RU165286U1

RU165286U1 - PULSED NEUTRON GENERATOR

Info

Publication number: RU165286U1
Application number: RU2016120901/07U
Authority: RU
Inventors: Владимир Тимофеевич Бобылев; Юрий Павлович Кузнецов
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2016-10-10

Abstract

Импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные в герметичном металлическом корпусе, залитом диэлектриком, накопительный конденсатор, зарядный дроссель, вакуумную нейтронную трубку, конденсатор источника питания вакуумной нейтронной трубки, электрическую схему питания вакуумной нейтронной трубки, состоящую из двух высоковольтных трансформаторов с многорядными вторичными обмотками и многослойной бумажно-пленочной изоляцией, выполненных на замкнутых сердечниках из электротехнической стали, выходы трансформаторов соединены с чашеобразными экранами и расположенной в них вакуумной нейтронной трубкой, а также установленные на крышке генератора температурный компенсатор и высоковольтные герметичные проходные изоляторы, отличающийся тем, что параллельно вторичной обмотке высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения введена дополнительная обмотка, включенная между анодом нейтронной трубки и источником зарядного напряжения.A pulsed neutron generator, which is housed in a sealed metal case filled with a dielectric, a storage capacitor, a charging choke, a vacuum neutron tube, a capacitor of a vacuum neutron tube power supply, an electric circuit of a vacuum neutron tube, consisting of two high-voltage transformers with multi-row secondary windings and a multilayer paper -film insulation made on closed cores of electrical steel, the outputs of the transformers are connected s with cup-shaped screens and a vacuum neutron tube located in them, as well as a temperature compensator and high-voltage sealed bushing insulators installed on the generator cover, characterized in that an additional winding is inserted parallel to the secondary winding of the high voltage transformer of positive polarity of the voltage pulses, connected between the anode of the neutron tube and the source charging voltage.

Description

Полезная модель относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначена для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов.The utility model relates to the field of physical instrumentation, in particular to neutron radiation sources, and is intended for use in the development of neutron and x-ray generators.

Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий нейтронную трубку, высоковольтный трансформатор, накопительные конденсаторы, конденсатор питания ионного источника и разделительный дроссель. Генератор выполнен по биполярной схеме включения нейтронной трубки, в которой на мишень и источник нейтронной трубки подаются импульсы ускоряющего напряжения разной полярности амплитудой 60 кВ. Авторское свидетельство SU 708939, МПК H05G 1/00, 30.04.1994. Для предотвращения попадания ускоряющего напряжения в блок питания служит разделительный дроссель, выполненный в виде отдельного узла. Для размещения разделительного дросселя требуется место.Known pulsed neutron generator containing a neutron tube, a high voltage transformer, storage capacitors, an ion source power capacitor and an isolation choke. The generator is made according to a bipolar scheme for switching on a neutron tube, in which accelerating voltage pulses of different polarity with an amplitude of 60 kV are applied to the target and the source of the neutron tube. Copyright certificate SU 708939, IPC H05G 1/00, 04/30/1994. To prevent the accelerating voltage from getting into the power supply, a separation choke is made in the form of a separate unit. Space is required to accommodate the isolation choke.

Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий вакуумную нейтронную трубку и электрическую схему питания вакуумной нейтронной трубки, состоящую из двух высоковольтных трансформаторов, накопительного конденсатора, схемы формирования ускоряющего импульса, конденсатора источника питания нейтронной трубки и зарядного дросселя, размещенных в герметичном корпусе, в котором все элементы электрической схемы питания вакуумной нейтронной трубки выполнены в виде тел вращения с центральными отверстиями, соединены между собой механически и электрически с помощью резьбовых электрических контактов с центральными отверстиями, а с вакуумной нейтронной трубкой - через чашеобразные резьбовые втулки с центральным и боковыми отверстиями, установленные на мишени и аноде вакуумной нейтронной трубки, вакуумная нейтронная трубка и электрическая схема питания помещены в полый тонкостенный цилиндр с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра герметичного корпуса. Между наружной стенкой тонкостенного цилиндра и внутренней стенкой герметичного корпуса образована наружная полость, заполненная жидким диэлектриком, сообщающаяся с внутренней полостью, образованной центральными отверстиями в охлаждаемых элементах электрической схемы питания вакуумной нейтронной трубки. Патент на изобретение RU 2368024, МПК G21G 4/02, 20.09.2009.Known pulsed neutron generator containing a vacuum neutron tube and a power circuit for a vacuum neutron tube, consisting of two high-voltage transformers, a storage capacitor, an accelerating pulse formation circuit, a capacitor of a neutron tube power source and a charging choke, placed in a sealed enclosure in which all the elements of the electric power schemes of a vacuum neutron tube are made in the form of bodies of revolution with central holes, interconnected mechanically ki and electrically using threaded electrical contacts with central holes, and with a vacuum neutron tube through cup-shaped threaded bushings with central and side holes mounted on the target and anode of the vacuum neutron tube, the vacuum neutron tube and the power supply circuit are placed in a hollow thin-walled cylinder with outer diameter smaller than the inner diameter of the sealed enclosure. Between the outer wall of the thin-walled cylinder and the inner wall of the sealed housing, an outer cavity is formed, filled with a liquid dielectric, communicating with the inner cavity formed by the central holes in the cooled elements of the power supply circuit of the vacuum neutron tube. Patent for invention RU 2368024, IPC G21G 4/02, 09/20/2009.

Генератор имеет ограниченный ресурс работы из-за невысокого КПД высоковольтного трансформатора, большие размеры (длину) за счет разделительного дросселя. Последовательное расположение высоковольтных трансформаторов и нейтронной трубки также приводит к существенному увеличению размеров генератора.The generator has a limited service life due to the low efficiency of the high-voltage transformer, large dimensions (length) due to the isolation choke. The sequential arrangement of high-voltage transformers and a neutron tube also leads to a significant increase in the size of the generator.

Известен также импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные в герметичном металлическом корпусе, залитом диэлектриком, накопительный конденсатор, зарядный дроссель, вакуумную нейтронную трубку, конденсатор источника питания вакуумной нейтронной трубки, электрическую схему ее питания, состоящую из двух высоковольтных трансформаторов с многорядными вторичными обмотками и многослойной бумажно-пленочной изоляцией, выполненных на замкнутых сердечниках из электротехнической стали, выход которых соединен с чашеобразными экранами и расположенной в них вакуумной нейтронной трубкой, а также установленные на крышке генератора температурный компенсатор и высоковольтный герметичный проходной изолятор. Патент на полезную модель RU 155328, МПК G21G 4/00, 10.10.2015. Данное решение принято в качестве прототипа.A pulsed neutron generator is also known, which contains a storage capacitor, a charging choke, a vacuum neutron tube, a power supply capacitor of a vacuum neutron tube, an electric power circuit consisting of two high-voltage transformers with multi-row secondary windings and a multilayer paper -film insulation made on closed cores of electrical steel, the output of which is connected to a cup-shaped screen and the vacuum neutron tube located in them, as well as a temperature compensator and a high-voltage sealed bushing installed on the generator cover. Utility Model Patent RU 155328, IPC G21G 4/00, 10/10/2015. This decision was made as a prototype.

Указанный генератор имеет большие размеры, вес. Дроссель - электротехническое изделие с большими размерами, для размещения которого требуется место.The specified generator has a large size, weight. The throttle is an electrical product with large dimensions, which requires space.

Задачей полезной модели является разработка малогабаритного нейтронного генератора.The objective of the utility model is the development of a small-sized neutron generator.

Техническим результатом полезной модели является уменьшение габаритных размеров и веса генератора.The technical result of the utility model is to reduce the overall dimensions and weight of the generator.

