RU192776U1 - PULSE SOURCE OF PENNING IONS - Google Patents

PULSE SOURCE OF PENNING IONS Download PDF

Info

Publication number
RU192776U1
RU192776U1 RU2019118316U RU2019118316U RU192776U1 RU 192776 U1 RU192776 U1 RU 192776U1 RU 2019118316 U RU2019118316 U RU 2019118316U RU 2019118316 U RU2019118316 U RU 2019118316U RU 192776 U1 RU192776 U1 RU 192776U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cathode
hollow cylindrical
cylindrical anode
diameter
disk
Prior art date
Application number
RU2019118316U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Сергеевич Степанов
Эдуард Яковлевич Школьников
Константин Иванович Козловский
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ)
Priority to RU2019118316U priority Critical patent/RU192776U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU192776U1 publication Critical patent/RU192776U1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/04—Ion sources; Ion guns using reflex discharge, e.g. Penning ion sources

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к разделу электрических газоразрядных и вакуумных электронных приборов, а именно к приборам с ионным пучком с использованием отражательного разряда, например ионным источникам Пеннинга.Технический результат, направленный на расширение функциональных возможностей применения импульсного источника ионов Пеннинга в импульсных генераторах нейтронов на его основе путем существенного уменьшения длительности переднего фронта импульса ионного тока достигнут тем, что в известном импульсном источнике ионов Пеннинга, состоящем из блока питания, постоянного магнита и цилиндрической вакуумной камеры, внутри которой размещены полый цилиндрический анод с внешним диаметром Dи внутренним диаметром D, геттер, дисковый катод, дисковый антикатод с отверстием в центре диаметром dи термокатод с внешним диаметром d, установленный на дисковом катоде, внутренняя поверхность полого цилиндрического анода имеет форму усеченного конуса с углом наклона образующей α и малым внутренним диаметром D, расположенным со стороны катода, при этом термокатод находится на расстоянии lот полого цилиндрического анода и имеет кольцевую форму с внутренним диаметром dи выполнены так, что параметры α, D, D, D, d, d, l, dопределяются следующими соотношениями:15°<α<30°; 0.6⋅D<D<0.8⋅D; 0.4⋅D<D<0.8⋅D; 0.7⋅D<d<0.9⋅D; 0.5⋅d<d<0.8⋅d; 0.3⋅D<l<0.5⋅D; D<d<D.Данные соотношения были получены в результате численного моделирования.The utility model relates to the field of electric gas-discharge and vacuum electronic devices, namely to devices with an ion beam using a reflective discharge, for example, Penning ion sources. The technical result is aimed at expanding the functionality of the use of a pulse source of Penning ions in pulsed neutron generators based on it by a significant reduction in the duration of the leading edge of the ion current pulse is achieved by the fact that in the known pulsed ion source Pennin ha, consisting of a power supply unit, a permanent magnet and a cylindrical vacuum chamber, inside of which there is a hollow cylindrical anode with an external diameter D and an inner diameter D, a getter, a disk cathode, a disk anticathode with a hole in the center with a diameter d and a thermal cathode with an external diameter d mounted on a disk cathode, the inner surface of the hollow cylindrical anode has the shape of a truncated cone with an angle of inclination of the generatrix α and a small inner diameter D located on the side of the cathode, while the thermal cathode is located at Toyan lot hollow cylindrical anode and has an annular shape with an inner diameter d and are arranged so that the parameters α, D, D, D, d, d, l, dopredelyayutsya following relations: 15 ° <α <30 °; 0.6⋅D <D <0.8⋅D; 0.4⋅D <D <0.8⋅D; 0.7⋅D <d <0.9⋅D; 0.5⋅d <d <0.8⋅d; 0.3⋅D <l <0.5⋅D; D <d <D. These relationships were obtained as a result of numerical simulation.

