RU2583000C1

RU2583000C1 - Sealed neutron tube

Info

Publication number: RU2583000C1
Application number: RU2014152816/07A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Сыромуков
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2016-04-27

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to sealed neutron tubes and may be used in neutron generators for non-destructive elemental analysis of substance and research neutron radiation methods, including for geophysical exploration of oil and gas wells. In sealed neutron tube containing a tubular insulator, on one end being tightly secured ion source with central hole for extraction of ions on other end is fixed target and accelerating electrode with central hole for passage of ions placed in cavity of tubular insulator, tubular insulator has axial inner groove on side of target, and accelerating electrode is shaped to truncated cone and is introduced into groove against stop.

EFFECT: technical result is increase of reliability and longer life of sealed neutron tube.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к запаянным нейтронным трубкам и может быть использовано в генераторах нейтронов для проведения неразрушающего элементного анализа вещества и проведения исследований нейтронно-радиационными методами, в том числе для проведения геофизических исследований нефтегазовых скважин.The invention relates to sealed neutron tubes and can be used in neutron generators for non-destructive elemental analysis of substances and research using neutron-radiation methods, including geophysical studies of oil and gas wells.

Известна нейтронная трубка, которая представляет собой миниатюрный ускоритель ионов, включающий трубчатый изолятор, с одной стороны которого расположен ионный источник, а с другой - ускоряющий электрод и мишень. Генерация нейтронов происходит в результате реакции 3H(d, n)⁴He, при бомбардировке ускоренными ионами дейтерия насыщенной тритием мишени. Источник ионов имеет центральное отверстие для извлечения ионов, расположенное напротив отверстия в ускоряющем электроде, имеющем форму стакана, обращенного дном к источнику ионов. Сборник материалов межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». М.: ВНИИА, 2003, с. 12.Known neutron tube, which is a miniature ion accelerator, including a tubular insulator, on one side of which there is an ion source, and on the other - an accelerating electrode and target. Neutron generation occurs as a result of the 3H (d, n) ⁴ He reaction, when a tritium-saturated target is bombarded with accelerated deuterium ions. The ion source has a central hole for extracting ions, located opposite the hole in the accelerating electrode, having the shape of a glass, facing the bottom 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.

Известна газонаполненная нейтронная трубка, содержащая полый аксиально симметричный изолятор, на одном конце которого герметично закреплен источник ионов, а на другом - мишень и ускоряющий электрод. Патент США №4996017, МПК G21B 1/02, 1991 г.Known gas-filled neutron tube containing a hollow axially symmetric insulator, at one end of which an ion source is hermetically mounted, and on the other - a target and an accelerating electrode. U.S. Patent No. 4,996,017, IPC G21B 1/02, 1991

Известна газонаполненная нейтронная трубка, выполненная в виде трубчатого высоковольтного изолятора на одном конце которого закреплен источник ионов, а на другом конце закреплен ускоряющий электрод и мишень. Патент Российской Федерации №2372755, МПК Н05Н 3/06, 2009 г.Known gas-filled neutron tube made in the form of a tubular high-voltage insulator at one end of which an ion source is fixed, and an accelerating electrode and a target are fixed at the other end. Patent of the Russian Federation No. 2372755, IPC Н05Н 3/06, 2009

Известна запаянная нейтронная трубка, содержащая трубчатый изолятор, на одном конце которого закреплен источник ионов с центральным отверстием для извлечения ионов, на другом конце закреплена мишень и ускоряющий электрод в виде стакана с центральным отверстием в дне для прохождения ионов, размещенный в полости трубчатого изолятора дном в сторону источника ионов. Изолятор имеет насечку на внутренней поверхности между источником ионов и ускоряющим электродом. Патент Российской Федерации №2451433, МПК Н05Н 3/06, 2012 г., прототип.Known sealed neutron tube containing a tubular insulator, at one end of which is fixed an ion source with a central hole for ion extraction, at the other end is fixed a target and an accelerating electrode in the form of a glass with a central hole in the bottom for the passage of ions, placed in the cavity of the tubular insulator with the bottom in side of the ion source. The insulator has a notch on the inner surface between the ion source and the accelerating electrode. Patent of the Russian Federation No. 2451433, IPC Н05Н 3/06, 2012, prototype.

