RU175196U1

RU175196U1 - GAS-FILLED NEUTRON PIPE

Info

Publication number: RU175196U1
Application number: RU2017106071U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Викторович Зеляковский; Владимир Николаевич Злобин; Людмила Романовна Кущ; Алексей Николаевич Чернявский
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2017-11-28

Abstract

Полезная модель относится к нейтронным трубкам и может быть использована в генераторах нейтронов для проведения неразрушающего элементного анализа вещества и проведения исследований нейтронно-радиационными методами. Техническим результатом является увеличение ресурса и производительности устройства в результате снижения эффекта запыления внутренней поверхности герметичной колбы. Газонаполненная нейтронная трубка с ионным источником Пеннинга с термокатодом, выполненная в виде герметичной металлостеклянной колбы, в которой расположены мишень, ионно-оптическая система, источник ионов, генератор рабочего газа и газопоглотитель, который установлен на одном из вводов ножки газонаполненной нейтронной трубки, содержит встроенный термоподогреватель и выполнен в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой от 100 до 350 м, отличающаяся тем, что ионно-оптическая система состоит из фокусирующего электрода, ускоряющего электрода и дополнительного электрода, установленного по всему внутреннему диаметру металлостеклянной колбы.The utility model relates to neutron tubes and can be used in neutron generators for non-destructive elemental analysis of matter and research using neutron-radiation methods. The technical result is to increase the resource and productivity of the device as a result of reducing the dusting effect of the inner surface of a sealed bulb. A gas-filled neutron tube with a Penning ion source with a thermal cathode, made in the form of a sealed metal-glass flask, in which there is a target, an ion-optical system, an ion source, a working gas generator and a gas absorber, which is installed on one of the inputs of the legs of the gas-filled neutron tube, contains a built-in thermal heater and made in the form of a sleeve of sintered fine-grained titanium powder weighing from 100 to 350 m, characterized in that the ion-optical system consists of a focusing electro yes, an accelerating electrode and an additional electrode installed along the entire inner diameter of the metal-glass bulb.

Description

Полезная модель относится к нейтронным трубкам и может быть использована в генераторах нейтронов для проведения неразрушающего элементного анализа вещества и проведения исследований нейтронно-радиационными методами.The utility model relates to neutron tubes and can be used in neutron generators for non-destructive elemental analysis of matter and research using neutron-radiation methods.

Известна нейтронная трубка, которая представляет собой миниатюрный линейный ускоритель ионов, с одной стороны которого расположен ионный источник, а с другой - мишень. Генерация нейтронов происходит в результате реакции (d, n), при бомбардировке ускоренными ионами мишени. Получаемые при этом нейтроны имеют энергию 2,5 МэВ для реакции D(d, n)Не3 и 14 МэВ для реакции T(d, n)Не4. Нейтронная трубка имеет три основных узла: ионный источник, ионно-оптическая система, мишенный узел. В качестве ионного источника в трубке применен ионный источник типа Пеннинга с холодным катодом. Рабочий газ (дейтерий либо смесь дейтерия и трития) содержится в натекателе (генераторе рабочего газа). На анод ионного источника подают модуляционное напряжение с частотой следования f от 400 Гц до 10 кГц с длительностью от 100 до 20 мкс соответственно. Сборник материалов межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе» (М.: ВНИИА, 2003, с. 12).Known neutron tube, which is a miniature linear ion accelerator, on one side of which is an ion source, and on the other - the target. Neutron generation occurs as a result of the reaction (d, n) during bombardment by accelerated target ions. The resulting neutrons have an energy of 2.5 MeV for the reaction D (d, n) He3 and 14 MeV for the reaction T (d, n) He4. A neutron tube has three main nodes: an ion source, an ion-optical system, and a target node. A cold cathode Penning type ion source is used as an ion source in the tube. The working gas (deuterium or a mixture of deuterium and tritium) is contained in the leakage (working gas generator). A modulation voltage with a repetition rate f from 400 Hz to 10 kHz with a duration from 100 to 20 μs, respectively, is applied to the anode of the ion source. The collection of materials of the interdisciplinary scientific and technical conference "Portable neutron generators and technologies based on them" (Moscow: VNIIA, 2003, p. 12).

