RU210559U1 - Gas-filled neutron tube - Google Patents
Gas-filled neutron tube Download PDFInfo
- Publication number
- RU210559U1 RU210559U1 RU2021135438U RU2021135438U RU210559U1 RU 210559 U1 RU210559 U1 RU 210559U1 RU 2021135438 U RU2021135438 U RU 2021135438U RU 2021135438 U RU2021135438 U RU 2021135438U RU 210559 U1 RU210559 U1 RU 210559U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- ion source
- neutron
- titanium film
- target
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
- H05H3/06—Generating neutron beams
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к газонаполненным нейтронным трубкам и может быть использована в генераторах нейтронов для лучевой терапии, элементного анализа, моделирования нейтронных полей термоядерных установок.Газонаполненная нейтронная трубка включает трубчатый высоковольтный изолятор, на одном торце которого герметично закреплен источник ионов, на другом герметично закреплена подложка мишени с нанесенной на ней со стороны источника ионов титановой пленкой - мишенью. Подложка с противоположной источнику ионов стороны охлаждается теплоносителем, например водой. Со стороны теплоносителя на подложку нанесена титановая пленка.Техническим результатом полезной модели является увеличение потока нейтронов за счет увеличения теплоотвода от мишени путем предохранения подложки от окисления со стороны теплоносителя. 2 ил.The utility model relates to gas-filled neutron tubes and can be used in neutron generators for radiation therapy, elemental analysis, modeling of neutron fields of thermonuclear installations. with a titanium film deposited on it from the side of the ion source - the target. The substrate on the opposite side of the ion source is cooled with a coolant, such as water. A titanium film is deposited on the substrate from the coolant side. The technical result of the utility model is an increase in the neutron flux by increasing heat removal from the target by protecting the substrate from oxidation on the coolant side. 2 ill.
Description
Полезная модель относится к запаянным нейтронным трубкам и может быть использована в генераторах нейтронов для лучевой терапии, элементного анализа, моделирования нейтронных полей термоядерных установок.The utility model relates to sealed neutron tubes and can be used in neutron generators for radiation therapy, elemental analysis, modeling of neutron fields of thermonuclear installations.
Известна газонаполненная нейтронная трубка с источником Пеннинга, включающая трубчатый высоковольтный изолятор, на одном торце которого герметично закреплен источник ионов, на другом герметично закреплена подложка, на которой, со стороны источника ионов, нанесена титановая пленка. Патент РФ № 2372755, МПК H05H 3/06, 10.11.2009.Known is a gas-filled neutron tube with a Penning source, including a tubular high-voltage insulator, at one end of which the ion source is hermetically fixed, at the other, a substrate is hermetically fixed, on which, from the ion source, a titanium film is deposited. RF patent No. 2372755, IPC
Недостатком данного технического решения является низкий поток нейтронов из-за уменьшения концентрации трития и дейтерия в титановой пленке в результате нагревания её пучком ионов. Ионы дейтерия и трития образуются в источнике ионов, ускоряются в трубчатом высоковольтном изоляторе и попадают на титановую пленку - мишень. В результате бомбардировки пленки ионами, в ней формируется концентрация дейтерия и трития. При взаимодействии дейтерия и трития из пучка с дейтерием и тритием в пленке (мишени), в результате реакции 3 H(d,n) 4 He, образуются нейтроны. При увеличении тока пучка температура пленки возрастает. Это приводит к десорбции части дейтерия и трития из пленки и уменьшению потока.The disadvantage of this technical solution is the low neutron flux due to a decrease in the concentration of tritium and deuterium in the titanium film as a result of heating it with an ion beam. Deuterium and tritium ions are formed in the ion source, accelerated in a tubular high-voltage insulator and fall on the titanium film - the target. As a result of the bombardment of the film with ions, a concentration of deuterium and tritium is formed in it. When deuterium and tritium from a beam interact with deuterium and tritium in a film (target), as a result of the reaction 3 H(d,n) 4 He, neutrons are formed. As the beam current increases, the film temperature increases. This leads to the desorption of part of the deuterium and tritium from the film and a decrease in the flux.
