RU2257020C2

RU2257020C2 - Pulse source of penetrative radiation

Info

Publication number: RU2257020C2
Application number: RU2003129772/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.Т. Герасимов (RU); Ю.Т. Герасимов; С.И. Карпенко (RU); С.И. Карпенко; Н.Г. Макеев (RU); Н.Г. Макеев; нцев В.Г. Рум (RU); В.Г. Румянцев; А.Н. Пелых (RU); А.Н. Пелых; Д.В. Горбенко (RU); Д.В. Горбенко; В.А. Афанасьев (RU); В.А. Афанасьев; К.К. Головкин (RU); К.К. Головкин; А.В. Жулин (RU); А.В. Жулин; Н.И. Орлов (RU); Н.И. Орлов
Original assignee: Министерство Российской Федерации по атомной энергии - Минатом РФ
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2005-07-20
Also published as: RU2003129772A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: device is a module, containing capacitor, connected to pulse gas triode, commutating discharge of capacitor through cable line onto load block (current collector) and discharge chamber mounted therein, wherein a charge of plasma focus type is formed; discharge device; gas-filled triode heat source, triode launch system, pulse generator, launching the triode launch system, control system for generator and capacitor; diagnostic and recording hardware, cable line is made of coaxial wires of even length, evenly distributed along circle of current-conducting flanges of triode and load block; discharge chamber with load block can move in vertical and horizontal directions; electric isolation of anode space of load block is made in form of multilayer inserts packet of dielectric material; capacitor and load block are galvanically isolated from mounting plate; anode and cathode of load block are galvanically interconnected through resistors block; cathode of load block is galvanically connected to mass of mounting plate; device elements are compactly mounted and held by force elements on mounting plate.

EFFECT: higher durability, higher efficiency.

2 dwg

Description

Изобретение относится к транспортабельным устройствам импульсных излучателей-генераторов разовых или многоразовых импульсов нейтронного и рентгеновского излучения и может быть использовано для проведения ядерно-физических исследований, изучения радиационной стойкости, например, элементов электронной аппаратуры, калибровки детекторов ионизирующих излучений с применением не только в лабораторных, но и в полевых условиях.The invention relates to transportable devices of pulsed emitters-generators of single or reusable pulses of neutron and x-ray radiation and can be used for nuclear physics research, study of radiation resistance, for example, elements of electronic equipment, calibration of ionizing radiation detectors using not only in laboratory but and in the field.

Известно устройство (п. РФ №768376, H 05 H 1/06, опубликован 27.03.97) для получения импульсов нейтронного и рентгеновского излучений, содержащее источник энергии, линию передачи энергии, коммутатор и плазменный реактор, образованный коаксиально расположенными анодом и катодом, разделенными изолятором у одного из торцов, дополнительно установленный высокочастотный генератор для предварительного формирования однородной плазменной оболочки, подключенный к электродам плазменного реактора параллельно источнику энергии, и устройство синхронизации запуска высокочастотного генератора и коммутатора.A device is known (p. RF No. 768376, H 05 H 1/06, published 03/27/97) for receiving pulses of neutron and x-ray radiation, containing an energy source, an energy transmission line, a switch and a plasma reactor formed by a coaxially arranged anode and cathode, separated an insulator at one of the ends, an additionally installed high-frequency generator for preliminary formation of a uniform plasma shell, connected to the plasma reactor electrodes in parallel with the energy source, and a synchronization device start high-frequency generator and switch.

Недостатком указанного устройства является его низкий уровень интенсивности нейтронного излучения, не раскрыты конструктивные особенности и возможности его использования.The disadvantage of this device is its low level of neutron radiation intensity, the design features and possibilities of its use are not disclosed.