Известна газонаполненная нейтронная трубка, содержащая герметичную оболочку, источник ионов типа Пеннинга, источник газа (натекатель), ускоряющий электрод, мишень, высоковольтный изолятор, газопоглотитель (патент США US 2009/0108192).Known gas-filled neutron tube containing an airtight shell, a source of Penning type ions, a gas source (leakage), an accelerating electrode, a target, a high voltage insulator, a getter (US patent US 2009/0108192).

За прототип выбрана газонаполненная нейтронная трубка с ионным источником Пеннинга с термокатодом, выполненная в виде герметичной металлостеклянной колбы, в которой расположены мишень, ионно-оптическая система, источник ионов, генератор рабочего газа и газопоглотитель, который установлен на одном из вводов ножки газонаполненной нейтронной трубки, содержит встроенный термоподогреватель и выполнен в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой от 100 до 350 мг (патент Российской Федерации №2372755, опубл. 10.11.2009 г.).For the prototype, a gas-filled neutron tube with a Penning ion source with a thermal cathode was selected, made in the form of a sealed metal-glass flask in which a target, an ion-optical system, an ion source, a working gas generator and a getter are installed, which is installed on one of the inputs of the legs of the gas-filled neutron tube, contains a built-in heat heater and is made in the form of a sleeve of sintered fine-grained titanium powder weighing from 100 to 350 mg (patent of the Russian Federation No. 2372755, publ. 10.11.2009).

Все вышеперечисленные нейтронные трубки имеют общий недостаток - в процессе работы вследствие расфокусировки пучка ионов, извлекаемых из источника ионов, часть пучка попадает на внутренние поверхности фокусирующего и ускоряющего электродов. Помимо увеличения тока трубки за счет образования вторичных электронов, это приводит к распылению электродов и, соответственно, к запылению внутренней стенки герметичной колбы напротив фокусирующего и ускоряющего электродов. В результате запыления образуется проводящий слой и, как следствие, электрический пробой по внутренней поверхности герметизирующей колбы. При таких пробоях и электрических утечках нейтронная трубка полностью приходит в негодность.All of the above neutron tubes have a common drawback - in the process, due to the defocusing of the ion beam extracted from the ion source, part of the beam falls on the inner surfaces of the focusing and accelerating electrodes. In addition to increasing the tube current due to the formation of secondary electrons, this leads to atomization of the electrodes and, accordingly, to dusting of the inner wall of the sealed bulb opposite the focusing and accelerating electrodes. As a result of dusting, a conductive layer is formed and, as a result, an electrical breakdown on the inner surface of the sealing flask. With such breakdowns and electrical leaks, the neutron tube becomes completely worthless.

Техническим результатом полезной модели является увеличение ресурса и производительности устройства в результате, снижения эффекта запыления внутренней поверхности герметичной колбы.The technical result of the utility model is to increase the resource and productivity of the device as a result of reducing the dusting effect of the inner surface of the sealed bulb.

Технический результат достигается газонаполненной нейтронной трубкой с ионным источником Пеннинга с термокатодом, выполненным в виде герметичной металлостеклянной колбы, в которой расположены мишень, ионно-оптическая система, источник ионов, генератор рабочего газа и газопоглотитель, установленный на одном из вводов ножки газонаполненной нейтронной трубки, содержащей встроенный термоподогреватель и выполненный в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой от 100 до 350 м, при этом ионно-оптическая система состоит из фокусирующего электрода, ускоряющего электрода и дополнительного электрода, установленного по всему внутреннему диаметру металлостеклянной колбы.The technical result is achieved by a gas-filled neutron tube with a Penning ion source with a thermal cathode, made in the form of a sealed metal-glass flask, in which a target, an ion-optical system, an ion source, a working gas generator and a getter installed on one of the inputs of the legs of a gas-filled neutron tube containing built-in thermal heater and made in the form of a sleeve of sintered fine-grained titanium powder weighing from 100 to 350 m, while the ion-optical system consists of h focusing electrode, accelerating electrode and an additional electrode mounted along the entire inner diameter of the glass-metal flask.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично представлен поперечный разрез устройства, где: 1 - термокатод, 2 - металлостеклянная колба, 3 - мишень, 4 - ионно-оптическая система, 5 - источник ионов, 6 - генератор рабочего газа, 7 - газопоглатитель, 8 - ножка газонаполненной нейтронной трубки, 9 - термоподогреватель, выполненный в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана, 10 - фокусирующего электрода, 11 - ускоряющего электрода, 12 - дополнительного электрода.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which schematically shows a cross section of the device, where: 1 - thermocathode, 2 - metal-glass flask, 3 - target, 4 - ion-optical system, 5 - ion source, 6 - working gas generator, 7 - getter 8 - a leg of a gas-filled neutron tube, 9 - a thermal heater made in the form of a sleeve of sintered fine-grained titanium powder, 10 - a focusing electrode, 11 - an accelerating electrode, 12 - an additional electrode.