Известна запаянная нейтронная трубка, включающая трубчатый высоковольтный изолятор, на одном торце которого герметично закреплен источник ионов, на другом герметично закреплена подложка, на которой, со стороны источника ионов, нанесена титановая пленка. Патент РФ № 2583000, МПК H05H 3/06, 27.04.2016.A sealed neutron tube is known, comprising a tubular high-voltage insulator, at one end of which an ion source is hermetically fixed, at the other a substrate is hermetically fixed, on which, from the ion source side, a titanium film is deposited. RF patent No. 2583000, IPC
Недостатком данного технического решения является низкий поток нейтронов из-за уменьшения концентрации трития и дейтерия в титановой пленке в результате нагревания её пучком ионов. Ионы дейтерия и трития, образуются в источнике ионов, ускоряются в трубчатом высоковольтном изоляторе и попадают на титановую пленку - мишень. В результате бомбардировки пленки ионами, в ней формируется концентрация дейтерия и трития. При взаимодействии дейтерия и трития из пучка с дейтерием и тритием в пленке - мишени, в результате реакции 3 H(d,n) 4 He, образуются нейтроны. При увеличении тока пучка интенсивность нагревания пленки возрастает. Это приводит к десорбции части дейтерия и трития из пленки и уменьшению потока.The disadvantage of this technical solution is the low neutron flux due to a decrease in the concentration of tritium and deuterium in the titanium film as a result of heating it with an ion beam. Deuterium and tritium ions are formed in the ion source, accelerated in a tubular high-voltage insulator and fall on the titanium film - the target. As a result of the bombardment of the film with ions, a concentration of deuterium and tritium is formed in it. When deuterium and tritium from the beam interact with deuterium and tritium in the target film, as a result of the reaction 3 H(d,n) 4 He, neutrons are formed. As the beam current increases, the intensity of film heating increases. This leads to the desorption of part of the deuterium and tritium from the film and a decrease in the flux.
Известна запаянная нейтронная трубка, включающая трубчатый высоковольтный изолятор, на одном торце которого герметично закреплен источник ионов, на другом герметично закреплена подложка, охлаждаемая водой со стороны, противоположной источнику ионов, на которой, со стороны источника ионов, нанесена титановая пленка - мишень. Кирьянов Г.И. Генераторы быстрых нейтронов. - М.: Аспект пресс, 2016. - С. 241. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.A sealed neutron tube is known, comprising a tubular high-voltage insulator, on one end of which an ion source is hermetically fixed, on the other a substrate is hermetically fixed, cooled by water from the side opposite to the ion source, on which, from the side of the ion source, a titanium film is applied - the target. Kiryanov G.I. Fast neutron generators. - M.: Aspect press, 2016. - S. 241. This technical solution was adopted as a prototype.
Прототип лишен недостатка, присущего аналогам, поскольку нагревание пленки пучком ионов компенсируется охлаждением подложки водой, однако сохраняется недостаток в постепенном уменьшении потока нейтронов из-за перегрева титановой пленки-мишени по причине роста, по мере эксплуатации, на подложке со стороны теплоносителя, пленки окислов и солей с низким коэффициентом теплопроводности. The prototype is devoid of the disadvantage inherent in analogues, since the heating of the film with an ion beam is compensated by cooling the substrate with water, however, there is still a drawback in the gradual decrease in the neutron flux due to overheating of the titanium target film due to growth, during operation, on the substrate from the side of the coolant, oxide films and salts with low thermal conductivity.
При использовании интенсивных пучков ионов, область подложки, соприкасающаяся с водой, являющейся теплоносителем, нагревается. В результате нагревания и взаимодействия с водой и растворенными в ней газами, на подложке, со стороны теплоносителя, формируется рыхлый слой окислов и солей. В качестве подложки в мощных нейтронных трубках, как правило, используется медь, имеющая высокую теплопроводность. Такая подложка со стороны воды, в области пучка ионов, быстро покрывается рыхлым слоем окислов и солей меди. Фотография медной подложки трубки, охлаждавшейся водой, показана на фиг. 1.When using intense ion beams, the area of the substrate in contact with water, which is the heat carrier, is heated. As a result of heating and interaction with water and gases dissolved in it, a loose layer of oxides and salts is formed on the substrate, from the coolant side. As a substrate in high-power neutron tubes, as a rule, copper is used, which has a high thermal conductivity. Such a substrate on the water side, in the region of the ion beam, is rapidly covered with a loose layer of copper oxides and salts. A photograph of the copper substrate of the water-cooled tube is shown in Fig. one.
Образующийся слой окислов создает дополнительное тепловое сопротивление между мишенью и теплоносителем и препятствует охлаждению мишени. Это приводит к увеличению температуры титановой пленки и уменьшению в ней концентрации дейтерия и трития. Уменьшение концентрации дейтерия и трития приводит к уменьшению потока нейтронов.The resulting oxide layer creates additional thermal resistance between the target and the coolant and prevents the target from cooling. This leads to an increase in the temperature of the titanium film and a decrease in the concentration of deuterium and tritium in it. A decrease in the concentration of deuterium and tritium leads to a decrease in the neutron flux.