Description

Предлагаемая полезная модель принадлежит к разделу электрических газоразрядных и вакуумных электронных приборов, а именно к приборам с ионным пучком с использованием отражательного разряда, например ионным источникам Пеннинга, с целью использования их в различного рода прикладных задачах науки и техники, в том числе для генерации нейтронных потоков в технологиях добычи углеводородного и другого сырья, досмотровых системах безопасности, радиационной томографии и терапии, системах элементного анализа вещества и прочего.The proposed utility model belongs to the section of electric gas-discharge and vacuum electronic devices, namely to devices with an ion beam using a reflective discharge, for example, Penning ion sources, with the aim of using them in various applications of science and technology, including for generating neutron fluxes in technologies for the extraction of hydrocarbon and other raw materials, security inspection systems, radiation tomography and therapy, elemental analysis of substances and other things.

Известен серийный ионный источник Пеннинга с холодным катодом, разработанный во ВНИИА [1], состоящий из вакуумной камеры, содержащей противоположно установленные катод и антикатод с отверстием, размещенный между ними положительно смещенный полый цилиндрический анод, соосно расположенный с ней полый цилиндрический постоянный магнит, узел напуска газа. Разряд инициируется фоновыми электронами, движущимися в скрещенных электрическом и магнитном полях. Экстракция ионов происходит через отверстие в антикатоде.Known serial ion source of Penning with a cold cathode, developed in VNIIA [1], consisting of a vacuum chamber containing an oppositely mounted cathode and an anticathode with a hole, a positively offset hollow cylindrical anode placed between them, a hollow cylindrical permanent magnet coaxially located with it, an inlet assembly gas. The discharge is initiated by background electrons moving in crossed electric and magnetic fields. The extraction of ions occurs through a hole in the anticathode.

Однако, данное устройство обладает рядом недостатков, среди которых можно выделить следующий. Время развития электронной лавины, а вместе с ней и разряда, начальная концентрация в которой соответствует фоновой концентрации электронов (~105 см-3) в источнике Пеннинга с холодным катодом составляет от 10-20 мкс и выше, в то время как целый ряд важных технологий (особенно это остро стоит в нефтегазовом каротаже) требуют использования импульсов с величинами передних и задних фронтов, не превышающими 1 мкс.However, this device has several disadvantages, among which the following can be distinguished. The development time of the electron avalanche, and with it the discharge, the initial concentration in which corresponds to the background electron concentration (~ 10 5 cm -3 ) in the Penning source with a cold cathode is from 10-20 μs and higher, while a number of important technologies (this is especially acute in oil and gas logging) require the use of pulses with values of leading and trailing edges that do not exceed 1 μs.

Известен также ионный источник Пеннинга с термокатодом [2], который включает в себя вакуумную камеру, содержащую противоположно поставленные катод, на котором установлен термокатод, и антикатод с отверстием, размещенный между ними положительно смещенный полый цилиндрический анод, соосно расположенный с ней полый цилиндрический постоянный магнит, узел напуска газа. Устройство работает таким образом, что при подаче напряжения на полый цилиндрический анод предельный ток в промежутке между ним и термокатодом становится больше нуля и предварительно нагретый термокатод начинает эмитировать электроны, в результате чего развивается разряд в скрещенных электрическом и магнитном полях, из которого впоследствии экстрагируется часть образовавшихся ионов. Геометрия электродов не обеспечивает большого значения предельного электронного тока, в результате чего электроны теряют ионизационную способность, а время фронта ионного импульса составляет ~3 мкс. Кроме того, доля извлекаемых ионов из источника с подобной геометрией электродов составляет порядка 20%, что может быть улучшено.Also known is a Penning ion source with a thermal cathode [2], which includes a vacuum chamber containing the opposite cathode on which the thermal cathode is mounted, and an anticathode with a hole, a positively offset hollow cylindrical anode placed between them, a hollow cylindrical permanent magnet coaxially located with it gas inlet assembly. The device operates in such a way that when voltage is applied to the hollow cylindrical anode, the limiting current in the gap between it and the thermocathode becomes greater than zero and the preheated thermocathode starts emitting electrons, as a result of which a discharge develops in crossed electric and magnetic fields, from which some of the formed ions. The geometry of the electrodes does not provide a large value of the limiting electron current, as a result of which the electrons lose their ionization ability, and the time of the front of the ion pulse is ~ 3 μs. In addition, the fraction of extracted ions from a source with a similar geometry of the electrodes is about 20%, which can be improved.

