изоляторы; 4 - источники питания источников ионов; 5 - насос; 6 - вакуумная камера; 7 - источник высоковольтного напряжения; 8 - высоковольтный изолятор.The proposed device is illustrated by figure 1, which shows the layout of the main elements of the ionic triode for neutron generation: 1 - cathode; 2 - anodes with counter sources of ions of heavy hydrogen isotopes; 3 - low voltage insulators; 4 - power sources of ion sources; 5 - pump; 6 - a vacuum chamber; 7 - a source of high voltage; 8 - high voltage insulator.
В конкретном исполнении устройство будет работоспособно при соблюдении следующих размеров: Ra=1÷1,5 см; Rin=2÷3 см; Rex=4,5÷5 см; H=3÷5 см; L=4÷6 см. При этом данное устройство будет представлять собой малогабаритный прибор с высоким выходом нейтронов, достигающих на реакции D+D выхода ~108 нейтр./имп. при приложении к катоду ускоряющего напряжения - 200÷500 кВ в импульсах длительностью ~1 мкс.In a specific implementation, the device will be operable subject to the following dimensions: R a = 1 ÷ 1.5 cm; R in = 2 ÷ 3 cm; R ex = 4.5 ÷ 5 cm; H = 3 ÷ 5 cm; L = 4 ÷ 6 cm. In this case, this device will be a small-sized device with a high neutron yield, reaching a ~ 10 8 neutron / imp output in the D + D reaction. when an accelerating voltage of 200 ÷ 500 kV is applied to the cathode in pulses of ~ 1 μs duration.
В настоящее время разработаны постоянные магниты, например, из NdFeB, которые обеспечивают указанную величину индукции магнитного поля в предложенной геометрии.Permanent magnets, for example, of NdFeB, which provide the indicated magnitude of the magnetic field induction in the proposed geometry, have now been developed.
Предлагаемый ионный триод для генерации нейтронов работает следующим образом. При включении источников ионов тяжелых изотопов водорода из полости анода выходят дейтроны. В этот момент включается источник высоковольтного напряжения. Дейтроны ускоряются вдоль оси катода и магнитного поля в сторону второго анода. Подходя ко второму аноду ускоренные дейтроны замедляются и начинают движение в обратном направлении двигаясь снова к первому аноду. Такое движение дейтронов повторяется многократно, увеличивая нейтронный выход ядерной реакции от сталкивающихся дейтронов. Магнитное поле магнитных элементов препятствуют движению к аноду образующихся в межэлектродном промежутке электронов.The proposed ionic triode for generating neutrons works as follows. When sources of heavy hydrogen isotopes ions are turned on, deuterons exit the anode cavity. At this moment, the high voltage source is turned on. Deuterons are accelerated along the axis of the cathode and magnetic field toward the second anode. Approaching the second anode, accelerated deuterons slow down and begin to move in the opposite direction, moving again to the first anode. Such a deuteron motion is repeated many times, increasing the neutron yield of the nuclear reaction from colliding deuterons. The magnetic field of the magnetic elements impede the movement of electrons formed in the interelectrode gap to the anode.
Предложенное техническое решение позволяет повысить производительность исследований горных пород, содержащих продуктивные углеводороды, уран и драгоценные металлы, методом нейтронного элементного анализа, а также работ, связанных с поиском и идентификацией скрытых опасных предметов нейтронными методами.The proposed technical solution allows to increase the productivity of studies of rocks containing productive hydrocarbons, uranium and precious metals, by the method of neutron elemental analysis, as well as works related to the search and identification of hidden dangerous objects by neutron methods.
Источники информацииInformation sources
1. Кирьянов Г.И. Генераторы быстрых нейтронов / Кирьянов Г.И. - М.: Энергоатомиздат. 1990. - 136-137 с.1. Kiryanov G.I. Fast neutron generators / Kiryanov G.I. - M .: Energoatomizdat. 1990 .-- 136-137 p.
2. Беспалов Д.Ф., Козловский К.И., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. Импульсная нейтронная трубка, А.с. СССР, №766048, кл. G21G 4/02. - Бюл. №35, 23.09.1980.2. Bespalov D.F., Kozlovsky K.I., Tsybin A.S., Shikanov A.E. Pulsed neutron tube, A.S. USSR, No. 766048, class G21G 4/02. - Bull. No. 35, 09/23/1980.