Все вышеперечисленные нейтронные трубки обладают общим недостатком - в процессе работы вследствие расфокусировки пучка ионов, извлекаемого из источника ионов, часть ионов попадает на кромку отверстия ускоряющего электрода. Это приводит к распылению электрода и к неравномерному запылению внутренней поверхности трубчатого высоковольтного изолятора около ускоряющего электрода. В результате запыления, на внутренней поверхности трубчатого изолятора, в области высоких напряжений образуется проводящий кольцевой слой металла, не связанный электрически с потенциалами электродов трубки. В процессе работы трубки к ней прикладывается высокое напряжение. Между электродами трубки текут токи, в трубке возникает тормозное излучение. В результате этих процессов кольцевой проводящий слой на внутренней поверхности трубчатого изолятора, образованный распылением кромки ускоряющего электрода, приобретает электрический заряд. Это приводит к возникновению неоднородностей в высоковольтном поле трубки и является причиной пробоев. Высоковольтные пробои являются основной причиной выхода трубки из строя и сокращения ее ресурса. В прототипе использование внутренней насечки на трубчатом изоляторе уменьшает скорость образования проводящего кольцевого слоя, однако приводит к увеличению напряженности поля на остриях насечки, увеличивая вероятность пробоя, и не устраняет главный недостаток конструкции, отсутствие электрического контакта напыленного кольцевого слоя с одним из электродов трубки. В результате отсутствия такого контакта заряд, возникающий в напыленном слое, может покинуть его только в результате электрического пробоя. Высоковольтный пробой трубки может привести к выходу ее из строя.All of the above neutron tubes have a common drawback - in the process, due to the defocusing of the ion beam extracted from the ion source, some of the ions fall on the edge of the hole of the accelerating electrode. This leads to atomization of the electrode and to uneven dusting of the inner surface of the tubular high-voltage insulator near the accelerating electrode. As a result of dusting, on the inner surface of the tubular insulator, in the region of high voltages, a conductive annular metal layer is formed that is not electrically connected to the potentials of the tube electrodes. During the operation of the tube, a high voltage is applied to it. Currents flow between the electrodes of the tube; bremsstrahlung occurs in the tube. As a result of these processes, the annular conductive layer on the inner surface of the tubular insulator, formed by spraying the edges of the accelerating electrode, acquires an electric charge. This leads to inhomogeneities in the high-voltage field of the tube and is the cause of breakdowns. High-voltage breakdowns are the main cause of tube failure and a reduction in its life. In the prototype, the use of an internal notch on a tubular insulator reduces the rate of formation of a conductive annular layer, however, it leads to an increase in the field strength at the tips of the notch, increasing the likelihood of breakdown, and does not eliminate the main design drawback, the absence of electrical contact between the sprayed annular layer and one of the tube electrodes. As a result of the absence of such a contact, the charge arising in the sprayed layer can leave it only as a result of electrical breakdown. High-voltage breakdown of the tube can lead to failure.

Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.This invention eliminates the disadvantages of analogues and prototype.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и увеличение ресурса запаянной нейтронной трубки.The technical result of the invention is to increase reliability and increase the life of a sealed neutron tube.

Технический результат достигается тем, что в запаянной нейтронной трубке, содержащей трубчатый изолятор, на одном конце которого герметично закреплен источник ионов с центральным отверстием для извлечения ионов, на другом конце закреплена мишень и ускоряющий электрод с центральным отверстием для прохождения ионов, размещенный в полости трубчатого изолятора, трубчатый изолятор имеет аксиальную внутреннюю проточку со стороны мишени, а ускоряющий электрод имеет форму усеченного конуса и введен в проточку до упора внешней поверхности конуса во внутренний край проточки.The technical result is achieved by the fact that in a sealed neutron tube containing a tubular insulator, at one end of which an ion source with a central hole for extracting ions is hermetically fixed, a target and an accelerating electrode with a central hole for passing ions located in the cavity of the tubular insulator are fixed , the tubular insulator has an axial internal groove from the target side, and the accelerating electrode has the shape of a truncated cone and is inserted into the groove until the outer surface nusa to the inner edge of the groove.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлен поперечный разрез запаянной нейтронной трубки, где: 1 - трубчатый изолятор, на одном конце которого закреплен источник ионов 2 с центральным отверстием 3 для извлечения ионов, на другом конце закреплена мишень 4 и ускоряющий электрод 5 с центральным отверстием 6 для прохождения ионов, размещенный в полости трубчатого изолятора 1. Трубчатый изолятор 1 имеет аксиальную внутреннюю проточку 7 со стороны мишени 4, а ускоряющий электрод 5 имеет форму усеченного конуса и введен в проточку 7 до упора внешней поверхности конуса 8 во внутренний край 9 проточки.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a cross section of a sealed neutron tube, where: 1 is a tubular insulator, at one end of which is fixed an ion source 2 with a central hole 3 for extracting ions, at the other end is fixed a target 4 and an accelerating electrode 5 with a central an ion passage 6, located in the cavity of the tubular insulator 1. The tubular insulator 1 has an axial inner groove 7 from the side of the target 4, and the accelerating electrode 5 has the shape of a truncated cone and ene in the bore 7 to the outer abutment surface of the cone 8 into the inner edge of the groove 9.

Запаянная нейтронная трубка работает следующим образом.A sealed neutron tube operates as follows.