Однако, данное устройство не позволяет полноценно использовать некоторые из современных нейтронных технологий, например, С/О каротаж. Его использование требует наличия малой погрешности синхронизации α-детектора, которую можно реализовать при величинах фронта и спада нейтронного импульса не превышающих 1 мкс.However, this device does not allow full use of some of the modern neutron technologies, for example, C / O logging. Its use requires a small error in the synchronization of the α-detector, which can be realized with the values of the front and decay of the neutron pulse not exceeding 1 μs.

Технический результат предлагаемой полезной модели направлен на расширение функциональных возможностей применения импульсного источника ионов Пеннинга в импульсных генераторах нейтронов на его основе путем существенного уменьшения длительности переднего и заднего фронтов импульса ионного тока до величины менее 1 мкс при значениях нейтронного потока импульсного генератора нейтронов не менее 108 нейтр/имп (для реакции D+Т) за счет реализации специальной конфигурации и расположения термокатода, а также профилированного по своей внутренней поверхности полого цилиндрического анода.The technical result of the proposed utility model is aimed at expanding the functionality of the use of a pulsed source of Penning ions in pulsed neutron generators based on it by significantly reducing the duration of the leading and trailing edges of the ion current pulse to less than 1 μs at a neutron flux of a pulsed neutron generator of at least 10 8 neutrons / imp (for the reaction D + T) due to the implementation of a special configuration and location of the thermal cathode, as well as profiled on its inside the lower surface of the hollow cylindrical anode.

Этот результат достигается тем, что в известном импульсном источнике ионов Пеннинга, состоящем из блока питания, постоянного магнита и цилиндрической вакуумной камеры, внутри которой размещены полый цилиндрический анод с внешним диаметром Da и внутренним диаметром Din1, геттер, дисковый катод, дисковый антикатод с отверстием в центре диаметром dac и термокатод внешним диаметром dc, установленный на дисковом катоде, внутренняя поверхность полого цилиндрического анода имеет форму усеченного конуса с углом наклона образующей α и малым внутренним диаметром Din2, расположенным со стороны катода, при этом термокатод находится на расстоянии lac от полого цилиндрического анода и имеет кольцевую форму с внутренним диаметром dtc и выполнены так, что параметры α, Da, Din1, Din2, dc, dtc, lac, dac определяются следующими соотношениями, выявленными в результате численных расчетов:This result is achieved by the fact that in the well-known pulsed source of Penning ions, consisting of a power supply unit, a permanent magnet and a cylindrical vacuum chamber, inside which a hollow cylindrical anode with an outer diameter D a and an inner diameter D in1 , a getter, a disk cathode, a disk anticathode with center hole diameter d ac thermionic cathode and an outside diameter d c, mounted to the cathode disc, the inner surface of the hollow cylindrical anode has the shape of a truncated cone with an inclination angle α and forming small vnut ennim diameter D in2, located on the cathode side, wherein the thermionic cathode is at a distance l ac from the hollow cylindrical anode and has an annular shape with an inner diameter d tc and configured such that the parameters α, D a, D in1, D in2, d c , d tc , l ac , d ac are determined by the following relationships revealed by numerical calculations:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Неравенства (1) регулируют максимальный и минимальный угол наклона образующей внутренней поверхности полого цилиндрического анода, имеющей форму усеченного конуса, при котором достигается наибольший выход ионного тока. Нижний предел является условием, обеспечивающим извлечение положительных ионов из большей части области ионизации. Верхний предел является условием, обеспечивающим необходимое для быстрой ионизации значение потенциала, ускоряющего замагниченные электроны. Данный диапазон значений угла наклона образующей α был получен посредством численного моделирования процесса инициации разряда в импульсном источнике ионов Пеннинга.Inequalities (1) regulate the maximum and minimum angle of inclination of the generatrix of the inner surface of the hollow cylindrical anode, having the shape of a truncated cone, at which the highest yield of ion current is achieved. The lower limit is the condition for the extraction of positive ions from most of the ionization region. The upper limit is a condition that provides the potential for accelerating magnetized electrons necessary for fast ionization. This range of the generatrix tilt angle α was obtained by numerically simulating the process of discharge initiation in a pulsed source of Penning ions.