3. NEW APPROACHES IN PLASMA NEUTRON SOURCES / Tsubin A.S., Kuznetsov A.Y., Kozlovsky K.I., Shikanov A.E. // APPLIED PHYSICS A: MATERIALS SCIENCE & PROCESSING. - 2002. - A74. - S1. - s36-s39.3. NEW APPROACHES IN PLASMA NEUTRON SOURCES / Tsubin A.S., Kuznetsov A.Y., Kozlovsky K.I., Shikanov A.E. // APPLIED PHYSICS A: MATERIALS SCIENCE & PROCESSING. - 2002. - A74. - S1. - s36-s39.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014128877/07U RU149963U1 (en) | 2014-07-14 | 2014-07-14 | ION TRIODE FOR NEUTRON GENERATION |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014128877/07U RU149963U1 (en) | 2014-07-14 | 2014-07-14 | ION TRIODE FOR NEUTRON GENERATION |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU149963U1 true RU149963U1 (en) | 2015-01-27 |
Family
ID=53292465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014128877/07U RU149963U1 (en) | 2014-07-14 | 2014-07-14 | ION TRIODE FOR NEUTRON GENERATION |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU149963U1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU184106U1 (en) * | 2018-06-29 | 2018-10-16 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | PULSE NEUTRON GENERATOR |
RU187270U1 (en) * | 2018-10-16 | 2019-02-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | PULSE NEUTRON GENERATOR |
RU200931U1 (en) * | 2020-07-02 | 2020-11-19 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | IONIC DIODE WITH MAGNETIC INSULATION OF ELECTRONS |
-
2014
- 2014-07-14 RU RU2014128877/07U patent/RU149963U1/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU184106U1 (en) * | 2018-06-29 | 2018-10-16 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | PULSE NEUTRON GENERATOR |
RU187270U1 (en) * | 2018-10-16 | 2019-02-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | PULSE NEUTRON GENERATOR |
RU200931U1 (en) * | 2020-07-02 | 2020-11-19 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | IONIC DIODE WITH MAGNETIC INSULATION OF ELECTRONS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU149963U1 (en) | ION TRIODE FOR NEUTRON GENERATION | |
JP3867972B2 (en) | Inertial electrostatic confinement fusion device | |
RU187270U1 (en) | PULSE NEUTRON GENERATOR | |
US8971473B2 (en) | Plasma driven neutron/gamma generator | |
Goncharov et al. | Manipulating large-area, heavy metal ion beams with a high-current electrostatic plasma lens | |
Wang et al. | Mechanism of electron cloud clearing in the accumulator ring of the Spallation Neutron Source | |
RU168025U1 (en) | PULSE NEUTRON GENERATOR | |
RU132240U1 (en) | PULSE NEUTRON GENERATOR | |
Rashchikov et al. | Compact plasma reflex triode for neutron generation | |
KR101378384B1 (en) | Cyclotron | |
JP2003270400A (en) | Pig type negative ion source for neutron generation tube | |
Bryzgunov et al. | Efficiency improvement of an electron collector intended for electron cooling systems using a Wien filter | |
Masuda et al. | Numerical study of ion recirculation in an improved spherical inertial electrostatic confinement fusion scheme by use of a multistage high voltage feedthrough | |
Kozlovsky et al. | Experimental study of a model of a small-size neutron generator with pulsed magnetic insulation. | |
RU2467526C1 (en) | Pulsed neutron acceleration tube | |
RU2683963C1 (en) | Pulsed thermonuclear neutron generator | |
RU160364U1 (en) | ION MAGNETIC DIODE FOR NEUTRON GENERATION | |
RU228879U1 (en) | Evacuated compact DD-generator of fast neutrons | |
RU184106U1 (en) | PULSE NEUTRON GENERATOR | |
RU2556038C1 (en) | Pulse generator of neutrons | |
RU143417U1 (en) | PULSE NEUTRON GENERATOR | |
SU766048A1 (en) | Pulsed neutron tube | |
RU140351U1 (en) | ION DIODE FOR NEUTRON GENERATION | |
RU2760276C1 (en) | Method for increasing the cluster ion beam current | |
Kozlovskij et al. | Magnetic discharge accelerating diode for the gas-filled pulsed neutron generators based on inertial confinement of ions |