RU2372755C1 - Gas-filled neutron tube with penning source - Google Patents
Gas-filled neutron tube with penning source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2372755C1 RU2372755C1 RU2008104087/06A RU2008104087A RU2372755C1 RU 2372755 C1 RU2372755 C1 RU 2372755C1 RU 2008104087/06 A RU2008104087/06 A RU 2008104087/06A RU 2008104087 A RU2008104087 A RU 2008104087A RU 2372755 C1 RU2372755 C1 RU 2372755C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- ion source
- ion
- tube
- neutron
- Prior art date
Links
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ускорительным трубкам для получения нейтронов при проведении неразрушающего элементного анализа вещества и проведения физических исследований нейтронно-радиационными методами.The invention relates to accelerator tubes for producing neutrons when conducting non-destructive elemental analysis of a substance and conducting physical research using neutron-radiation methods.
Известны нейтронные трубки с ионным источником Пеннинга с термокатодом, выполненные в виде герметичной колбы, состоящей из металлостеклянной оболочки и металлостеклянной или металлокерамической ножки, в которой расположены мишень, ионнооптическая система, источник ионов и генератор рабочего газа, одновременно служащий и газопоглотителем остаточных газов. P.O.Howkins, Rev. Sci. Instr., 31, 3, 241 (1960). Academia R.P.R., Bucharest, Institutul de Fisica Atomics, 1967, 46p, Dep.Known neutron tubes with a Penning ion source with a thermal cathode, made in the form of a sealed flask consisting of a metal-glass shell and a metal-glass or metal-ceramic leg, in which a target, an ion-optical system, an ion source and a working gas generator are located, which simultaneously serves as a getter of residual gases. P.O. Howkins, Rev. Sci. Instr., 31, 3, 241 (1960). Academia R.P.R., Bucharest, Institutul de Fisica Atomics, 1967, 46p, Dep.
Известен ионный источник Пеннинга с термокатодом, содержащий катод с вольфрамовой спиралью, разогреваемой при работе нейтронной трубки до температуры 2100°С, антикатод с отверстием для выхода ионов в ионнооптическую систему трубки, анод, генератор газа и магнит. На анод ионного источника Пеннинга с термокатодом подают постоянное или импульсное напряжение. P.O.Houkins, Rev. Sci. Instr., 31, 3, 241 (1960).Known ion source of Penning with a thermal cathode, containing a cathode with a tungsten helix, heated during operation of the neutron tube to a temperature of 2100 ° C, an anticathode with a hole for the exit of ions into the ion-optical system of the tube, anode, gas generator and magnet. A constant or pulse voltage is applied to the anode of the Penning ion source with a thermal cathode. P.O. Houkins, Rev. Sci. Instr., 31, 3, 241 (1960).
При работе трубок с ионным источником Пеннинга с термокатодом из-за выделения катодом дополнительного тепла, потребляемая катодом мощность 10-15 Вт, протекает процесс выделения остаточных газов (азота, кислорода, окислов углерода и азота, карбидов) из деталей нейтронной трубки. За счет разбавления рабочего газа остаточными газами снижается электрическая прочность трубки, уменьшается нейтронный поток за счет набивки мишени остаточными газами, уменьшается ресурс работы.When working with a Penning ion source with a thermal cathode, due to the additional heat generated by the cathode, the power consumed by the cathode is 10-15 W, the process of releasing residual gases (nitrogen, oxygen, carbon oxides and nitrogen, carbides) from the parts of the neutron tube proceeds. Due to dilution of the working gas with residual gases, the dielectric strength of the tube decreases, the neutron flux decreases due to the packing of the target with residual gases, and the service life is reduced.
