RU2603013C1

RU2603013C1 - Vacuum neutron tube

Info

Publication number: RU2603013C1
Application number: RU2015147027/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Тимофеевич Бобылев; Юрий Павлович Кузнецов; Юрий Константинович Пресняков
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2016-11-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to a vacuum neutron tube and can be used in designing neutron generators for activation analysis of alloys and compounds. Proposed vacuum neutron tube comprises tightly sealed insulating housing (1) with a controlled three-electrode ion source, anode (4) and cathode (2) of which are saturated with hydrogen isotope, target (6, 7, 8), gas absorber (5), is equipped with an additional identical controlled three-electrode ion source and a gas absorber. Herewith target electrode (6) comprises two symmetrical targets (7, 8) saturated with same or different hydrogen isotopes and is located in the middle of the housing, on the ends of which opposite to false targets there are the controlled three-electrode ion sources.

EFFECT: longer life, expanded functional and operational capabilities of a vacuum neutron tube.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области прикладной физики и может быть использовано при разработке генераторов нейтронов на вакуумных нейтронных трубках для активационного анализа сплавов, соединений и электронного лома.The invention relates to the field of applied physics and can be used in the development of neutron generators on vacuum neutron tubes for activation analysis of alloys, compounds and electronic scrap.

Специфика анализа перечисленных материалов состоит в большом разнообразии состава и форм анализируемых объектов, а также широкого диапазона содержания металлов, в том числе и благородных. Это приводит к необходимости использовать различные типы нейтронов - 14 Мэв и 2,5 Мэв. Применение различных типов нейтронов позволяет получать независимые результаты определения благородных металлов в одних и тех же пробах, что дает возможность контролировать правильность методик, повышает достоверность и точность определения содержания металлов.The specificity of the analysis of the listed materials consists in a wide variety of composition and forms of the analyzed objects, as well as a wide range of metal contents, including noble ones. This leads to the need to use different types of neutrons - 14 MeV and 2.5 MeV. The use of various types of neutrons makes it possible to obtain independent results of the determination of noble metals in the same samples, which makes it possible to control the correctness of the methods and increases the reliability and accuracy of determining the metal content.

Известна вакуумная нейтронная трубка, содержащая корпус, размещенные в нем управляемый трехэлектродный источник ионов, катод и анод которого насыщены изотопами водорода, и мишень. Мишень и источник ионов расположены в противоположных торцах корпуса трубки, навстречу друг другу [Г.И. Кирьянов. Генераторы быстрых нейтронов, М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 125].Known vacuum neutron tube containing a housing, placed in it a controlled three-electrode ion source, the cathode and anode of which are saturated with hydrogen isotopes, and the target. The target and ion source are located at opposite ends of the tube body, towards each other [G.I. Kiryanov. Fast Neutron Generators, Moscow: Energoatomizdat, 1990, p. 125].

Недостатком трубки является малый ресурс работы.The disadvantage of the tube is the small resource.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является вакуумная нейтронная трубка, содержащая размещенные в герметичном запаянном стеклянном или керамическом корпусе управляемый 3-х электродный искровой источник, который состоит из кольцевого анода (А), катода (К) и поджигающего электрода (П). Мишень (М) выполнена в виде диска из молибдена с напыленным слоем титана. Рабочие газы постоянно окклюдированы в элементах нейтронной трубки: в мишени - тритий или дейтерий, а аноде и катоде ионного источника - дейтерий (Сборник материалов, Межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе», Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова, 2004, с. 72).The closest technical solution chosen for the prototype is a vacuum neutron tube containing a controllable 3-electrode spark source, which consists of a ring anode (A), cathode (K) and an ignition electrode (P) placed in a sealed sealed glass or ceramic case . The target (M) is made in the form of a molybdenum disk with a sprayed layer of titanium. Working gases are constantly occluded in the elements of the neutron tube: tritium or deuterium in the target, and deuterium in the anode and cathode of the ion source (Collection of materials, Interdisciplinary scientific and technical conference "Portable neutron generators and technologies based on them", All-Russian Scientific Research Institute of Automatics them.N.L.Dukhov, 2004, p. 72).

Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности, т.к. трубка генерирует нейтроны только одного типа: либо 2,5 Мэв, либо 14 Мэв и имеет ограниченный ресурс работы.The disadvantage of the prototype is limited functionality, because the tube generates neutrons of only one type: either 2.5 MeV or 14 MeV and has a limited operating life.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных и эксплуатационных возможности вакуумной нейтронной трубки.The technical result of the invention is the expansion of the functional and operational capabilities of a vacuum neutron tube.

