RU2222064C1

RU2222064C1 - Method for manufacturing neutron tube target

Info

Publication number: RU2222064C1
Application number: RU2002115481/06A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Анненков; Ю.А. Монастырев; И.Г. Холодилов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор"
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2004-01-20

Abstract

FIELD: geophysical downhole equipment. SUBSTANCE: method includes evaporation of titanium film. Film is evaporated on metal base of target. The latter is heated to 500-650 C. EFFECT: enhanced thermal stability of target and on-operation life of neutron tube. 1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области изготовления титано-тритиевой мишени, применяемой в импульсной вакуумной нейтронной трубке, которая предназначена для генерации потоков нейтронов и используется в скважинной геофизической аппаратуре для каротажа нефтяных и газовых месторождений, а также в составе аппаратуры нейтронного активационного анализа. The invention relates to the field of manufacturing a titanium-tritium target used in a pulsed vacuum neutron tube, which is designed to generate neutron fluxes and is used in downhole geophysical equipment for logging oil and gas fields, as well as in neutron activation analysis equipment.

Известен способ изготовления титано-тритиевой мишени нейтронной трубки, заключающийся в том, что на вакуумно-чистый молибденовый диск, находящийся при температуре 20-50^oС, напыляют титановую пленку методом термического испарения в вакууме. После этого напыленный диск извлекают из установки напыления и насыщают тритием в специальной установке (см. В.Н.Стришак, В.А. Степаненко, Г. И.Применко. Вопросы физики быстрых нейтронов. Киев. Киевский Госуниверситет, 1972 г. , стр. 62; Труды 3-ей конференции по мишеням для нейтронных генераторов, Льенс, Бельгия, 1967 г., перевод 1320, ОНТИ, 1972 г. ).There is a method of manufacturing a titanium-tritium target of a neutron tube, which consists in spraying a titanium film by thermal evaporation in vacuum on a vacuum-clean molybdenum disk at a temperature of 20-50 ^{o C.} After that, the sprayed disk is removed from the spraying unit and saturated with tritium in a special installation (see V.N. Strishak, V. A. Stepanenko, G. I. Primenko. Questions of fast neutron physics. Kiev. Kiev State University, 1972, pp. 62; Proceedings of the 3rd conference on targets for neutron generators, Lleens, Belgium, 1967, translation 1320, ONTI, 1972).

Мишени, изготовленные известным способом, имеют существенный недостаток: в результате шестичасовой термической обработки при температуре 290^oС на вакуумных постах нейтронных трубок с мишенями, насыщенными тритием до атомного отношения трития к титану η =1,6, мишени теряют 30% поглощенного ими трития, а при температуре прогрева 260^oС они теряют 14% трития. Таким образом мишени, изготовленные известным способом, имеют большую потерю трития при термической обработке в составе трубки, что приводит к снижению нейтронного выхода из-за уменьшения концентрации трития в мишени.Targets made in a known manner have a significant drawback: as a result of six-hour heat treatment at a temperature of 290 ^o C at vacuum posts of neutron tubes with targets saturated with tritium to an atomic ratio of tritium to titanium η = 1.6, the targets lose 30% of the tritium absorbed by them, and at a heating temperature of 260 ^o With they lose 14% of tritium. Thus, targets manufactured in a known manner have a large loss of tritium during heat treatment in the composition of the tube, which leads to a decrease in neutron yield due to a decrease in the concentration of tritium in the target.

Из известных технических решений способов изготовления мишени нейтронной трубки наиболее близким по технической сущности является известное решение, описанное в патенте US 3963934, МПК G 21 G 4/02, от 15.06.1976 г., из которого известен способ изготовления мишени нейтронной трубки, включающий напыление титана на металлическую основу мишени и насыщение титана тритием. Приведенное известное техническое решение принято в качестве прототипа заявленного изобретения. Of the known technical solutions of methods for manufacturing a neutron tube target, the closest in technical essence is the known solution described in patent US 3963934, IPC G 21 G 4/02, 06/15/1976, from which a method for manufacturing a neutron tube target, including sputtering, is known titanium on the metal base of the target and the saturation of titanium with tritium. The above known technical solution is made as a prototype of the claimed invention.

Этот способ изготовления титано-тритиевой мишени нейтронной трубки заключается в том, что напыление титана на металлическую основу мишени производят при температуре последней 350-450^oС. После этого напыленную мишень извлекают из установки напыления и насыщают тритием в специальной установке.This method of manufacturing a titanium-tritium target of a neutron tube is that titanium is sprayed onto the metal base of the target at a temperature of the last 350-450 ^o C. After that, the sprayed target is removed from the deposition unit and saturated with tritium in a special installation.