Неравенства (2) регулируют максимальный и минимальный пределы отношения внутреннего и внешнего диаметра полого цилиндрического анода, при которых достигаются оптимальные размеры области ионизации. Нижний предел является условием, обеспечивающим использование в качестве области ионизации большей части ионного источника. Верхний предел является условием, обеспечивающим достаточное для длительного срока службы источника отдаление изолятора от области ионизации.Inequalities (2) regulate the maximum and minimum limits of the ratio of the inner and outer diameters of the hollow cylindrical anode at which the optimal dimensions of the ionization region are achieved. The lower limit is a condition that ensures that most of the ion source is used as the ionization region. The upper limit is a condition that ensures that the insulator is sufficiently far from the ionization region for a long source life.

Неравенства (3) регулируют максимальный предел отношения малого внутреннего диаметра и внутреннего диаметра полого цилиндрического анода, и минимальный предел отношения малого внутреннего диаметра и внешнего диаметра полого цилиндрического анода, при которых достигаются оптимальные размеры области ионизации. Нижний предел является условием, обеспечивающим использование в качестве области ионизации большей части ионного источника. Верхний предел является условием, обеспечивающим извлечение положительных ионов из большей части области ионизации.Inequalities (3) govern the maximum limit of the ratio of the small internal diameter and the inner diameter of the hollow cylindrical anode, and the minimum limit of the ratio of the small internal diameter and the outer diameter of the hollow cylindrical anode, at which the optimal dimensions of the ionization region are achieved. The lower limit is a condition that ensures that most of the ion source is used as the ionization region. The upper limit is the condition for the extraction of positive ions from most of the ionization region.

Неравенства (4) регулируют максимальный и минимальный пределы отношения внешнего диаметра термокатода и малого внутреннего диаметра полого цилиндрического анода, при которых достигается наибольшая скорость ионизации. Нижний предел является условием, обеспечивающим необходимое для быстрой ионизации значение потенциала, ускоряющего замагниченные электроны. Верхний предел является условием, обеспечивающим достаточное для быстрой ионизации время существования эмитированного электрона.Inequalities (4) regulate the maximum and minimum limits of the ratio of the outer diameter of the thermal cathode and the small inner diameter of the hollow cylindrical anode, at which the highest ionization rate is achieved. The lower limit is a condition that provides the potential for accelerating magnetized electrons necessary for fast ionization. The upper limit is a condition providing sufficient for the fast ionization lifetime of the emitted electron.

Неравенства (5) регулируют максимальный и минимальный пределы отношения внутреннего диаметра термокатода и внешнего диаметра термокатода, при которых достигается наибольшая доля извлекаемых ионов. Нижний предел является условием, обеспечивающим трубчатую конфигурацию электронного потока. Верхний предел является условием, обеспечивающим приемлемую для инжекции электронного потока площадь эмиттера.Inequalities (5) regulate the maximum and minimum limits of the ratio of the inner diameter of the thermal cathode and the outer diameter of the thermal cathode, at which the largest fraction of the extracted ions is achieved. The lower limit is the condition for the tubular configuration of the electron beam. The upper limit is a condition providing an emitter area acceptable for injection of an electron beam.