К трубчатому изолятору 1 между источником ионов 2 и ускоряющим электродом 5 прикладывается ускоряющее напряжение. Ионы дейтерия извлекаются из источника ионов 2 в сторону мишени 4. Часть ускоренных ионов проходит отверстие 6 в ускоряющем электроде 5 и попадает на мишень 4. Часть ионов попадает на поверхность ускоряющего электрода 5, обращенную к источнику ионов 4. В результате бомбардировки ионами, извлеченными из отверстия 3, внешней поверхности 8 ускоряющего электрода 5, имеющей форму усеченного конуса, происходит его распыление. Распыляемые с внешней поверхности ускоряющего электрода 5 атомы двигаются по разным направлениям и по прямолинейным траекториям. Распыленные атомы попадают на внутреннюю поверхность трубчатого изолятора и создают на ней кольцевой напыленный слой. Трубчатый изолятор 1 имеет аксиальную внутреннюю проточку 7 со стороны мишени 4, а ускоряющий электрод 5 имеет форму усеченного конуса и введен в проточку до упора внешней поверхности конуса 8 во внутренний край проточки 9. Поэтому атомы, распыляемые с внешней поверхности ускоряющего электрода 5, имеющей форму конуса 8, двигаясь по прямолинейным траекториям, могут попадать в область контакта внутреннего края проточки 9 с внешней поверхностью ускоряющего электрода 8. В результате этого в этой области создается проводящий слой, обеспечивающий электрический контакт между ускоряющим электродом 5 и проводящим кольцевым слоем, формирующимся на внутренней поверхности трубчатого изолятора 1. Таким образом, обеспечивается электрическая связь между напыленным кольцевым слоем и ускоряющим электродом 5. Это предотвращает накопление зарядов на поверхности напыленного слоя. Если бы конструкцией трубки не были бы созданы условия для непрерывного стекания образующегося заряда через контакт между кольцевым напыленным слоем на внутренней поверхности трубчатого изолятора и ускоряющим электродом, то стекание этого заряда происходило бы в результате периодических пробоев по поверхности изолятора. Это привело бы к возникновению дефектов на поверхности диэлектрика с последующей потерей им электрической прочности и с выходом трубки из строя.An accelerating voltage is applied to the tubular insulator 1 between the ion source 2 and the accelerating electrode 5. Deuterium ions are extracted from the ion source 2 towards the target 4. Part of the accelerated ions passes through the hole 6 in the accelerating electrode 5 and hits the target 4. Some of the ions fall on the surface of the accelerating electrode 5 facing the ion source 4. As a result of the bombardment by ions extracted from holes 3, the outer surface 8 of the accelerating electrode 5, having the shape of a truncated cone, it is sprayed. The atoms sprayed from the outer surface of the accelerating electrode 5 move in different directions and along straight paths. Atomized atoms fall on the inner surface of the tubular insulator and create an annular deposited layer on it. The tubular insulator 1 has an axial inner groove 7 from the side of the target 4, and the accelerating electrode 5 has the shape of a truncated cone and is inserted into the groove against the outer surface of the cone 8 into the inner edge of the groove 9. Therefore, the atoms atomized from the outer surface of the accelerating electrode 5 having the shape of the cone 8, moving along straight paths, can fall into the contact area of the inner edge of the groove 9 with the outer surface of the accelerating electrode 8. As a result, a conductive layer is created in this region, which ensures The electrical contact between the accelerating electrode 5 and the annular conductive layer is formed on the inner surface of the tubular insulator 1. Thus, electrical connection is provided between the sprayed layer and annular acceleration electrode 5. This prevents accumulation of charges on the surface of the sprayed layer. If the design of the tube would not have created the conditions for the continuous discharge of the generated charge through the contact between the annular sprayed layer on the inner surface of the tubular insulator and the accelerating electrode, then the discharge would occur as a result of periodic breakdowns on the surface of the insulator. This would lead to the occurrence of defects on the surface of the dielectric with the subsequent loss of its electric strength and with the failure of the tube.

Предложенная конструкция позволяет исключить накопление электрического заряда в напыленном слое на внутренней поверхности высоковольтного изолятора трубки и благодаря этому повысить надежность и увеличить ресурс запаянной нейтронной трубки.The proposed design eliminates the accumulation of electric charge in the sprayed layer on the inner surface of the high-voltage insulator of the tube and thereby increase reliability and increase the life of the sealed neutron tube.

Claims

A sealed neutron tube containing a tubular insulator, at one end of which an ion source with a central hole for extracting ions is hermetically fixed, at the other end, a target and an accelerating electrode with a central hole for passing ions, axially mounted in the cavity of the tubular insulator, axially fixed, characterized in that the tubular the insulator has an axial internal groove on the target side, and the accelerating electrode has the shape of a truncated cone and is inserted into the groove until the outer surface of the cone abuts against The lower edge of the groove.