Известно устройство для получения импульсного нейтронного излучения при запитке камеры плазменного фокуса от индуктивного взрывомагнитного источника тока (ВМГ) (см. Сборник научных трудов под редакцией Макеева Н.Г. “Физика и техника импульсных источников ионизирующих излучений для исследования быстропротекающих процессов” №5, г. Саров, 1996 г., Российский Федеральный Ядерный Центр ВНИИЭФ), содержащее в качестве источника тока ВМГ, линию передачи энергии, разрядную камеру, систему запитки ВМГ от источника начальной энергии и систему запуска.A device is known for producing pulsed neutron radiation when a plasma focus chamber is energized from an inductive explosive magnetic current source (VMG) (see. Collection of scientific papers edited by Makeev N.G. “Physics and technique of pulsed sources of ionizing radiation for studying fast processes” No. 5, g Sarov, 1996, Russian Federal Nuclear Center VNIIEF), containing as a current source a VMG, an energy transmission line, a discharge chamber, a system for feeding the VMG from an initial energy source and a start-up system ka.

Недостатком указанного устройства является его одноразовость использования, необходимость защиты исследуемых объектов и оборудования от взрывного воздействия ВМГ.The disadvantage of this device is its one-time use, the need to protect the studied objects and equipment from the explosive effects of the VMG.

В качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих конструктивных признаков принято устройство - источник мягкого рентгеновского излучения на основе плазменного фокуса (Журнал “Прикладная физика” 1-1997 г., г. Москва).As a prototype for the largest number of coincident structural features, a device is adopted - a source of soft x-ray radiation based on plasma focus (Journal of Applied Physics 1-1997, Moscow).

Источник состоит из емкостного накопителя из четырех конденсаторов; зарядного устройства; четырех псевдоразрядников (тиратронов), коммутирующих разряд конденсаторов на разрядную камеру; четырех систем прогрева водородных генераторов коммутаторов; четырехканальной системы поджига коммутаторов на основе разрядника; импульсного генератора, запускающего систему поджига тиратронов; высоковольтных шин и коллектора; разрядной камеры типа “плазменный фокус”; системы вакуумной откачки; системы регулируемого по конечному давлению заполнения разрядной камеры рабочим газом; канала вывода рентгеновского излучения, позволяющего производить исследование параметров излучения; разрядной системы и системы безопасности, совокупности диагностических методов и регистрирующей аппаратуры.The source consists of a capacitive storage of four capacitors; Charger four pseudo-dischargers (thyratrons) commuting the discharge of capacitors to the discharge chamber; four heating systems for hydrogen generators of switches; four-channel igniter-based switch ignition system; a pulsed generator that starts the thyratron ignition system; high voltage tires and collector; a discharge chamber of the “plasma focus” type; vacuum pumping systems; systems of gas filling controlled by the final pressure of the discharge chamber; X-ray output channel, allowing to study radiation parameters; bit system and security system, a set of diagnostic methods and recording equipment.

Недостатком указанного устройства является сложность конструкции, включающей систему вакуумной откачки разрядной камеры, канал вывода излучения, невозможность использования ее без изменения конструкции разрядной камеры в качестве источника нейтронного излучения путем замены состава газа в разрядной камере, а именно, неона на дейтерий или дейтерий-тритиевую смесь.The disadvantage of this device is the complexity of the design, including the vacuum pumping system of the discharge chamber, the radiation output channel, the inability to use it without changing the design of the discharge chamber as a neutron radiation source by replacing the gas composition in the discharge chamber, namely, neon to deuterium or deuterium-tritium mixture .

Задачей изобретения является создание устройства - транспортабельного источника импульсного проникающего излучения, способного многоразово излучать импульсы нейтронного и рентгеновского излучения интенсивностью в 5...10 раз выше создаваемых в аналогичных известных устройствах с возможностью использования его в полевых условиях.The objective of the invention is to provide a device - a portable source of pulsed penetrating radiation, capable of repeatedly emitting pulses of neutron and x-ray radiation with an intensity of 5 ... 10 times higher than those created in similar known devices with the possibility of using it in the field.