Техническим результатом полезной модели является увеличение потока нейтронов за счет увеличения теплоотвода от мишени путем предохранения подложки от окисления со стороны теплоносителя.The technical result of the utility model is to increase the neutron flux by increasing the heat removal from the target by protecting the substrate from oxidation from the side of the coolant.
Технический результат достигается тем, что в газонаполненной нейтронной трубке, включающей трубчатый высоковольтный изолятор, на одном торце которого герметично закреплен источник ионов, на другом герметично закреплена подложка мишени, с нанесенной на ней со стороны источника ионов титановой пленкой - мишенью, охлаждаемая с противоположной источнику ионов стороны теплоносителем, со стороны теплоносителя на подложку нанесена титановая пленка.The technical result is achieved by the fact that in a gas-filled neutron tube, including a tubular high-voltage insulator, at one end of which the ion source is hermetically fixed, at the other end the target substrate is hermetically fixed, with a titanium film deposited on it from the side of the ion source - the target, cooled from the opposite to the ion source heat carrier side, a titanium film is deposited on the substrate from the heat carrier side.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлена газонаполненная нейтронная трубка, где 1 - трубчатый высоковольтный изолятор, 2 - источник ионов, 3 - подложка мишени, 4 - титановая пленка на подложке со стороны источника ионов, 5 - вода, 6 - титановая пленка на подложке со стороны теплоносителя, 7 - пучок ионов.The essence of the invention is illustrated by a drawing, which schematically shows a gas-filled neutron tube, where 1 is a tubular high-voltage insulator, 2 is an ion source, 3 is a target substrate, 4 is a titanium film on the substrate from the ion source side, 5 is water, 6 is a titanium film on substrate from the coolant side, 7 - ion beam.
Трубка состоит из высоковольтного трубчатого изолятора 1. На одном из торцов изолятора герметично закреплен источник ионов 2, на другом герметично закреплена подложка мишени 3, имеющая со стороны источника ионов и с противоположной стороны титановые пленки 4 и 6. Подложка, с противоположной источнику ионов стороны, охлаждается теплоносителем, например водой 5.The tube consists of a high-voltage
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Ионы дейтерия и трития 7 образуются в источнике ионов 2, ускоряются в трубчатом высоковольтном изоляторе 1 и попадают на титановую пленку 4, нанесенную на подложке 3. В процессе бомбардировки ионами в титановой пленке формируется гидрид титана. При взаимодействии ионов дейтерия и трития пучка с дейтерием и тритием в титановой пленке образуются нейтроны. Пучок ионов, попадая на титановую пленку, нагревает её. Температура пленки увеличивается. Тепло из пленки через подложку передается теплоносителю, в качестве которого используется вода. Охлаждение подложки водой стабилизирует температуру пленки и препятствует разложению гидрида в ней.Deuterium and
В процессе работы подложка со стороны воды нагревается. Это активизирует окислительные процессы на границе между подложкой и водой. В результате этих процессов на подложке образовывается слой окислов и других соединений, препятствующий отводу тепла от титановой пленки со стороны источника ионов к воде. Увеличение температуры титановой пленки со стороны источника ионов будет приводить к десорбции из неё дейтерия и трития и к уменьшению потока нейтронов.During operation, the substrate on the water side heats up. This activates oxidative processes at the interface between the substrate and water. As a result of these processes, a layer of oxides and other compounds is formed on the substrate, which prevents heat removal from the titanium film from the side of the ion source to water. An increase in the temperature of the titanium film on the side of the ion source will lead to the desorption of deuterium and tritium from it and to a decrease in the neutron flux.
Титан обладает высокой химической стойкостью (Жук Н.П. Курс коррозии. - М.: Металлургия, 1969. - 408 с.) и может использоваться в качестве барьера между теплоносителем и подложкой. Толщина титановой пленки составляет приблизительно 1 мкм и не создает значительного теплового сопротивления. Пленки на обе стороны подложки наносятся на одном оборудовании. Это, в том числе, снижает стоимость изготовления нейтронной трубки.Titanium has high chemical resistance (Beetle N.P. Course of corrosion. - M.: Metallurgy, 1969. - 408 p.) and can be used as a barrier between the coolant and the substrate. The thickness of the titanium film is approximately 1 µm and does not create significant thermal resistance. Films on both sides of the substrate are applied on the same equipment. This, among other things, reduces the cost of manufacturing a neutron tube.