Неравенства (6) регулируют максимальный и минимальный пределы отношения расстояния между термокатодом и полым цилиндрическим анодом и малым внутренним диаметром полого цилиндрического анода, при которых достигаются оптимальные условия инжекции электронного потока в область ионизации. Нижний предел является условием, обеспечивающим достаточную электропрочность промежутка катод-анод. Верхний предел является условием, обеспечивающим приемлемую для инжекции электронного потока напряженность электрического поля.Inequalities (6) regulate the maximum and minimum limits of the ratio of the distance between the thermal cathode and the hollow cylindrical anode and the small internal diameter of the hollow cylindrical anode under which the optimal conditions for the injection of the electron beam into the ionization region are achieved. The lower limit is a condition providing sufficient electrical strength of the cathode-anode gap. The upper limit is a condition providing an acceptable electric field for injection of an electron beam.

Неравенства (7) регулируют максимальный предел отношения диаметра отверстия в антикатоде и внутреннего диаметра полого цилиндрического анода и минимальный предел отношения диаметра отверстия в антикатоде и малого внутреннего диаметра полого цилиндрического анода, при которых достигаются оптимальные условия извлечения ионного пучка. Нижний предел является условием, обеспечивающим прохождение ионного потока через отверстие в антикатоде. Верхний предел является условием, обеспечивающим формирование ионного пучка за пределами отверстия в антикатоде.Inequalities (7) govern the maximum limit of the ratio of the diameter of the hole in the anticathode and the inner diameter of the hollow cylindrical anode and the minimum limit of the ratio of the diameter of the hole in the anticathode and the small internal diameter of the hollow cylindrical anode, under which the optimal conditions for extracting the ion beam are achieved. The lower limit is the condition for the passage of the ion flux through the hole in the anticathode. The upper limit is a condition for the formation of an ion beam outside the hole in the anticathode.

Предлагаемое устройство поясняется Фиг. 1, на которой представлен конкретный пример его исполнения и схема расположения элементов импульсного источника Пеннинга, содержащая следующие позиции: 1 - полый цилиндрический постоянный магнит, с одной стороны полости которого располагается дисковый катод 2, по центру расположен профилированный по своей внутренней поверхности полый цилиндрический анод 3, а с другой стороны - дисковый антикатод 4, объединенные вакуумной камерой 5, куда подводятся электрические вводы от блока питания 6, которые через диэлектрические изолирующие вставки 7 питают полый цилиндрический анод 3, термокатод 8 и геттер 9 установленные на дисковом катоде 2, в противоположной части вакуумной камеры 5 располагается извлекающий электрод 10. Характерный размер предлагаемого устройства описывается следующим набором диаметров Da=16 мм, Din1=11 мм, dc=6 мм.The proposed device is illustrated in FIG. 1, which shows a specific example of its execution and an arrangement of elements of a Penning pulse source, containing the following positions: 1 - a hollow cylindrical permanent magnet, on one side of the cavity of which a disk cathode 2 is located, a hollow cylindrical anode 3 profiled along its inner surface is located and, on the other hand, a disk anticathode 4, united by a vacuum chamber 5, where electrical inputs from the power supply 6 are supplied, which, through the dielectric insulating inserts 7 p There is a hollow cylindrical anode 3, thermal cathode 8 and getter 9 mounted on the disk cathode 2, in the opposite part of the vacuum chamber 5 there is an extracting electrode 10. The characteristic size of the proposed device is described by the following set of diameters D a = 16 mm, D in1 = 11 mm, d c = 6 mm.

