RU63631U1

RU63631U1 - SMALL PULSE SOURCE OF ACCIDENT RADIATION

Info

Publication number: RU63631U1
Application number: RU2007104858/22U
Authority: RU
Inventors: Евгений Петрович Боголюбов; Александр Владимирович Голиков; Али Каюмович Дулатов; Борис Дмитриевич Лемешко; Валентин Иванович Рыжков; Павел Павлович Сидоров; Дмитрий Игоревич Юрков
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2007-05-27

Abstract

Малогабаритный импульсный источник проникающего излучения относится к устройствам для генерирования нейтронных пучков, в частности, к генераторам разовых 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.A small-sized pulsed source of penetrating radiation relates to devices for generating neutron beams, in particular, to generators of single pulses of neutron and x-ray radiation and can be used for nuclear physics research, studying radiation resistance, for example, elements of electronic equipment, and calibrating ionizing radiation detectors.

Предложенная полезная модель направлена на уменьшение объема, веса, индуктивности электрической схемы и увеличение удельного энергетического выхода нейтронов на камерах плазменного фокуса.The proposed utility model is aimed at reducing the volume, weight, inductance of the electrical circuit and increasing the specific energy yield of neutrons in the plasma focus cameras.

Для решения указанной задачи в малогабаритном импульсном источнике проникающего излучения, выполненном в виде одного или нескольких модулей, каждый из которых содержит емкостной накопитель 2, подключенный к высоковольтному источнику питания 3 и соединенный через сильноточный высоковольтный коммутатор 4 с токопередающей линией, разрядную камеру 1, в которой формируется разряд типа "плазменный фокус", систему пуска коммутаторов 12, токопередающая линия выполнена в виде двух параллельных металлических шин, непосредственно соединенных с электродами разрядной камеры 1, одна из шин 5 токопередающей линии механически и электрически соединена с шиной нулевого потенциала и катодом сильноточного высоковольтного коммутатора 4, аноды которого непосредственно механически и электрически подключены к выводам конденсаторов емкостного накопителя, вторая шина токопередающей линии механически и электрически соединена с другими выводами конденсаторов емкостного накопителя, электрическая изоляция между шинами токопередающей линии выполнена в виде многослойного пакета прокладок 11 из диэлектрического материала, шины токопередающей линии гальванически соединены между собой через дроссель 10, система электробезопасности обеспечивает разряд емкостного накопителя после выключения высоковольтного источника питания 3 и выполнена из последовательно соединенных высоковольтного реле 8 и разрядного резистора 7. Шина токопередающей линии, соединенная с катодом сильноточного высоковольтного коммутатора и анодом 6 разрядной камеры 1, выполнена в виде замкнутой рамки, вторая шина имеет П-образную форму.To solve this problem, in a small-sized pulsed source of penetrating radiation, made in the form of one or more modules, each of which contains a capacitive storage 2 connected to a high-voltage power supply 3 and connected through a high-current high-voltage switch 4 with a current-transmitting line, a discharge chamber 1, in which a discharge of the type "plasma focus" is formed, the start-up system of the switches 12, the transmission line is made in the form of two parallel metal buses directly connected to the electric by the electrodes of the discharge chamber 1, one of the buses 5 of the current-carrying line is mechanically and electrically connected to the zero potential bus and the cathode of the high-current high-voltage switch 4, the anodes of which are directly mechanically and electrically connected to the capacitor terminals of the capacitive storage, the second bus of the current-carrying line is mechanically and electrically connected to other terminals capacitors of a capacitive storage, the electrical insulation between the busbars of the current transmission line is made in the form of a multilayer package of gaskets 11 and of the dielectric material, the bus lines of the transmission line are galvanically connected to each other through the inductor 10, the electrical safety system ensures the discharge of the capacitive storage after switching off the high-voltage power supply 3 and is made of series-connected high-voltage relay 8 and the discharge resistor 7. The bus of the transmission line connected to the cathode of the high-current high-voltage switch and the anode 6 of the discharge chamber 1, is made in the form of a closed frame, the second bus has a U-shape.

