RU210559U1 - Gas-filled neutron tube - Google Patents

Gas-filled neutron tube Download PDF

Info

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
Application number
RU2021135438U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Руслан Владимирович Добров
Сергей Владимирович Сыромуков
Дмитрий Игоревич Юрков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА")
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 унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА")
Priority to RU2021135438U priority Critical patent/RU210559U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU210559U1 publication Critical patent/RU210559U1/en

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 H05H 3/06, 11/10/2009.

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 H05H 3/06, 04/27/2016.

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 tubular insulator 1. An ion source 2 is hermetically fixed on one of the ends of the insulator, and a target substrate 3 is hermetically fixed on the other end, having titanium films 4 and 6 on the side of the ion source and on the opposite side. The substrate, on the side opposite to the ion source, cooled by a coolant, such as water 5.

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 tritium ions 7 are formed in the ion source 2, are accelerated in the tubular high-voltage insulator 1 and fall on the titanium film 4 deposited on the substrate 3. Titanium hydride is formed in the titanium film during ion bombardment. When deuterium and tritium ions of the beam interact with deuterium and tritium, neutrons are formed in the titanium film. The ion beam, falling on the titanium film, heats it. The temperature of the film increases. The heat from the film through the substrate is transferred to the heat carrier, which is water. Cooling the substrate with water stabilizes the temperature of the film and prevents the decomposition of the hydride in it.

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)

Газонаполненная нейтронная трубка, включающая 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, отличающаяся тем, что со стороны теплоносителя на подложку нанесена титановая пленка.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 ion source side - the target, cooled from the side opposite to the ion source by a coolant, characterized in that with side of the coolant, a titanium film is deposited on the substrate.
RU2021135438U 2021-12-02 2021-12-02 Gas-filled neutron tube RU210559U1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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