Устройство работает следующим образом. Рабочий объем вакуумной камеры 5 откачивается до давлений не хуже 10-6 Торр, с помощью геттера 9 в вакуумную камеру поступает рабочий газ до достижения требуемого давления. Катод 2, антикатод 4, стенки вакуумной камеры 5 заземлены. На полый цилиндрический анод 3 подается напряжение амплитудой 2-3 кВ от источника 6. Термокатод 8 генерирует электронный поток в ионизационное пространство внутри полого цилиндрического анода 3, внутренняя форма которого в виде усеченного конуса с углом между образующей и осью источника α, вместе с термокатодом 8 кольцевой формы обеспечивают высокое значение предельного электронного тока. Близко расположенный к термокатоду 8 полый цилиндрический анод 3 обеспечивает достаточную для ионизации рабочего газа энергию электронов, которая уменьшается пространственным зарядом электронов. Такое расположение увеличивает величину потерь электронов на полом цилиндрическом аноде, что ускоряет установление стационарного состояния разряда. Магнитное поле постоянного магнита 1 формирует продольные спиралевидные траектории электронов, которые осциллируют в промежутке между катодом 2 и антикатодом 4. Извлечение ионов изотопов водорода из образующейся плазмы разряда происходит с помощью извлекающего электрода 10, находящегося под отрицательным относительно антикатода 4 потенциалом, величиной порядка -40 кВ. Эффективный объем ионного источника, из которого происходит извлечение ионов, определяется распределением потенциала внутри источника. Придание внутренней поверхности полого цилиндрического анода 3 формы усеченного конуса с углом между образующей и осью источника α и с малым внутреннем диаметром напротив катода 2 смещает максимум электрического потенциала в направлении от экстрагирующего отверстия в антикатоде 4, чем увеличивает эффективный объем, а вместе с ним и величину извлекаемого ионного тока. Кольцевая форма термокатода 8 вместе с магнитным полем постоянного магнита 1 придает плазме внутри источника трубчатую форму, что сохраняет определяемое формой полого цилиндрического анода 3 распределение потенциала в течение начала импульса. Угол наклона образующей 15°<α<30° создает оптимальные условия для увеличения эффективного объема источника и обеспечения близкого расположения электронного потока с полным цилиндрическим анодом 3, не допуская при этом затухания разряда, что обеспечивает 4-х кратное уменьшение времени нарастания величины ионного тока в импульсе (относительно случая плоского полого цилиндрического анода), при сохранении его амплитуды.The device operates as follows. The working volume of the vacuum chamber 5 is pumped out to pressures not worse than 10 -6 Torr, using getter 9, the working gas enters the vacuum chamber until the required pressure is reached. Cathode 2, anticathode 4, the walls of the vacuum chamber 5 are grounded. A voltage of 2-3 kV amplitude is supplied to the hollow cylindrical anode 3 from the source 6. Thermocathode 8 generates an electron stream into the ionization space inside the hollow cylindrical anode 3, the internal shape of which is in the form of a truncated cone with an angle between the generatrix and the axis of the source α, together with the thermocathode 8 ring shape provide a high value of the limiting electron current. Close to the thermal cathode 8, the hollow cylindrical anode 3 provides sufficient electron energy for ionization of the working gas, which is reduced by the space charge of the electrons. This arrangement increases the magnitude of the loss of electrons on the hollow cylindrical anode, which speeds up the establishment of a stationary state of the discharge. The magnetic field of the permanent magnet 1 forms longitudinal spiral-shaped electron trajectories that oscillate between the cathode 2 and the anticathode 4. The hydrogen isotope ions are extracted from the generated discharge plasma using the extracting electrode 10, which is under the potential negative relative to the anticathode 4, of the order of -40 kV . The effective volume of the ion source from which the ion is extracted is determined by the distribution of potential within the source. Giving the inner surface of the hollow cylindrical anode 3 the shape of a truncated cone with an angle between the generatrix and the axis of the source α and with a small inner diameter opposite the cathode 2 shifts the maximum electric potential in the direction from the extraction hole in the anticathode 4, thereby increasing the effective volume, and with it the value recoverable ion current. The annular shape of the thermal cathode 8 together with the magnetic field of the permanent magnet 1 gives the plasma inside the source a tubular shape, which preserves the potential distribution determined by the shape of the hollow cylindrical anode 3 during the start of the pulse. The angle of inclination of the generatrix of 15 ° <α <30 ° creates optimal conditions for increasing the effective volume of the source and ensuring close proximity of the electron beam with a full cylindrical anode 3, while avoiding discharge decay, which provides a 4-fold decrease in the rise time of the ion current in pulse (relative to the case of a flat hollow cylindrical anode), while maintaining its amplitude.