Технический результат достигается тем, что вакуумная нейтронная трубка, содержащая герметично запаянный изоляционный корпус, в котором размещены управляемый трехэлектродный источник ионов, анод и катод которого насыщены изотопом водорода, мишень, газопоглотитель, оснащена дополнительным идентичным управляемым трехэлектродным источником ионов и газопоглотителем, мишенный электрод содержит две симметричные мишени, насыщенные одним или разными изотопами водорода, и расположен посередине корпуса, на торцах которого напротив мишеней размещены управляемые трехэлектродные источники ионов.The technical result is achieved by the fact that a vacuum neutron tube containing a hermetically sealed insulating casing in which a controlled three-electrode ion source is placed, the anode and cathode of which are saturated with a hydrogen isotope, the target, a getter, is equipped with an additional identical controlled three-electrode ion source and getter, the target electrode contains two symmetric targets saturated with one or different hydrogen isotopes, and is located in the middle of the body, at the ends of which opposite the targets p controlled three-electrode ion sources are located.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где: 1 - корпус нейтронной трубки, выполненный из изоляционного материала, 2 - катод нейтронной трубки, 3 - поджигающий электрод трехэлектродного источника ионов, 4 - анод трехэлектродного источника ионов, 5 - газопоглотители, 6 - мишенный электрод, расположенный посередине корпуса нейтронной трубки, 7 - накладная мишень, 8 - накладная мишень.The invention is illustrated in the drawing, where: 1 - the neutron tube body made of insulating material, 2 - the cathode of the neutron tube, 3 - the ignition electrode of the three-electrode ion source, 4 - the anode of the three-electrode ion source, 5 - getter, 6 - target electrode located in the middle of the neutron tube body, 7 is a surface target, 8 is a surface target.

Нейтронная трубка работает следующим образом.The neutron tube operates as follows.

При подаче на электроды 2 и 3 трехэлектродного источника ионов высоковольтного импульса (5-15 кВ) между ними происходит пробой. Область между анодом 4 и катодом 2 трехэлектродного источника ионов ионизируется, вследствие чего резко снижается электрическая прочность промежутка анод 4 - катод 2, что приводит к загоранию дугового разряда. В результате рабочий газ (дейтерий) десорбируется из анода 4 и катода 2. Образовавшаяся плазма движется в выходному отверстию анодного электрода 4 и выходит в ускорительный промежуток катод 2 - мишенный электрод 6 трубки, в котором ионы дейтериевой плазмы ускоряются импульсом напряжения 120-150 кВ. При бомбардировке мишени 7, насыщенной дейтерием, в результате ядерной реакции Д(d, n)Не3 образуются нейтроны с энергией 2,5 Мэв, при бомбардировке мишени 8, насыщенной тритием, в результате ядерной реакции T(d, n)Не4 образуются нейтроны с энергией 14 МэВ. Для обеспечения необходимого вакуума в объеме корпуса трубки 1 служат газопоглотители 5.When a three-electrode ion source of high voltage pulse (5-15 kV) is applied to electrodes 2 and 3, a breakdown occurs between them. The region between the anode 4 and the cathode 2 of the three-electrode ion source is ionized, as a result of which the electric strength of the gap between the anode 4 and cathode 2 sharply decreases, which leads to ignition of the arc discharge. As a result, the working gas (deuterium) is desorbed from the anode 4 and cathode 2. The resulting plasma moves into the outlet of the anode electrode 4 and enters the accelerating gap, cathode 2 — target electrode 6 of the tube, in which ions of deuterium plasma are accelerated by a voltage pulse of 120-150 kV. When bombarding target 7 saturated with deuterium, neutrons with an energy of 2.5 MeV are formed as a result of the nuclear reaction D (d, n) He3, while bombarding target 8 saturated with tritium, neutrons are formed as a result of the nuclear reaction T (d, n) He4 energy of 14 MeV. To provide the necessary vacuum in the volume of the tube body 1, getter 5 is used.

Таким образом, по сравнению с прототипом, вакуумная нейтронная трубка позволяет расширить функциональные возможности, т.к. она может генерировать нейтроны различных энергий - 14 Мэв и 2,5 Мэв по выбору пользователя. Кроме того, можно задать режим работы вакуумной нейтронной трубки с одновременной и последовательной работой ионных источников.Thus, in comparison with the prototype, a vacuum neutron tube allows you to expand the functionality, because it can generate neutrons of various energies - 14 MeV and 2.5 MeV as chosen by the user. In addition, you can set the operation mode of a vacuum neutron tube with simultaneous and sequential operation of ion sources.

При насыщении мишеней одним типом изотопа водорода может быть увеличен поток нейтронов при одновременной работе ионных источников, по крайней мере, в два раза. При последовательной работе ионных источников увеличивается ресурс работы вакуумной нейтронной трубки по сравнению с прототипом.When the targets are saturated with one type of hydrogen isotope, the neutron flux can be increased with the simultaneous operation of ion sources, at least twice. With the sequential operation of ion sources increases the service life of the vacuum neutron tube in comparison with the prototype.

Claims

A vacuum neutron tube containing a hermetically sealed insulating casing, in which a controlled three-electrode ion source is placed, the anode and cathode of which are saturated with a hydrogen isotope, a target, a getter, characterized in that it is equipped with an additional identical controlled three-electrode ion source and getter, the target electrode contains two symmetric targets saturated with one or different hydrogen isotopes, and is located in the middle of the body, at the ends of which opposite the targets are placed three-electrode ion sources.