Для решения задачи в известном устройстве импульсного источника проникающего излучения, представляющего собой модуль, содержащий емкостный накопитель, соединенный с импульсным тиратроном, коммутирующим разряд емкостного накопителя через кабельную линию на блок нагрузки (токовый коллектор) и установленную в нем разрядную камеру, в которой формируется разряд типа “плазменный фокус”; зарядное устройство; источник накала тиратрона, систему пуска тиратрона, импульсного генератора, запускающего систему пуска тиратрона, систему управления и контроля работы генератора и разряда емкостного накопителя; диагностическую и регистрирующую аппаратуру, кабельная линия выполнена из малоиндуктивных коаксиальных проводов равной длины, равномерно распределенных по окружности токоведущих фланцев тиратрона и блока нагрузки; разрядная камера с блоком нагрузки имеет возможность перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях; электрическая изоляция анодного пространства блока нагрузки выполнена в виде многослойного пакета прокладок из диэлектрического материала; емкостный накопитель и блок нагрузки гальванически изолированы от монтажной плиты; анод и катод блока нагрузки гальванически соединены между собой через блок резисторов; катод блока нагрузки гальванически соединен с “массой” монтажной плиты; элементы устройства компактно смонтированы и закреплены силовыми элементами на монтажной плите; емкостный накопитель в модуле представляет собой набор нескольких конденсаторов, срабатывающих на одну разрядную камеру; импульсный источник проникающего излучения может содержать более одного модуля, которые с помощью системы управления дают возможность реализовывать последовательные или одиночные импульсы нейтронного и рентгеновского излучения с регулировкой временного интервала между ними.To solve the problem in the known device of a pulsed source of penetrating radiation, which is a module containing a capacitive storage device connected to a pulsed thyratron, switching the discharge of the capacitive storage device through a cable line to the load unit (current collector) and a discharge chamber installed in it, in which a discharge of the type “Plasma focus”; Charger; a thyratron glow source, a thyratron start-up system, a pulsed generator that launches a thyratron start-up system, a control and monitoring system for the generator and a capacitive storage discharge; diagnostic and recording equipment, the cable line is made of low-inductance coaxial wires of equal length, evenly distributed around the circumference of the current-carrying flanges of the thyratron and the load unit; a discharge chamber with a load unit has the ability to move in the vertical and horizontal directions; electrical isolation of the anode space of the load block is made in the form of a multilayer package of gaskets made of dielectric material; the capacitive storage and the load unit are galvanically isolated from the mounting plate; the anode and cathode of the load unit are galvanically connected to each other through a block of resistors; the cathode of the load unit is galvanically connected to the “mass” of the mounting plate; the elements of the device are compactly mounted and secured by power elements on the mounting plate; a capacitive storage in a module is a set of several capacitors operating on a single discharge chamber; a pulsed source of penetrating radiation may contain more than one module, which with the help of a control system makes it possible to realize sequential or single pulses of neutron and x-ray radiation with adjustable time interval between them.

Предлагаемое устройство импульсного источника проникающего излучения позволяет существенно (в 5...10 раз) повысить интенсивность излучения E_n=14,1 Мэв-нейтронов длительностью ~25 нс на полувысоте в случае наполнения разрядной камеры дейтерий-тритиевой смесью или с E_n=2,45 Мэв длительностью ~25 нс на полувысоте в случае наполнения разрядной камеры дейтерием; в устройстве предусмотрена регулировка пространственного расположения разрядной камеры, допускается его транспортировка любым видом транспорта и эксплуатация в лабораторных и полевых условиях. Повышение интенсивности излучения достигается за счет уменьшения индуктивности, “плавающих” потенциалов в системе в случае применения кабельной линии из проводов равной длины, равномерно распределенных по окружности токоведущих фланцев тиратрона и блока нагрузки, применения электрической изоляции анодного пространства блока нагрузки в виде многослойного малой суммарной толщины пакета прокладок, например 20, толщиной 0,1 мм из диэлектрического материала, диэлектрической изоляции емкостного накопителя и блока нагрузки от монтажной плиты, гальванического соединения через блок резисторов анода и катода блока нагрузки, гальванического соединения катода блока нагрузки с “массой” монтажной плиты. Возможность транспортировки любым транспортом достигается креплением устройства силовыми элементами к монтажной плите. Устройство может быть выполнено с емкостным накопителем из нескольких конденсаторов, срабатывающих на одну разрядную камеру, например из четырех, как в предлагаемом устройстве. Устройство также может состоять из нескольких модулей, например из двух, как в предлагаемом устройстве, что позволяет реализовать последовательные или одиночные импульсы нейтронного и рентгеновского излучения с регулировкой временного интервала между ними.The proposed device of a pulsed penetrating radiation source can significantly (5 ... 10 times) increase the radiation intensity E _n = 14.1 MeV neutrons with a duration of ~ 25 ns at half maximum in the case of filling the discharge chamber with a deuterium-tritium mixture or with E _n = 2 , 45 MeV with a duration of ~ 25 ns at half maximum in the case of filling the discharge chamber with deuterium; the device provides for the adjustment of the spatial location of the discharge chamber; it is allowed to transport it by any means of transport and operation in laboratory and field conditions. An increase in radiation intensity is achieved by reducing the inductance, “floating” potentials in the system in the case of using a cable line of wires of equal length uniformly distributed around the circumference of the current-carrying flanges of the thyratron and the load unit, the use of electrical insulation of the anode space of the load unit in the form of a multilayer small total thickness of the package gaskets, for example 20, with a thickness of 0.1 mm made of dielectric material, dielectric isolation of the capacitive storage and the load unit from the mounting lithium, galvanic connection through the resistor block of the anode and cathode of the load block, galvanic connection of the cathode of the load block with the “mass” of the mounting plate. The possibility of transportation by any transport is achieved by fixing the device with power elements to the mounting plate. The device can be made with a capacitive storage of several capacitors operating on one discharge chamber, for example, of four, as in the proposed device. The device may also consist of several modules, for example, two, as in the proposed device, which allows for the implementation of sequential or single pulses of neutron and x-ray radiation with adjustable time interval between them.

