RU2540328C1

RU2540328C1 - Neutron generator

Info

Publication number: RU2540328C1
Application number: RU2013148417/07A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Сыромуков
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-02-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: in neutron generator in volume of the earthed body there is an insulated conducting rod passing through the whole volume of the body, the rod ends are coupled electrically to the body; two toroidal windings are placed at core rings covering the conducting rod, one of the windings is placed near the conducting rod of the earthed body and coupled to output of the earthed alternating-current source while the second one is placed in a conducting container and coupled to input of the power supply unit.

EFFECT: higher reliability and downsizing of the neutron generator.

1 dwg

Description

Изобретение относится к генераторам нейтронов и может быть использовано для нейтронного анализа веществ, материалов и изделий, для лучевой нейтронной терапии, а также для моделирования нейтронных полей термоядерных устройств.The invention relates to neutron generators and can be used for neutron analysis of substances, materials and products, for radiation neutron therapy, as well as for modeling neutron fields of thermonuclear devices.

Известен генератор нейтронов, содержащий запаянную ускорительную трубку, мишень которой подключена к источнику ускоряющего напряжения и окружена высоковольтной изоляцией, электроды источника ионов подключены к блокам питания, находящимся под нулевым потенциалом. Межотраслевая научно-технической конференция «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». 2003 г. Москва. Россия, Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова, с.67. Недостатком генератора является низкая плотность потока нейтронов на облучаемом образце из-за расположения высоковольтной изоляции между мишенью и образцом, низкая величина нейтронного потока из-за перегрева мишени пучком ионов.Known neutron generator containing a sealed accelerator tube, the target of which is connected to a source of accelerating voltage and surrounded by high voltage insulation, the electrodes of the ion source are connected to power supplies that are at zero potential. Intersectoral scientific and technical conference "Portable neutron generators and technologies based on them." 2003 Moscow. Russia, All-Russian Research Institute of Automation named after N.L. Dukhov, p. 67. The disadvantage of the generator is the low neutron flux density on the irradiated sample due to the location of high-voltage isolation between the target and the sample, and the low neutron flux due to overheating of the target by the ion beam.

Известен генератор нейтронов, содержащий проводящий контейнер, под потенциалом ускоряющего напряжения, запаянную ускорительную трубку, мишень которой находится под нулевым потенциалом, а источник ионов размещен в объеме контейнера, блоки питания электродов источника ионов, размещенные в объеме контейнера и соединенные с разделительными трансформаторами. Manual for troubleshooting and upgrading of neutron generators. International Atomic Energy Agency, IAEA-TECDOC-913, 1996 г, c.86. Из-за использования нескольких разделительных трансформаторов для питания электродов источника ионов генератор имеет значительные габариты и низкую надежность.Known neutron generator containing a conductive container, under the accelerating voltage potential, a sealed accelerator tube, the target is at zero potential, and the ion source is placed in the container, power supply units of the ion source electrodes placed in the container and connected to the isolation transformers. Manual for troubleshooting and upgrading of neutron generators. International Atomic Energy Agency, IAEA-TECDOC-913, 1996, p. 86. Due to the use of several isolation transformers to power the electrodes of the ion source, the generator has significant dimensions and low reliability.