Известна газонаполненная нейтронная трубка. Нейтронная трубка представляет собой миниатюрный линейный ускоритель ионов, с одной стороны которого расположен ионный источник, а с другой - мишень. Генерация нейтронов происходит в результате реакции (d,n), при бомбардировке ускоренными ионами мишени. Получаемые при этом нейтроны имеют энергию 2,5 МэВ для реакции D(d, n)He3 и 14 МэВ для реакции T(d, n)He4. Нейтронная трубка имеет три основных узла: ионный источник, ионнооптическая система, мишенный узел. В качестве ионного источника в трубке применен ионный источник типа Пеннинга с холодным катодом. Рабочий газ (дейтерий, либо смесь дейтерия и трития) содержится в натекателе. На анод ионного источника подают модуляционное напряжение с частотой следования f от 400 Гц до 10 кГц с длительностью от 100 до 20 мкс соответственно. Сборник материалов межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». М.: ВНИИА, 2003. С.12.Known gas-filled neutron tube. A neutron tube is a miniature linear ion accelerator with an ion source on one side and a target on the other. Neutron generation occurs as a result of the reaction (d, n) during bombardment by accelerated target ions. The resulting neutrons have an energy of 2.5 MeV for the reaction D (d, n) He 3 and 14 MeV for the reaction T (d, n) He 4 . A neutron tube has three main nodes: an ion source, an ion-optical system, and a target node. A cold cathode Penning type ion source is used as an ion source in the tube. The working gas (deuterium, or a mixture of deuterium and tritium) is contained in the leak. A modulation voltage with a repetition rate f from 400 Hz to 10 kHz with a duration from 100 to 20 μs, respectively, is applied to the anode of the ion source. The collection of materials of the interdisciplinary scientific and technical conference "Portable neutron generators and technologies based on them." M.: VNIIIA, 2003. P.12.
Известен генератор нейтронов в герметичной трубке, содержащий герметичную оболочку, источник ионов Пеннинга, источник газа (натекатель), ускоряющий электрод и мишень. Источник ионов Пеннинга и ускоряющий электрод установлены в газонепроницаемой оболочке, источник газа закреплен в камере. Блок вывода и фокусировки ионного пучка расположен между источником ионов Пеннинга и ускоряющим электродом. Генератор содержит газопоглотитель, закрепленный в камере для источника ионов. Патент Российской Федерации №2199136, МПК: H05H 3/06, 2003 г. Прототип.Known neutron generator in a sealed tube containing a sealed shell, a source of Penning ions, a gas source (leak), an accelerating electrode and a target. The source of Penning ions and the accelerating electrode are installed in a gas-tight shell, the gas source is fixed in the chamber. An ion beam output and focus unit is located between the Penning ion source and the accelerating electrode. The generator contains a getter fixed in the chamber for an ion source. Patent of the Russian Federation No. 2199136, IPC: H05H 3/06, 2003. Prototype.
Нейтронные трубки с термокатодом имеют невысокую электрическую прочность при работе при ускоряющих напряжениях свыше 100 кВ и ограниченные возможности для получения повышенных нейтронных потоков более 109 н/c.Thermocathode neutron tubes have low dielectric strength when operating at accelerating voltages in excess of 100 kV and limited possibilities for producing increased neutron fluxes of more than 10 9 n / s.
Данное изобретение исключает указанные недостатки.The invention eliminates these disadvantages.
Техническим результатом изобретения является: повышение электрической прочности ионнооптической системы трубки с ионным источником Пеннинга с горячим катодом, увеличение нейтронного потока и ресурса работы.The technical result of the invention is: increasing the electrical strength of the ion-optical system of the tube with an ion source of Penning with a hot cathode, an increase in the neutron flux and service life.