На фиг.1 дана схема общего вида устройства (вид сверху), на фиг.2 - вид устройства сбоку. Импульсный источник проникающего излучения состоит из двух модулей 1 и 2 (см. фиг.1 и фиг.2), каждый из которых содержит емкостный накопитель из четырех конденсаторов 3 типа ПК-25-12У, соединенных с импульсными тиратронами 4 типа ТД-150К/25 ТУ6343-012-7626955-098ЛУ с помощью подставок 5 из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и крепежных элементов. Каждый тиратрон 4 с помощью восемнадцати кабелей 6 типа РК50-7-15 соединяется с блоком нагрузки 7, при этом кабели 6 равномерно распределены по окружности токоведущих фланцев тиратрона 4 и также равномерно распределены по окружности фланцев блока нагрузки 7. Общее количество кабелей 6, составляющих кабельную линию на один блок нагрузки 7 и установленную в него одну разрядную камеру, равно семидесяти двум.Figure 1 is a diagram of a General view of the device (top view), Figure 2 is a side view of the device. A pulsed source of penetrating radiation consists of two modules 1 and 2 (see Fig. 1 and Fig. 2), each of which contains a capacitive storage of four capacitors 3 of type PK-25-12U connected to pulsed thyratrons of type 4 TD-150K / 25 TU6343-012-7626955-098LU using stands 5 made of stainless steel 12X18H10T and fasteners. Each thyratron 4 is connected with a load block 7 using eighteen cables 6 of type PK50-7-15, while the cables 6 are evenly distributed around the circumference of the current-carrying flanges of the thyratron 4 and are also evenly distributed around the circumference of the flanges of the load block 7. The total number of cables 6 constituting the cable a line to one load block 7 and one discharge chamber installed in it is equal to seventy-two.

С помощью пары (винт-гайка) 9 осуществляется вертикальное перемещение блока нагрузки 7 с разрядной камерой 8, с помощью винтовой пары 10 - их горизонтальное перемещение.Using a pair (screw-nut) 9, the load block 7 is vertically moved with the discharge chamber 8, and, using a screw pair 10, they are moved horizontally.

Электрическая изоляция анодного пространства блока нагрузки 7 выполнена многослойным пакетом из 20 прокладок 11 толщиной 0,1 мм из полиэтилена или лавсана. Конденсаторы 3 и блоки нагрузки 7 гальванически изолированы от монтажной плиты 12 с помощью пластин 13 из текстолита, полиэтилена и деталей из капролона, конденсаторы 3 также гальванически изолированы друг от друга с помощью пластин 13. Анод 14 и катод 15 блока нагрузки 7 гальванически соединены между собой через блок резисторов 16; катод 15 блока нагрузки гальванически соединен с “массой” монтажной плиты 12 перемычкой 17.The electrical insulation of the anode space of the load unit 7 is made by a multilayer package of 20 gaskets 11 with a thickness of 0.1 mm from polyethylene or lavsan. Capacitors 3 and load blocks 7 are galvanically isolated from the mounting plate 12 using plates 13 of PCB, polyethylene and caprolon parts, capacitors 3 are also galvanically isolated from each other using plates 13. Anode 14 and cathode 15 of load block 7 are galvanically interconnected through the block of resistors 16; the cathode 15 of the load unit is galvanically connected to the “mass” of the mounting plate 12 with a jumper 17.