Известен генератор нейтронов, содержащий проводящий заземленный корпус, заполненный высоковольтным диэлектриком с расположенным в нем проводящим контейнером, источником ускоряющего напряжения, включенным между корпусом и контейнером, запаянную ускорительную трубку, мишень которой электрически соединена с корпусом, а источник ионов размещен в объеме контейнера, блок питания электродов источника ионов, разделительный трансформатор с двумя обмотками, намотанными на один сердечник, причем первичная обмотка подключена к блоку питания под нулевым потенциалом, а вторичная обмотка подключена к блоку питания электродов источника ионов, пару источник-детектор излучения, расположенную в зоне прямой видимости друг друга, один из которых размещен у заземленного корпуса и электрически соединен с расположенным под нулевым потенциалом устройством управления источником ионов, а второй размещен у контейнера и соединен с блоком питания источника ионов, установленным в контейнере, пара источник-детектор излучения разделена слоем высоковольтной изоляции. Патент Российской Федерации №2357387, МПК: H05H 3/06, 2007 г. Прототип. Недостатком прототипа являются значительные габариты и низкая надежность разделительного трансформатора, рассчитанного на полное ускоряющее напряжение из-за значительного объема высоковольтной изоляции между двумя обмотками, одна из которых находится под низким потенциалом, а вторая находится под высоким потенциалом контейнера. Значительные габариты разделительного трансформатора, размещенного в высоковольтном поле генератора, приводят к увеличению габаритов генератора нейтронов и уменьшению его надежности.Known neutron generator containing a conductive grounded case, filled with a high-voltage dielectric with a conductive container located therein, an accelerating voltage source connected between the case and the container, a sealed accelerator tube, the target of which is electrically connected to the case, and the ion source is placed in the container, the power supply electrodes of an ion source, an isolation transformer with two windings wound on one core, and the primary winding is connected to a power supply unit one zero potential, and the secondary winding is connected to the power supply unit of the electrodes of the ion source, a pair of radiation source-detector located in the line of sight of each other, one of which is located near the grounded housing and is electrically connected to the ion source control device located at zero potential, and the second is located near the container and connected to the ion source power supply installed in the container, the source pair of the radiation detector is separated by a high-voltage insulation layer. Patent of the Russian Federation No. 2357387, IPC: H05H 3/06, 2007. Prototype. The disadvantage of the prototype is the large size and low reliability of the isolation transformer, designed for full accelerating voltage due to the significant amount of high-voltage insulation between the two windings, one of which is at low potential, and the second is at high potential of the container. Significant dimensions of the isolation transformer located in the high-voltage field of the generator lead to an increase in the dimensions of the neutron generator and a decrease in its reliability.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и уменьшение габаритов генератора нейтронов.The technical result of the invention is to increase reliability and reduce the size of the neutron generator.

Технический результат достигается тем, что в генераторе нейтронов, содержащем проводящий заземленный корпус, заполненный диэлектриком с расположенным в нем проводящим контейнером, в котором размещен блок питания, источником ускоряющего напряжения, включенным между проводящим заземленным корпусом и проводящим контейнером, нейтронную трубку, мишень которой соединена с проводящим заземленным корпусом, а источник ионов размещен в объеме проводящего контейнера и подключен к блоку питания, в объеме заземленного корпуса размещен изолированный и проходящий через объем контейнера проводящий стержень, концы которого электрически соединены с корпусом, две тороидальные обмотки на кольцевых сердечниках, охватывающих проводящий стержень, одна из которых расположена у проводящего заземленного корпуса и подключена к выходу заземленного источника переменного напряжения, а вторая размещена в проводящем контейнере и подключена к входу блока питания.The technical result is achieved in that in a neutron generator containing a conductive grounded case, filled with a dielectric with a conductive container located therein, in which a power supply is located, an accelerating voltage source connected between the conductive grounded case and the conductive container, a neutron tube, the target of which is connected to a conductive grounded case, and the ion source is placed in the volume of the conductive container and is connected to the power supply, insulators are placed in the volume of the grounded case a conductive rod passing through the container volume, the ends of which are electrically connected to the housing, two toroidal windings on the ring cores covering the conductive rod, one of which is located near the conductive grounded case and connected to the output of the grounded AC voltage source, and the second is located in the conductive container and connected to the input of the power supply.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлен генератор нейтронов, где: 1 - проводящий заземленный корпус, 2 - высоковольтный диэлектрик (в нашем случае жидкий), 3 - проводящий контейнер, 4 - блок питания источника ионов, 5 - источник ускоряющего напряжения, 6 - нейтронная трубка, 7 - мишень нейтронной трубки, 8 - источник ионов нейтронной трубки, 9 - изоляция проводящего стержня, 10 - проводящий стержень, 11 и 12 - концы проводящего стержня, соединенные с проводящим заземленным корпусом 1, 13 и 14 - тороидальные обмотки на кольцевых сердечниках 15 и 16, охватывающие проводящий стержень 10, 17 - источник переменного напряжения. Проводящий стержень 10 заземлен через проводящий корпус 1 и расположен во внутреннем объеме проводящего корпуса 1. Проводящий стержень 10 проходит через объем проводящего контейнера 3, находящегося под высоким потенциалом. Проводящий стержень 10 изолирован окружающей его по образующей высоковольтной изоляцией 9. Изоляция 9, в которой расположен проводящий стержень 10, представляет собой диэлектрическую трубу. Концы проводящего стержня 10, выступающие из диэлектрической трубы, соединены с проводящим корпусом 1.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a neutron generator, where: 1 is a conductive grounded case, 2 is a high-voltage dielectric (in our case, liquid), 3 is a conductive container, 4 is an ion source power supply, 5 is an accelerating voltage source, 6 - a neutron tube, 7 - a target of a neutron tube, 8 - a source of ions of a neutron tube, 9 - insulation of a conductive rod, 10 - conductive rod, 11 and 12 - ends of a conductive rod connected to a conductive grounded housing 1, 13 and 14 - toroidal windings ring output cores 15 and 16, covering the conductive rod 10, 17 is an AC voltage source. The conductive rod 10 is grounded through the conductive housing 1 and is located in the internal volume of the conductive housing 1. The conductive rod 10 passes through the volume of the conductive container 3 at high potential. The conductive rod 10 is insulated with a high-voltage insulation 9 surrounding it. The insulation 9, in which the conductive rod 10 is located, is a dielectric pipe. The ends of the conductive rod 10 protruding from the dielectric pipe are connected to the conductive housing 1.