Технический результат достигается тем, что в газонаполненной нейтронной трубке с ионным источником Пеннинга с термокатодом, выполненной в виде герметичной металлостеклянной колбы, в которой расположены мишень, ионнооптическая система, источник ионов, генератор рабочего газа и газопоглотитель, газопоглотитель выполнен в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой от 100 до 350 мг и содержит встроенный термоподогреватель.The technical result is achieved by the fact that in a gas-filled neutron tube with a Penning ion source with a thermal cathode, made in the form of a sealed metal-glass flask in which a target, an ion-optical system, an ion source, a working gas generator and a getter are located, the getter is made in the form of a sleeve of sintered fine-grained powder titanium weighing from 100 to 350 mg and contains a built-in thermal heater.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлен поперечный разрез устройства, где: 1 - металлостеклянная оболочка, 2 - металлокерамическая ножка, 3 - мишень, 4 - ионнооптическая система, 5 - источник ионов, 6 - генератор газа (натекатель), 7 - катод, 8 - антикатод с отверстием для выхода ионов в ионнооптическую систему, 9 - анод, 10 - магнит, 11 - термокатод с вольфрамовой спиралью, 12 - термогазопоглотитель.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a cross section of the device, where: 1 is a metal-glass shell, 2 is a metal-ceramic leg, 3 is a target, 4 is an ion-optical system, 5 is an ion source, 6 is a gas generator (leakage), 7 is a cathode 8 - an anti-cathode with an opening for the exit of ions into the ion-optical system, 9 - an anode, 10 - a magnet, 11 - a thermal cathode with a tungsten spiral, 12 - a gas and gas absorber.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Через термокатод с вольфрамовой спиралью 11 ионного источника 5 пропускают электрический ток величиной 2А при напряжении порядка 6 В. Термокатод с вольфрамовой спиралью 11 излучает термоэлектроны и обеспечивает при подаче на анод 9 напряжения 200 В электронный ток величиной около 20 мА. Одновременно с включением термокатода с вольфрамовой спиралью 11 на термогазопоглотитель 12 подают напряжение величиной порядка 7 В (ток, протекающий через термогазопоглотитель 12, составляет величину порядка 0,45А), что обеспечивает температуру термогазопоглотителя 12 в виде титановой втулки порядка 700°С.An electric current of 2A at a voltage of about 6 V is passed through a thermal cathode with a tungsten coil 11 of an ion source 5. A thermal cathode with a tungsten coil 11 emits thermoelectrons and provides an electronic current of about 20 mA when a voltage of 200 V is applied to anode 9. Simultaneously with the inclusion of the thermal cathode with a tungsten coil 11, a voltage of about 7 V is applied to the gas absorbent 12 (the current flowing through the gas absorbent 12 is of the order of 0.45 A), which provides a temperature of the gas absorbent 12 in the form of a titanium sleeve of about 700 ° C.
На анод 9 источника ионов 5 подают модуляционные импульсы амплитудой 200 В, длительностью 20 мкс и частотой следования импульсов 10 кГц (этот режим наиболее благоприятен при проведении радиационного анализа вещества). Магнитное поле, образуемое магнитом 10 с магнитной индукцией 40-60 мТл, обеспечивает в рабочей области источника ионов 5 осцилляцию (по спиралеобразным траекториям) от антикатода 8 с отверстием для выхода ионов в ионнооптическую систему к катоду 7 электронов, рождаемых термокатодом с вольфрамовой спиралью 11. При пропускании через генератор газа (натекатель) 6 тока порядка 0,2-0,3 А из генератора выделяются тритий и дейтерий, осциллирующие электроны, взаимодействуя с рабочим газом, обеспечивают в источнике ионов 5 возникновение ионов, попадающих в выходное отверстие антикатода 8. Благодаря наличию обратной связи между возникающим током через источник ионов 5, имеющим амплитуду в импульсе порядка 20 мА, и током через генератор газа, рабочее давление в трубке стабилизируется на уровне порядка 5.10-2 мм рт.ст.Modulation pulses with an amplitude of 200 V, a duration of 20 μs, and a pulse repetition rate of 10 kHz are fed to anode 9 of an ion source 5 (this mode is most favorable when conducting radiation analysis of a substance). The magnetic field generated by a magnet 10 with a magnetic induction of 40-60 mT provides an oscillation (along spiral paths) from the anti-cathode 8 in the working area of the ion source 5 with an opening for the ions to exit into the ion-optical system to the cathode 7 of the electrons generated by the thermocathode with a tungsten spiral 11. When a current of about 0.2-0.3 A is passed through a gas generator (leakage) 6, tritium and deuterium are released from the generator, oscillating electrons interacting with the working gas, provide ions 5 in the ion source the outlet of the anticathode 8. Due to the feedback between the current flowing through the ion source 5, having an amplitude in the pulse of about 20 mA, and the current through the gas generator, the working pressure in the tube stabilizes at the level of about 5.10 -2 mm Hg.