Технический результат достигается тем, что импульсный нейтронный генератор содержит размещенные в герметичном металлическом корпусе, залитом диэлектриком, накопительный конденсатор, зарядный дроссель, вакуумную нейтронную трубку, конденсатор источника питания вакуумной нейтронной трубки, электрическую схему ее питания, состоящую из двух высоковольтных трансформаторов с многорядными вторичными обмотками и многослойной бумажно-пленочной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выходы которых соединены с чашеобразными экранами и расположенной в них вакуумной нейтронной трубкой. На крышке генератора установлены температурный компенсатор и высоковольтные герметичные проходные изоляторы. Высоковольтные трансформаторы выполнены на замкнутых сердечниках из электротехнической стали, продольные оси обмоток которых расположены перпендикулярно продольной оси нейтронной трубки и корпуса, параллельно вторичной обмотке высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения введена дополнительная обмотка, включенная между анодом нейтронной трубки и источником зарядного напряжения, выполняющая функции разделительного дросселя.The technical result is achieved by the fact that a pulsed neutron generator comprises a storage capacitor, a charging choke, a vacuum neutron tube, a capacitor of a vacuum neutron tube power source, an electric power circuit consisting of two high-voltage transformers with multi-row secondary windings located in a sealed metal case filled with a dielectric and multilayer paper-film insulation protruding beyond the rows, the outputs of which are connected to the cup-shaped screens and a vacuum neutron tube arranged in them. A temperature compensator and high-voltage sealed bushings are installed on the generator cover. High-voltage transformers are made on closed cores made of electrical steel, the longitudinal axis of the windings of which are perpendicular to the longitudinal axis of the neutron tube and the housing, an additional winding is inserted parallel to the secondary winding of the high voltage transformer of positive polarity of the voltage pulses, connected between the anode of the neutron tube and the charging voltage source, acting as a separation choke .

Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлен предложенный импульсный нейтронный генератор, где 1 - металлический корпус, 2 - вакуумная нейтронная трубка, 3 - высоковольтный трансформатор отрицательной полярности импульсов напряжения, 4 - высоковольтный трансформатор положительной полярности импульсов напряжения, 5 - замкнутые магнитопроводы, 6 - сердечники, 7 - первичные обмотки, 8 - вторичные многорядные обмотки, 9 - многослойная бумажно-пленочная изоляция, 10 - чашеобразные металлические экраны, 11 - дополнительная обмотка, 12 - конденсатор источника питания нейтронной трубки, 13 - накопительные конденсаторы, 14 - крышка генератора, 15 - температурный компенсатор, 16 - высоковольтные герметичные проходные изоляторы.In FIG. 1 shows the proposed pulsed neutron generator, where 1 is a metal casing, 2 is a vacuum neutron tube, 3 is a high voltage transformer of negative polarity of voltage pulses, 4 is a high voltage transformer of positive polarity of voltage pulses, 5 is a closed magnetic circuit, 6 is a core, 7 is a primary winding 8 - secondary multi-row windings, 9 - multilayer paper-film insulation, 10 - cup-shaped metal screens, 11 - additional winding, 12 - capacitor of a neutron tube power source, 1 3 - storage capacitors, 14 - generator cover, 15 - temperature compensator, 16 - high-voltage sealed bushings.

На фиг. 2 представлен разрез А-А, где 5 - замкнутый магнитопровод, 6 - сердечник, 7 - первичная обмотка высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения, 8 - вторичная многорядная обмотка высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения, 9 - многослойная бумажно-пленочная изоляция, 11 - дополнительная обмотка.In FIG. 2 shows a section A-A, where 5 is a closed magnetic circuit, 6 is a core, 7 is the primary winding of a high voltage transformer of positive polarity of voltage pulses, 8 is a secondary multi-row winding of a high voltage transformer of positive polarity of voltage pulses, 9 is multilayer paper-film insulation, 11 is additional winding.