Генератор работает следующим образом. От источника ускоряющего напряжения 5 на проводящий контейнер 3 относительно проводящего заземленного корпуса 1 подают высокое напряжение. Между мишенью 7 и источником ионов 8 возникает ускоряющее напряжение. Источник переменного напряжения 17, подключенный к тороидальной обмотке 13, на кольцевом сердечнике 15, расположенной под низким потенциалом у проводящего заземленного корпуса 1, создает в тороидальной обмотке 13 переменный ток и вызывает переменный ток в проводящем стержне 10, пронизывающем кольцевые сердечники 15 и 16. При этом проводящий стержень 10 и проводящий корпус 1 представляют один виток вторичной обмотки трансформатора, включающего сердечник 15 и тороидальную обмотку 13. Проводящий заземленный корпус 1 является частью вторичной обмотки трансформатора. Переменный ток, протекающий по проводящему стержню 10 и проводящему корпусу 1, создает магнитный поток в сердечнике 16, расположенном в проводящем контейнере 3 под высоким потенциалом. Благодаря этому на клеммах тороидальной обмотки 14, расположенной под высоким потенциалом, возникает переменное напряжение.The generator operates as follows. From the accelerating voltage source 5, a high voltage is applied to the conductive container 3 relative to the conductive grounded body 1. An accelerating voltage arises between the target 7 and the ion source 8. An alternating voltage source 17 connected to a toroidal winding 13, on an annular core 15 located at a low potential near the conductive grounded housing 1, generates an alternating current in the toroidal winding 13 and causes alternating current in the conductive rod 10 penetrating the ring cores 15 and 16. When this, the conductive rod 10 and the conductive housing 1 represent one turn of the secondary winding of the transformer, including the core 15 and the toroidal winding 13. The conductive grounded housing 1 is part of the secondary winding transformer. The alternating current flowing through the conductive rod 10 and the conductive body 1 creates a magnetic flux in the core 16 located in the conductive container 3 at high potential. Due to this, at the terminals of the toroidal winding 14 located at high potential, an alternating voltage occurs.

Это напряжение обеспечивает питание блока питания источника ионов и получение необходимых потенциалов на электродах источника ионов 4.This voltage provides power to the power supply of the ion source and obtaining the necessary potentials on the electrodes of the ion source 4.

Напряжения, приложенные к источнику ионов 8, обеспечивают получение пучка ионов дейтерия на выходе источника ионов. Ионы ускоряются напряжением, приложенным между проводящим контейнером 3 и проводящим корпусом 1, и попадают на мишень нейтронной трубки 7, насыщенную тритием. Благодаря взаимодействию ускоренных ионов дейтерия с атомами трития в мишени нейтронной трубки 7 образуются нейтроны.The stresses applied to the ion source 8 provide a beam of deuterium ions at the output of the ion source. Ions are accelerated by the voltage applied between the conductive container 3 and the conductive body 1, and fall on the target of the neutron tube 7 saturated with tritium. Due to the interaction of accelerated deuterium ions with tritium atoms, neutrons are formed in the target of the neutron tube 7.

Claims

A neutron generator containing a conductive grounded case, filled with a dielectric with a conductive container located in it, in which the power unit is located, an accelerating voltage source connected between the conductive grounded case and the conductive container, a neutron tube, the target of which is connected to the case, and the ion source is placed in the volume of the container and is connected to the power supply, characterized in that in the volume of the grounded housing is placed an insulated and passing through the volume of the container conductive rod b, the ends of which are electrically connected to the case, two toroidal windings on the ring cores covering the conductive rod, one of which is located near the conductive grounded case and connected to the output of the grounded AC voltage source, and the second is located in the conductive container and connected to the input of the power supply.