Титановая пленка на подложке со стороны теплоносителя предотвращает окисление материала подложки и стабилизирует передачу тепла от подложки к воде, что приводит к увеличению потока нейтронов при длительной эксплуатации трубки.The titanium film on the substrate on the coolant side prevents oxidation of the substrate material and stabilizes heat transfer from the substrate to water, which leads to an increase in the neutron flux during long-term operation of the tube.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021135438U RU210559U1 (en) | 2021-12-02 | 2021-12-02 | Gas-filled neutron tube |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021135438U RU210559U1 (en) | 2021-12-02 | 2021-12-02 | Gas-filled neutron tube |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU210559U1 true RU210559U1 (en) | 2022-04-21 |
Family
ID=81306590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021135438U RU210559U1 (en) | 2021-12-02 | 2021-12-02 | Gas-filled neutron tube |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU210559U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115058692A (en) * | 2022-05-19 | 2022-09-16 | 原子高科股份有限公司 | Preparation method of target film of neutron tube target |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2356192C1 (en) * | 2007-11-19 | 2009-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" | Pulse neutron generator |
US20090146052A1 (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-11 | Schlumberger Technology Corporation | Low Power Neutron Generators |
RU2451433C1 (en) * | 2011-05-16 | 2012-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие ЭНЕРГИЯ" | Gas-filled neutron tube |
CN102709140A (en) * | 2012-05-23 | 2012-10-03 | 四川大学 | Gas discharging type ion source for neutron pipe |
RU2583000C1 (en) * | 2014-12-25 | 2016-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Sealed neutron tube |
-
2021
- 2021-12-02 RU RU2021135438U patent/RU210559U1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2356192C1 (en) * | 2007-11-19 | 2009-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" | Pulse neutron generator |
US20090146052A1 (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-11 | Schlumberger Technology Corporation | Low Power Neutron Generators |
RU2451433C1 (en) * | 2011-05-16 | 2012-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие ЭНЕРГИЯ" | Gas-filled neutron tube |
CN102709140A (en) * | 2012-05-23 | 2012-10-03 | 四川大学 | Gas discharging type ion source for neutron pipe |
RU2583000C1 (en) * | 2014-12-25 | 2016-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Sealed neutron tube |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115058692A (en) * | 2022-05-19 | 2022-09-16 | 原子高科股份有限公司 | Preparation method of target film of neutron tube target |
CN115058692B (en) * | 2022-05-19 | 2023-09-15 | 原子高科股份有限公司 | Preparation method of target film of neutron tube target |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Anisimov et al. | Electron emission from metal surfaces exposed to ultrashort laser pulses | |
RU210559U1 (en) | Gas-filled neutron tube | |
Wang et al. | Decay modes of anode surface temperature after current zero in vacuum arcs—Part II: Theoretical study of dielectric recovery strength | |
CN102653856B (en) | Method for improving first wall fuel recycling of full-superconducting tokomak by using lithium metal coating layer | |
Harris et al. | Mixed-species targets for femtosecond-time-scale x-ray generation | |
JP2005527961A (en) | Beam stop for use in ion implantation systems | |
Spindt et al. | Stable, Distributed‐Dynode Electron Multiplier | |
US4506822A (en) | Method for brazing together planar and nonplanar metal members | |
US3715595A (en) | Pulsed neutron sorce | |
TW201021079A (en) | Metal halide lamp | |
JPH06300719A (en) | Method and apparatus for measuring thermoelectric conversion characteristic | |
Higashi et al. | Isochoric heating of solid-density plasmas beyond keV temperature by fast thermal diffusion with relativistic picosecond laser light | |
JP7516647B1 (en) | Plasma generating device and plasma generating method | |
WO2014172936A1 (en) | X-ray tube based on thermal emission of lab6 nanomaterial, and movable ct scanner | |
Shan et al. | Laser-driven hard-x-ray generation based on ultrafast selected energy x-ray absorption spectroscopy measurements of Ni compounds | |
RU2144242C1 (en) | Thermionic cell | |
RU1131364C (en) | Material of first wall of thermonuclear plants and reactors | |
Voronin et al. | Ion accelerator with a target device for production of intense 14 MeV neutron flux | |
Ehst et al. | Methods for producing Cu-67 radioisotope with use of a ceramic capsule for medical applications | |
US3274036A (en) | Arc etching | |
Cuderman | Potassium Ion Source | |
Batrakov et al. | Application of the pulsed electron-beam treatment of electrode surfaces for increasing the electric strength of vacuum gaps | |
SU824341A1 (en) | X-ray tube | |
Studennikov et al. | Simulations of thermal loads on optical elements of the fast processes beamline at the Synchrotron Radiation Facility SKIF | |
WO2023152553A1 (en) | A cooling method for especially fusion reactor walls and a cooling apparatus for carrying out this cooling method |