На фиг. 3 представлена электрическая схема генератора, где 2 - вакуумная нейтронная трубка, 3 - высоковольтный трансформатор отрицательной полярности импульсов, 4 - высоковольтный трансформатор положительной полярности импульсов, 11 - дополнительная обмотка, 12 - конденсатор источника питания нейтронной трубки, 13 - накопительные конденсаторы; К2 - концы вторичных обмоток высоковольтных трансформаторов 3, 4; Н доп. обм., К доп. обм. - начало и конец дополнительной обмотки высоковольтного трансформатора положительной полярности напряжения импульсов; Uист., Uзар - высоковольтные проходные изоляторы.In FIG. 3 shows the electric circuit of the generator, where 2 is a vacuum neutron tube, 3 is a high voltage transformer of negative pulse polarity, 4 is a high voltage transformer of positive pulse polarity, 11 is an additional winding, 12 is a capacitor of a neutron tube power source, 13 are storage capacitors; K2 - the ends of the secondary windings of high voltage transformers 3, 4; N add. exchange., To add. exchange - the beginning and the end of the additional winding of a high voltage transformer of positive polarity of the pulse voltage; Uist., Uzar - high-voltage bushings.

Генератор выполнен в металлическом корпусе 1, залитом жидким диэлектриком, внутри которого размещена нейтронная трубка 2, высоковольтные импульсные трансформаторы отрицательной и положительной полярности импульсов напряжения 3 и 4, содержащие замкнутые магнитопроводы 5. На сердечниках 6 симметрично относительно их торцов расположены первичные обмотки 7 и поверх первичных -вторичные многорядные обмотки 8 намотанные одновременно с многослойной бумажно-пленочной изоляцией 9, выходящей за пределы рядов. Магнитопроводы 5 и сердечники 6 выполнены из электротехнической стали, например, Э310.The generator is made in a metal casing 1, filled with a liquid dielectric, inside which a neutron tube 2 is placed, high-voltage pulse transformers of negative and positive polarity of voltage pulses 3 and 4, containing closed magnetic circuits 5. Primary windings 7 are located symmetrically relative to their ends on top of the primary -second multi-row windings 8 wound simultaneously with multilayer paper-film insulation 9, which extends beyond the ranks. Magnetic cores 5 and cores 6 are made of electrical steel, for example, E310.

Выводы вторичных обмоток К2 соединены с чашеобразными экранами 10, внутри которых размещена мишенная М и анодная А часть нейтронной трубки 2. Вывод Н доп. обм. дополнительной обмотки 11 соединен через высоковольтный герметичный проходной изолятор 16 с источником зарядного напряжения Uист. Вывод К доп. обм. дополнительной обмотки 11 соединен с анодом А нейтронной трубки 2.The conclusions of the secondary windings K2 are connected to the cup-shaped screens 10, inside which the target M and the anode A part of the neutron tube 2 are placed. Terminal H ext. exchange additional winding 11 is connected through a high-voltage sealed bushing insulator 16 with a charging voltage source Uist. Conclusion To add. exchange additional winding 11 is connected to the anode A of the neutron tube 2.

Высоковольтные трансформаторы 3, 4 выполнены на замкнутых магнитопроводах, продольные оси обмоток 7 и 8 которых расположены перпендикулярно продольной оси нейтронной трубки 2 и корпуса нейтронного генератора 1. Одновременно с намоткой вторичной обмотки 8 высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения в одном технологическом процессе совместно с бумажно-пленочной изоляцией 9 наматывается проводом ПЭВ-2 дополнительная обмотка 11.High-voltage transformers 3, 4 are made on closed magnetic circuits, the longitudinal axis of the windings 7 and 8 of which are perpendicular to the longitudinal axis of the neutron tube 2 and the neutron generator housing 1. Simultaneously with the winding of the secondary winding 8 of the high-voltage transformer of positive polarity of voltage pulses in one technological process together with paper film insulation 9 is wound with a wire PEV-2 additional winding 11.

Внутри корпуса 1 размещен конденсатор источника питания нейтронной трубки 12, накопительные конденсаторы 13.Inside the housing 1 is placed the capacitor of the power source of the neutron tube 12, the storage capacitors 13.

Для обеспечения электрической прочности генератор залит жидким диэлектриком. На крышке генератора 14 установлен температурный компенсатор 15 и высоковольтные герметичные проходные изоляторы 16 (Uист. и Uзар.), через которые осуществляется питание и управление генератором.To ensure electrical strength, the generator is filled with a liquid dielectric. A temperature compensator 15 and high-voltage sealed bushing insulators 16 (Uist. And Uzar.), Through which the generator is powered and controlled, are installed on the cover of the generator 14.