Термогазопоглотитель 12 в нагретом состоянии обеспечивает поглощение при температуре 700°С выделяемых при работе трубки остаточных газов, таких как кислород, азот, углекислый газ, окислы азота. Рабочие газы (дейтерий и тритий) при такой температуре термогазопоглотителем 12 в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой от 100 до 350 мг не поглощаются.Thermogas getter 12 in the heated state provides absorption at a temperature of 700 ° C of residual gases released during tube operation, such as oxygen, nitrogen, carbon dioxide, nitrogen oxides. The working gases (deuterium and tritium) at this temperature are not absorbed by the gas-absorbing device 12 in the form of a sleeve of sintered fine-grained titanium powder weighing from 100 to 350 mg.
Газонаполненная нейтронная трубка с источником Пеннинга способна при напряжении 120-125 кВ и среднем токе порядка 350 мкА генерировать нейтронные потоки выше 2.109 н/c и обеспечить среднюю наработку порядка 200 часов. Сорбционная емкость термогазопоглотителя 12 зависит от его массы. Наиболее приемлемой для газонаполненной нейтронной трубки, рассчитанной на обеспечение нейтронного потока порядка 2.109 н/с при выделяемой мощности порядка 50 Вт, является масса порядка 100-350 мг.A gas-filled neutron tube with a Penning source is capable of generating neutron fluxes above 2.10 9 n / s and providing an average operating time of about 200 hours at a voltage of 120-125 kV and an average current of about 350 μA. The sorption capacity of the thermogas getter 12 depends on its mass. The most acceptable for a gas-filled neutron tube, designed to provide a neutron flux of about 2.10 9 n / s with an allocated power of about 50 W, is a mass of about 100-350 mg.
Температуру термогазопоглотителя 12 в процессе работы трубки поддерживают на уровне 700°С. При такой температуре рабочее тело термогазопоглотителя 12 - втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой в пределах 100-350 мг обеспечивает поглощение всех остаточных газов, находящихся в трубке. Термогазопоглотитель 12 наиболее удобно установить на одном из вводов ножки газонаполненной нейтронной трубки.The temperature of the getter 12 during the operation of the tube is maintained at 700 ° C. At this temperature, the working fluid of the gas-absorbing device 12 — bushings of sintered fine-grained titanium powder with a mass in the range of 100-350 mg ensures the absorption of all residual gases in the tube. Thermal getter 12 is most convenient to install on one of the inputs of the legs of a gas-filled neutron tube.
Выделение и поглощение изотопов водорода (50% T2 и 50% D2) происходит через генератор газа (натекатель) 6 при температуре около 300°С. Это обеспечивает нахождение в объеме работающей газонаполненной нейтронной трубки при давлении около 5.10-2 мм рт.ст. очищенных от примесей рабочих газов (дейтерия и трития).The release and absorption of hydrogen isotopes (50% T 2 and 50% D 2 ) occurs through a gas generator (leak) 6 at a temperature of about 300 ° C. This ensures that the volume of the working gas-filled neutron tube at a pressure of about 5.10 -2 mm RT.article. purified from impurities of the working gases (deuterium and tritium).
Устройство обеспечивает электрическую прочность ионно-оптической системы 4 трубки более 140 кВ, генерирует нейтронный поток на уровне 2.109 н/с и сохраняет его при длительной работе (более 200 часов).The device provides the electric strength of the ion-optical system 4 tubes more than 140 kV, generates a neutron flux at the level of 2.10 9 n / s and saves it during long-term operation (more than 200 hours).