Недостатком известного решения изготовления мишени нейтронной трубки заключается в том, что в процессе эксплуатации трубок наблюдается значительное снижение выхода нейтронов. Одной из главных причин этого снижения является перегрев активного слоя мишени и его термическое разложение при высоких тепловых нагрузках, возникающих при торможении дейтонов и передаче их энергии в этом слое. Дополнительным источником нагрева при работе трубки в скважине является окружающая среда, находящаяся при температуре 120-150^oС. В этих условиях величина и стабильность выхода нейтронов в значительной степени определяются термостойкостью мишени. Другим недостатком известного способа является то, что снижение термостойкости мишени ведет к уменьшению ресурса включений в процессе срока службы.A disadvantage of the known solution for manufacturing a neutron tube target is that during the operation of the tubes, a significant decrease in the neutron yield is observed. One of the main reasons for this decrease is overheating of the active layer of the target and its thermal decomposition at high thermal loads arising from deuteron deceleration and transfer of their energy in this layer. An additional source of heating during operation of the tube in the well is the environment located at a temperature of 120-150 ^o C. Under these conditions, the magnitude and stability of the neutron yield is largely determined by the heat resistance of the target. Another disadvantage of this method is that a decrease in the thermal stability of the target leads to a decrease in the resource of inclusions during the service life.

Задачей данного изобретения является повышение термостойкости мишени для увеличения выхода нейтронов, его стабильности и повышения ресурса включений нейтронной трубки. The objective of the invention is to increase the thermal stability of the target to increase the neutron yield, its stability and increase the life of the neutron tube inclusions.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления мишеней нейтронной трубки включает напыление титана на металлическую основу мишени при температуре последней 500-650^oС. После этого напыленную мишень извлекают из установки напыления и насыщают тритием в специальной установке.The problem is solved in that the method of manufacturing targets of a neutron tube involves sputtering titanium on a metal base of the target at a temperature of the last 500-650 ^o C. After that, the sprayed target is removed from the deposition unit and saturated with tritium in a special installation.

Предложенный способ изготовления мишеней нейтронной трубки был реализован в условиях действующего производства на комбинате "Электрохимприбор" при изготовлении экспериментальных мишеней ТНТ1411.080СБ. The proposed method for manufacturing neutron tube targets was implemented under the conditions of the current production at the Electrokhimpribor plant in the manufacture of experimental TNT1411.080SB targets.

Напыление титана на металлическую основу осуществляли методом термического испарения в вакууме ~ 2•10^-6 мм рт.ст. при температуре 500-650^oС. Нагрев металлической основы мишени осуществляли резистивным нагревателем, установленным на позиции напыления. В результате были изготовлены мишени с более светлой поверхностью по сравнению с изготовленными по известному техническому решению, свидетельствующие, что на поверхности созданы наиболее прочные окислы титана от ТiO₂ до Тi₂O₅. После извлечения мишеней из установок напыления их насыщали тритием в специальной установке известным способом. Повышение температуры металлической основы мишени при напылении титана до 700^oС и выше термостойкость мишени и выход нейтронов нейтронной трубки повышался незначительно.Titanium was sprayed onto a metal base by thermal evaporation in a vacuum of ~ 2 • 10 ^-6 mm Hg. at a temperature of 500-650 ^o C. Heating of the metal base of the target was carried out by a resistive heater installed at the spraying position. As a result, targets with a lighter surface were made in comparison with those made according to the known technical solution, indicating that the most durable titanium oxides from TiO ₂ to Ti ₂ O ₅ were created on the surface. After removing the targets from the spraying units, they were saturated with tritium in a special unit in a known manner. An increase in the temperature of the metal base of the target during sputtering of titanium to 700 ^° C and higher, the thermal stability of the target and the neutron yield of the neutron tube increased slightly.

Изготовленные экспериментальные мишени были подвергнуты вместе с изготовленными по известному техническому решению мишенями проверке на термостойкость путем прогрева в вакууме при температурах 360 и 440^oС в течение 6 ч. Результаты проверки отражены в таблице 1.The manufactured experimental targets were tested together with the targets made according to the well-known technical solution for heat resistance by heating in vacuum at temperatures of 360 and 440 ^o C for 6 hours. The test results are shown in table 1.