Уменьшение длительности заднего фронта импульса ионного тока достигается подачей на полый цилиндрический анод запирающего ионы импульса отрицательного напряжения, которая осуществляется после завершения основного импульса. Для источника ионов Пеннинга с термокатодом амплитуда этих модулирующих импульсов составляет десятки или сотни вольт, что позволяет эффективно осуществить уменьшение длительности заднего фронта импульса ионного тока с величин порядка нескольких микросекунд и вплоть до 0.5 мкс.A decrease in the duration of the trailing edge of the ion current pulse is achieved by applying a negative voltage pulse to the hollow cylindrical anode, which occurs after the completion of the main pulse. For a Penning ion source with a thermal cathode, the amplitude of these modulating pulses is tens or hundreds of volts, which allows one to effectively reduce the duration of the trailing edge of the ion current pulse from values of the order of several microseconds and up to 0.5 μs.

Таким образом, предложенная полезная модель позволяет расширить функциональные возможности применения импульсного источника ионов Пеннинга в импульсных генераторах нейтронов на его основе за счет сокращения длительности переднего и, одновременно, заднего фронтов ионных импульсов при сохранении величины ионного тока, что позволят применять предлагаемый источник ионов в генераторах нейтронов со специальной формой импульса для различных технологий нейтронного облучения, особенно в каротажных технологиях разведки и добычи углеводородного и другого сырья.Thus, the proposed utility model allows to expand the functionality of the use of a pulsed source of Penning ions in pulsed neutron generators based on it by reducing the duration of the leading and, at the same time, trailing edges of the ion pulses while maintaining the ion current, which will allow the use of the proposed ion source in neutron generators with a special pulse shape for various neutron irradiation technologies, especially in hydrocarbon exploration and production logging technologies -stand and other raw materials.

Источники информации:Information sources:

1. Боголюбов Е.П., Сыромуков С.В. Газообразный источник ионов. Патент РФ на полезную модель №76164 от 09.10.2008 г.1. Bogolyubov EP, Syromukov SV Gaseous ion source. RF patent for utility model No. 76164 of October 9, 2008.

2. Luke Perkins. Ion Source Using Heated Cathode and Electromagnetic Confinement. United States Patent Application Publication № US 2014/0183376 A1.2. Luke Perkins. Ion Source Using Heated Cathode and Electromagnetic Confinement. United States Patent Application Publication No. US 2014/0183376 A1.

Claims (2)

Импульсный источник ионов Пеннинга, состоящий из блока питания, постоянного магнита и цилиндрической вакуумной камеры, внутри которой размещены полый цилиндрический анод с внешним диаметром Da и внутренним диаметром Din1, геттер, дисковый катод, дисковый антикатод с отверстием в центре диаметром dac и термокатод внешним диаметром dc, установленный на дисковом катоде, отличающийся тем, что внутренняя поверхность полого цилиндрического анода имеет форму усеченного конуса с углом наклона образующей α и малым внутренним диаметром Din2, расположенным со стороны катода, при этом термокатод находится на расстоянии lac от полого цилиндрического анода и имеет кольцевую форму с внутренним диаметром dtc, а параметры α, Da, Din1, Din2, dc, dtc, lac, dac определяются следующими соотношениями:A Penning ion pulse source consisting of a power supply unit, a permanent magnet and a cylindrical vacuum chamber, inside of which there is a hollow cylindrical anode with an outer diameter D a and an inner diameter D in1 , a getter, a disk cathode, a disk anticathode with a hole in the center with a diameter d ac and a thermal cathode outer diameter d c, mounted on the disk the cathode, characterized in that the inner surface of the hollow cylindrical anode has the shape of a truncated cone with an inclination angle α and forming small inner diameter D in2, Raspaud dix on the cathode side, wherein the thermionic cathode is at a distance l ac from the hollow cylindrical anode and has an annular shape with an inner diameter d tc, and the parameters α, D a, D in1, D in2, d c, d tc, l ac, d ac are defined by the following relationships: 15°<α<30°; 0.6⋅Da<Din1<0.8⋅Da; 0.4⋅Da<Din2<0.8⋅Din1; 0.7⋅Din2<dc<0.9⋅Din2; 0.5⋅dc<dtc<0.8⋅dc; 0.3⋅Din2<lac<0.5⋅Din2; Din2<dac<Din1.15 ° <α <30 °; 0.6⋅D a <D in1 <0.8⋅D a ; 0.4⋅D a <D in2 <0.8⋅D in1 ; 0.7⋅D in2 <d c <0.9⋅D in2 ; 0.5⋅d c <d tc <0.8⋅d c ; 0.3⋅D in2 <l ac <0.5⋅D in2 ; D in2 <d ac <D in1 .
RU2019118316U 2019-06-13 2019-06-13 PULSE SOURCE OF PENNING IONS RU192776U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118316U RU192776U1 (en) 2019-06-13 2019-06-13 PULSE SOURCE OF PENNING IONS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118316U RU192776U1 (en) 2019-06-13 2019-06-13 PULSE SOURCE OF PENNING IONS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU192776U1 true RU192776U1 (en) 2019-10-01