В качестве жидкого диэлектрика в генераторе использовано трансформаторное масло ТКп.TKp transformer oil was used as a liquid dielectric in the generator.

Благодаря такому выполнению вторичной обмотки 8 высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения и дополнительной обмотки 11, дополнительная обмотка выполняет функцию разделительного дросселя.Due to this embodiment of the secondary winding 8 of the high voltage transformer of positive polarity of the voltage pulses and the additional winding 11, the additional winding serves as an isolation choke.

Такое решение освобождает от необходимости выполнения разделительного дросселя, как самостоятельного конструктивного элемента в отдельном технологическом процессе. Это позволяет уменьшить габаритные размеры и вес генератора.Such a solution eliminates the need to perform a separation throttle as an independent structural element in a separate process. This allows to reduce the overall dimensions and weight of the generator.

Генератор работает следующим образом.The generator operates as follows.

При срабатывании коммутирующего элемента (на фиг. 1 не показан) накопительные конденсаторы 13, заряженные до напряжения 4,5 кВ, разряжаются через первичные обмотки трансформаторов 3 и 4. На вторичных обмотках формируются импульсы напряжения 50-60 кВ длительностью 4 мкс отрицательной и положительной полярности и подаются на анод и катод импульсной нейтронной трубки 2. Одновременно формируется импульс напряжения поджига ионного источника, в результате которого происходит разряд конденсатора источника 12 через анод и катод нейтронной трубки 2. Образовавшиеся ионы дейтерия бомбардируют мишенный электрод вакуумной нейтронной трубки 2. На мишени в результате реакции

образуются нейтроны с энергией 14 МэВ.When the switching element is activated (not shown in Fig. 1), the storage capacitors 13, charged to a voltage of 4.5 kV, are discharged through the primary windings of

transformers

3 and 4. Voltage pulses of 50-60 kV are generated on the secondary windings with a duration of 4 μs of negative and positive polarity and fed to the anode and cathode of a pulsed neutron tube 2. Simultaneously, a voltage pulse of ignition of the ion source is generated, as a result of which the capacitor of the source 12 is discharged through the anode and cathode of the neutron tube 2. azovavshiesya deuterium ions bombarding a target electrode by vacuum neutron tube 2. On target by reaction

neutrons with an energy of 14 MeV are formed.

Одновременно дополнительная обмотка 11 высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения препятствует попаданию высоковольтного импульса напряжения 60 кВ на источник зарядного напряжения Uист. (на фиг. 1 не показан).At the same time, the additional winding 11 of the high-voltage transformer of positive polarity of the voltage pulses prevents the high-voltage pulse of 60 kV from reaching the charging voltage source Uist. (not shown in FIG. 1).

Таким образом, создание импульсного нейтронного генератора в соответствии с предложенным техническим решением позволило уменьшить его габариты и массу приблизительно на 20% за счет выполнения дополнительной обмоткой высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения функций разделительного дросселя.Thus, the creation of a pulsed neutron generator in accordance with the proposed technical solution made it possible to reduce its dimensions and weight by approximately 20% due to the additional winding of the high voltage transformer of positive polarity of the voltage pulses of the voltage separator choke functions.

Claims

A pulsed neutron generator, which is housed in a sealed metal case filled with a dielectric, a storage capacitor, a charging choke, a vacuum neutron tube, a capacitor of a vacuum neutron tube power supply, an electric circuit of a vacuum neutron tube, consisting of two high-voltage transformers with multi-row secondary windings and a multilayer paper -film insulation made on closed cores of electrical steel, the outputs of the transformers are connected s with cup-shaped screens and a vacuum neutron tube located in them, as well as a temperature compensator and high-voltage sealed bushing insulators installed on the generator cover, characterized in that an additional winding is inserted parallel to the secondary winding of the high voltage transformer of positive polarity of the voltage pulses, connected between the anode of the neutron tube and the source charging voltage.