Аналогичные сравнительные испытания были проведены на нейтронных трубках с мишенями, изготовленными известным способом и по предлагаемому техническому решению, на изменение выхода нейтронов на ресурсных испытаниях. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Данные испытаний представлены в виде среднего значения выхода нейтронов по трубкам и в процентах по отношению к полученному значению на контрольных испытаниях, принятых за 100%. Similar comparative tests were carried out on neutron tubes with targets manufactured in a known manner and according to the proposed technical solution, to change the neutron yield in the life tests. The test results are shown in table 2. The test data are presented in the form of the average value of the neutron yield through the tubes and as a percentage in relation to the obtained value in the control tests, taken as 100%.

Параметры, по которым оценивали термостойкость мишени, являются ток несамостоятельного разряда (J_β) и атомное отношение (АО). Ток несамостоятельного разряда (J_β) характеризует β-активность поверхности насыщенной тритием мишени. Атомное отношение (АО) характеризует отношение атомов трития к количеству атомов титана и является основным показателем, характеризующим уровень потери трития при термообработке мишеней и определяющим уровень выхода нейтронов нейтронной трубки.The parameters used to evaluate the thermal stability of the target are non-self-sustained discharge current (J _β ) and atomic ratio (AO). Non-self-sustained discharge current (J _β ) characterizes the β-activity of the surface of a tritium-saturated target. The atomic ratio (AO) characterizes the ratio of tritium atoms to the number of titanium atoms and is the main indicator characterizing the level of tritium loss during heat treatment of targets and determining the level of neutron yield of a neutron tube.

Результаты проверки на термостойкость показывают, что экспериментальные мишени, изготовленные по предлагаемому техническому решению, имеют преимущества по сравнению с мишенями, изготовленными по известному техническому решению. При температуре 360^oС экспериментальные мишени практически сохраняют свои параметры как по току несамостоятельного разряда (J_β), так и по атомному отношению (АО) трития к титану. При температуре 440^oС преимущества экспериментальных мишеней еще очевиднее.The results of the heat resistance test show that experimental targets made according to the proposed technical solution have advantages over targets made according to the known technical solution. At a temperature of 360 ^° C, the experimental targets practically retain their parameters both in terms of a non-self-sustaining discharge current (J _β ) and the atomic ratio (AO) of tritium to titanium. At a temperature of 440 ^o With the advantages of experimental targets is even more obvious.

Как видно из таблицы 2, для нейтронных трубок с мишенями, изготовленными по известному техническому решению, характерно значительное и постоянное снижение выхода нейтронов в процессе выработки ресурса включений, особенно в начальной стадии выработки ресурса. На нейтронных трубках с экспериментальными мишенями наблюдается некоторое снижение нейтронного выхода, но в значительно меньшей степени. As can be seen from table 2, for neutron tubes with targets manufactured by the known technical solution, a significant and constant decrease in the neutron yield in the process of generating a resource of inclusions, especially in the initial stage of developing a resource, is characteristic. On neutron tubes with experimental targets, a slight decrease in the neutron yield is observed, but to a much lesser extent.

Динамика изменения выхода нейтронов также показывает преимущества заявленного способа изготовления мишеней нейтронной трубки по сравнению с известным техническим решением, поскольку у нейтронных трубок с экспериментальными мишенями выход нейтронов значительно выше, более стабилен, кроме того, трубки с экспериментальными мишенями выдержали более чем в два раза большее число включений, что позволяет соответственно увеличить ресурс включений нейтронной трубки. The dynamics of the neutron yield also shows the advantages of the claimed method for manufacturing neutron tube targets in comparison with the known technical solution, since neutron tubes with experimental targets have much higher neutron yield, more stable, in addition, tubes with experimental targets withstood more than twice as many inclusions, which allows to accordingly increase the life of the neutron tube inclusions.

В качестве металлической основы мишени могут быть использованы металлы и сплавы, не проницаемые по отношению к водороду. As the metal base of the target, metals and alloys that are not permeable to hydrogen can be used.

Мишени, изготовленные предложенным способом, могут найти применение в нейтронных генераторах и в составе аппаратуры нейтронного активационного анализа. Targets made by the proposed method can be used in neutron generators and in neutron activation analysis equipment.

Предложенный способ изготовления мишеней нейтронной трубки может быть осуществлен в условиях действующего производства, на имеющемся оборудовании, с существующим уровнем квалификации персонала. The proposed method for the manufacture of neutron tube targets can be carried out under the conditions of existing production, using existing equipment, with the existing level of staff qualification.

Claims

A method of manufacturing a neutron tube target, comprising sputtering titanium on a metal base of a target and saturation of titanium with tritium, characterized in that the titanium film is sputtered on a metal base of a target heated to 500-650 ° C.