Составляющие устройство элементы закреплены силовыми элементами 18 на монтажной плите 12 и в автономно установленном приборном блоке 19, расположенном на общем с монтажной плитой 12 основании 20.The components of the device are fixed by power elements 18 on the mounting plate 12 and in a stand-alone instrument unit 19 located on a base 20 common with the mounting plate 12.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

На месте испытаний с помощью механизмов перемещения 9,10 устройства устанавливается пространственное расположение разрядных камер 8 и объектов облучения. Управление импульсным источником излучения осуществляется дистанционно с пульта управления. Осуществляется процесс контроля готовности блоков и исполнительных реле к работе; включение источников питания цепи накала тиратронов 4, системы зарядки конденсаторов 3, затем включение системы срабатывания тиратронов 4 и передача энергии из заряженных конденсаторов 3 по малоиндуктивным кабельным линиям 6 на разрядные камеры 8. В процессе подготовки устройства и его срабатывания осуществляется контроль его рабочих параметров и получаемых данных по нейтронному излучению.At the test site using the mechanisms of movement 9,10 of the device, the spatial arrangement of the discharge chambers 8 and the objects of radiation is established. The control of a pulsed radiation source is carried out remotely from the control panel. The process of monitoring the readiness of units and executive relays for operation is carried out; switching on the power sources of the thyratron 4 glow circuit, the capacitor charging system 3, then turning on the thyratron actuation system 4 and transferring energy from the charged capacitors 3 via low-inductance cable lines 6 to the discharge chambers 8. In the process of preparing the device and its operation, its operating parameters and received neutron emission data.

Предлагаемый импульсный источник проникающего излучения позволяет получать по сравнению с известными устройствами более высокие (в 5...10 раз) уровни потоков нейтронов. Установка может транспортироваться к месту испытаний любым видом транспорта. Устройство успешно прошло испытание в рабочем режиме как в лабораториях, так и в полевых условиях.The proposed pulsed source of penetrating radiation allows to obtain higher (5 ... 10 times) levels of neutron flux compared to known devices. The installation can be transported to the test site by any means of transport. The device has successfully passed the test in the operating mode both in laboratories and in the field.

Claims

1. A pulsed penetrating radiation source, which is a module containing a capacitive storage device connected to a pulsed thyratron switching the discharge of a capacitive storage device through a cable line to a load unit (current collector), and a discharge chamber installed in it, in which a plasma focus type discharge is formed "; Charger; a thyratron glow source, a thyratron start-up system, a pulsed generator that launches a thyratron start-up system, a control and monitoring system for the generator and a capacitive storage discharge; diagnostic and recording equipment, characterized in that the cable line is made of coaxial wires of equal length, evenly distributed around the circumference of the current-carrying flanges of the thyratron and the load unit; a discharge chamber with a load unit has the ability to move in the vertical and horizontal directions; electrical isolation of the anode space of the load block is made in the form of a multilayer package of gaskets made of dielectric material; the capacitive storage and the load unit are galvanically isolated from the mounting plate; the anode and cathode of the load unit are galvanically connected to each other through a block of resistors; the cathode of the load unit is galvanically connected to the “mass” of the mounting plate; the elements of the device are compactly mounted and secured by power elements on the mounting plate.

2. The pulse source of penetrating radiation according to claim 1, characterized in that the capacitive storage in the module is a set of several capacitors operating on a single discharge chamber.

3. The pulse source of penetrating radiation according to claim 1 or 2, characterized in that it can contain more than one module, which using a control system makes it possible to realize sequential or single pulses of neutron and x-ray radiation with adjustable time interval between them.