Family

ID=68162669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019118316U RU192776U1 (en) 2019-06-13 2019-06-13 PULSE SOURCE OF PENNING IONS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU192776U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114007323A (en) * 2021-11-02 2022-02-01 西京学院 Neutron tube structure of cone-shaped penning ion source

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU76164U1 (en) * 2008-04-22 2008-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" DISCHARGE SOURCE OF IONS
US20130170592A1 (en) * 2011-12-28 2013-07-04 Zilu Zhou Device and method for ion generation
US20140183376A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 Schlumberger Technology Corporation Ion source using heated cathode and electromagnetic confinement

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU76164U1 (en) * 2008-04-22 2008-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" DISCHARGE SOURCE OF IONS
US20130170592A1 (en) * 2011-12-28 2013-07-04 Zilu Zhou Device and method for ion generation
US20140183376A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 Schlumberger Technology Corporation Ion source using heated cathode and electromagnetic confinement

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114007323A (en) * 2021-11-02 2022-02-01 西京学院 Neutron tube structure of cone-shaped penning ion source

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH06342699A (en) High-neutron-flux generation tube
CN205793593U (en) Micro logging neutron tube
RU2316835C1 (en) Neutron vacuum tube
US5745537A (en) Neutron tube with magnetic confinement of the electrons by permanent magnets and its method of manufacture
US5675606A (en) Solenoid and monocusp ion source
RU192776U1 (en) PULSE SOURCE OF PENNING IONS
Tsai et al. Plasma studies on a duoPIGatron ion source
US8311186B2 (en) Bi-directional dispenser cathode
RU187270U1 (en) PULSE NEUTRON GENERATOR
RU149963U1 (en) ION TRIODE FOR NEUTRON GENERATION
RU2167466C1 (en) Plasma ion source and its operating process
WO2010036422A2 (en) Plasma driven neutron/gamma generator
CN114007323A (en) Neutron tube structure of cone-shaped penning ion source
Tsybin et al. Neutron generation in small sealed accelerating tubes
RU228879U1 (en) Evacuated compact DD-generator of fast neutrons
JPH0129296B2 (en)
RU2237942C1 (en) Heavy-current electron gun
CN107027236B (en) Neutron generator
Wong et al. Observation of enhanced prebreakdown electron beams in a vacuum spark with a hollow-cathode configuration
RU2306683C1 (en) Plasma electron source
RU209633U1 (en) Vacuum neutron tube
WO2014186025A2 (en) Radiation generator having bi-polar electrodes
RU2231162C2 (en) Source with cathode cone of high-frequency pulses of ions of hydrogen
RU203107U1 (en) High-current electron gun
US3265896A (en) Cold cathode neutron generator tube