Рабочие параметры предлагаемой нейтронной трубки (в сравнении с трубкой, не имеющей термогазопоглотителя 12) представлены в таблице.The operating parameters of the proposed neutron tube (in comparison with a tube that does not have a thermo-getter 12) are presented in the table.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008104087/06A RU2372755C1 (en) | 2008-02-07 | 2008-02-07 | Gas-filled neutron tube with penning source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008104087/06A RU2372755C1 (en) | 2008-02-07 | 2008-02-07 | Gas-filled neutron tube with penning source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008104087A RU2008104087A (en) | 2009-08-20 |
| RU2372755C1 true RU2372755C1 (en) | 2009-11-10 |
Family
ID=41150467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008104087/06A RU2372755C1 (en) | 2008-02-07 | 2008-02-07 | Gas-filled neutron tube with penning source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2372755C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451433C1 (en) * | 2011-05-16 | 2012-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие ЭНЕРГИЯ" | Gas-filled neutron tube |
| RU2601961C1 (en) * | 2015-07-29 | 2016-11-10 | Акционерное общество "НИИЭФА им. Д.В. Ефремова" (АО "НИИЭФА") | Universal neutron tube with electro-thermal injectors of working gas |
| RU175196U1 (en) * | 2017-02-22 | 2017-11-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) | GAS-FILLED NEUTRON PIPE |
| CN109671602A (en) * | 2018-11-15 | 2019-04-23 | 温州职业技术学院 | Compound electric component based on thermionic discharge |
| CN109860008A (en) * | 2018-11-15 | 2019-06-07 | 温州职业技术学院 | Penning ion source based on thermionic discharge |
| RU2784836C1 (en) * | 2022-04-05 | 2022-11-30 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Pulse neutron generator |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113133176A (en) * | 2021-03-25 | 2021-07-16 | 中科石金(安徽)中子技术有限公司 | High-yield and long-service-life neutron tube |
-
2008
- 2008-02-07 RU RU2008104087/06A patent/RU2372755C1/en active
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451433C1 (en) * | 2011-05-16 | 2012-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие ЭНЕРГИЯ" | Gas-filled neutron tube |
| RU2601961C1 (en) * | 2015-07-29 | 2016-11-10 | Акционерное общество "НИИЭФА им. Д.В. Ефремова" (АО "НИИЭФА") | Universal neutron tube with electro-thermal injectors of working gas |
| RU175196U1 (en) * | 2017-02-22 | 2017-11-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) | GAS-FILLED NEUTRON PIPE |
| CN109671602A (en) * | 2018-11-15 | 2019-04-23 | 温州职业技术学院 | Compound electric component based on thermionic discharge |
| CN109860008A (en) * | 2018-11-15 | 2019-06-07 | 温州职业技术学院 | Penning ion source based on thermionic discharge |
| CN109860008B (en) * | 2018-11-15 | 2021-12-14 | 温州职业技术学院 | Penning ion source based on hot electron discharge |
| RU2784836C1 (en) * | 2022-04-05 | 2022-11-30 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Pulse neutron generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008104087A (en) | 2009-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2372755C1 (en) | Gas-filled neutron tube with penning source | |
| JP5653757B2 (en) | Small apparatus for generating nucleons and method for generating nucleons | |
| Van Duppen | Isotope separation on line and post acceleration | |
| US9560734B2 (en) | Dense plasma focus (DPF) accelerated non radio isotopic radiological source | |
| EA005828B1 (en) | Microwave power cell, chemical reactor, and power converter | |
| RU2451433C1 (en) | Gas-filled neutron tube | |
| Fortov et al. | Intense ion beams for generating extreme states of matter | |
| RU2603013C1 (en) | Vacuum neutron tube | |
| Bacal et al. | Negative ion sources | |
| EP1010184A1 (en) | Spherical inertial electrostatic confinement device as a tunable x-ray source | |
| Buzarbaruah et al. | Design of a linear neutron source | |
| JP3867972B2 (en) | Inertial electrostatic confinement fusion device | |
| AU2005242054B2 (en) | Method of forming stable states of dense high-temperature plasma | |
| Gu et al. | A portable cylindrical electrostatic fusion device for neutronic tomography | |
| RU79229U1 (en) | GAS-FILLED NEUTRON TUBE WITH PENNING SOURCE WITH THERMOCATODE | |
| US20200211821A1 (en) | Electron beam irradiation device | |
| US8737570B2 (en) | Gamma ray generator | |
| RU132240U1 (en) | PULSE NEUTRON GENERATOR | |
| RU175196U1 (en) | GAS-FILLED NEUTRON PIPE | |
| RU2683963C1 (en) | Pulsed thermonuclear neutron generator | |
| RU2601961C1 (en) | Universal neutron tube with electro-thermal injectors of working gas | |
| Wu et al. | A preliminary experimental study of energy chirp reduction by a plasma dechirper | |
| RU138346U1 (en) | GAS-FILLED NEUTRON PIPE | |
| SU814260A1 (en) | Pulsed neutron generator | |
| Reijonen et al. | Compact neutron source development at LBNL |