Через термокатод ионного источника пропускается электрический ток величиной 2 А при напряжении порядка 6 В. Термокатод излучает термоэлектроны и обеспечивает при подаче на анод напряжения 200 В электронный ток величиной около 20 мА. Одновременно с включением термокатода с вольфрамовой спиралью на термогазопоглотитель подают напряжение величиной порядка 7 В (ток, протекающий через термогазопоглотитель, составляет величину порядка 0,45 А), что обеспечивает температуру термогазопоглотителя в виде титановой втулки порядка 700°C.An electric current of magnitude 2 A is passed through the thermal cathode of the ion source at a voltage of about 6 V. The thermal cathode emits thermoelectrons and provides an electronic current of about 20 mA when a voltage of 200 V is applied to the anode. Simultaneously with the inclusion of a thermal cathode with a tungsten helix, a voltage of about 7 V is applied to the gas getter (the current flowing through the gas getter is about 0.45 A), which ensures the temperature of the getter in the form of a titanium sleeve of about 700 ° C.

Образуемые в источнике ионов ионы дейтерия и трития поступают в ионнооптическую систему трубки, ускоряются и, бомбардируя мишень, обеспечивают, на основе ядерной реакции T(d,n)He4, образование 14-МэВ нейтронов в мишени.The deuterium and tritium ions formed in the ion source enter the ion-optical system of the tube, accelerate and, by bombarding the target, provide, on the basis of the nuclear reaction T (d, n) He4, the formation of 14-MeV neutrons in the target.

Термогазопоглотитель в нагретом состоянии обеспечивает поглощение при температуре 700°C выделяемых при работе трубки остаточных газов, таких как кислород, азот, углекислый газ, окислы азота. Газонаполненная нейтронная трубка с источником Пеннинга способна при напряжении 120-125 кВ и среднем токе порядка 350 мкА генерировать нейтронные потоки выше 2.10⁹ н/с и обеспечить среднюю наработку порядка 200 ч.In the heated state, the gas and gas absorber provides absorption at the temperature of 700 ° C of the residual gases released during the tube operation, such as oxygen, nitrogen, carbon dioxide, nitrogen oxides. A gas-filled neutron tube with a Penning source is capable of generating neutron fluxes above 2.10 ⁹ n / s and providing an average operating time of about 200 hours at a voltage of 120-125 kV and an average current of about 350 μA.

Для увеличения срока службы газонаполненной нейтронной трубки с ионным источником применялся дополнительный электрод, установленный по всему внутреннему диаметру металлостеклянной колбы между фокусирующим и ускоряющим электродом.To increase the service life of a gas-filled neutron tube with an ion source, an additional electrode was used that was installed along the entire inner diameter of the metal-glass bulb between the focusing and accelerating electrodes.

Использование дополнительного электрода снижает запыление внутренней поверхности герметичной колбы материалами электродов за счет их катодного распыления. Данные использования дополнительного электрода приведены в таблице 1.The use of an additional electrode reduces dusting of the inner surface of the sealed flask with electrode materials due to their cathodic sputtering. Data on the use of an additional electrode are shown in table 1.

Использование дополнительного электрода в ионно-оптической системе позволяет повысить ресурс, увеличить производительность и уменьшить энергопотребление устройства в 1,5 раза.The use of an additional electrode in the ion-optical system allows to increase the resource, increase productivity and reduce the power consumption of the device by 1.5 times.

Claims

A gas-filled neutron tube with a Penning ion source with a thermal cathode, made in the form of a sealed metal-glass flask, in which there is a target, an ion-optical system, an ion source, a working gas generator and a gas absorber, which is installed on one of the inputs of the legs of the gas-filled neutron tube, contains a built-in thermal heater and made in the form of a sleeve of sintered fine-grained titanium powder weighing from 100 to 350 m, characterized in that the ion-optical system consists of a focusing electro yes, an accelerating electrode and an additional electrode mounted along the entire inner diameter of the glass-metal flask between the focusing and accelerating electrodes.