Description

Полезная модель относится к устройствам для генерирования нейтронных пучков, в частности, к генераторам разовых 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.The utility model relates to devices for generating neutron beams, in particular, to generators of single pulses of neutron and x-ray radiation and can be used to conduct nuclear physics research, study radiation resistance, for example, elements of electronic equipment, and calibrate ionizing radiation detectors.

Известно устройство для получения импульсов нейтронного и рентгеновского излучений, (см., например, патент РФ №768376, кл. Н05Н 1/06, опубликован 27.03.97) содержащее источник энергии, линию передачи энергии, коммутатор и плазменный реактор, образованный коаксиально расположенными анодом и катодом, разделенными изолятором, 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 for producing pulses of neutron and x-ray radiation is known (see, for example, RF patent No. 768376, class H05H 1/06, published March 27, 1997) containing an energy source, an energy transmission line, a switch, and a plasma reactor formed by a coaxially arranged anode and a cathode separated by an insulator, an additionally mounted high-frequency generator for pre-forming a uniform plasma shell, connected to the plasma reactor electrodes in parallel with the energy source, and a synchronization device start-up of a high-frequency generator and switch.

Указанное устройство имеет низкий уровень интенсивности нейтронного излучения.The specified device has a low level of neutron radiation intensity.

Известен импульсный источник проникающего излучения (см., например, Сборник научных трудов под редакцией Макеева Н.Г. "Физика и техника импульсных источников ионизирующих излучений для исследования быстропротекающих процессов" №5, г.Саров, 1996 г.), содержащий в качестве источника тока взрывомагнитный источник тока (ВМГ), линию передачи энергии, разрядную камеру, систему запитки ВМГ от источника начальной энергии и систему запуска.Known pulsed source of penetrating radiation (see, for example, Collection of scientific papers edited by Makeev N.G. "Physics and technology of pulsed sources of ionizing radiation for the study of fast processes" No. 5, Sarov, 1996), containing as a source the current is an explosive magnetic current source (VMG), an energy transmission line, a discharge chamber, a VMG power supply system from an initial energy source, and a start-up system.

Это устройство предназначено для одноразового использования, и требует защиты исследуемых объектов и оборудования от взрывного воздействия ВМГ.This device is intended for one-time use, and requires the protection of the studied objects and equipment from explosive effects of the VMG.

В качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих конструктивных признаков принят импульсный источник проникающего излучения (см. патент РФ №2257020, кл. Н05Н 1/06, 2003 г.), представляющий собой один или несколько модулей, каждый из которых содержит емкостной 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, импульсный генератор, запускающий систему пуска тиратрона, систему управления и контроля работы генератора и разряда емкостного накопителя, диагностическую и регистрирующую аппаратуру, кабельная линия выполнена из коаксиальных проводов равной длины, равномерно распределенных по окружности токоведущих фланцев тиратрона и блока нагрузки, электрическая изоляция анодного пространства блока нагрузки выполнена в виде многослойного пакета прокладок из диэлектрического материала, емкостной 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.As a prototype for the largest number of matching design features adopted a pulsed source of penetrating radiation (see RF patent No. 2257020, CL N05H 1/06, 2003), which is one or more modules, each of which contains a capacitive drive 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 discharge is formed, a charger, an incandescent source thyratron, thyratron start-up system, pulse generator, starting thyratron start-up system, control and monitoring system for generator and capacitive storage discharge, diagnostic and recording equipment, cable line made of coaxial wires of equal length uniformly distributed around the circumference of the current-carrying flanges of the thyratron and the load unit, electrical insulation of the anode space of the load block is made in the form of a multilayer package of gaskets made of dielectric material, a capacitive storage and the load unit are electrically isolated from the mounting plate, an anode and a cathode load unit electrically interconnected through the unit resistor, the cathode loading unit electrically connected to the "weight" of the mounting plate, the device is compact elements are mounted and fixed power components on the mounting plate.

В известном импульсном источнике проникающего излучения большое количество токоподводящих кабелей усложняет конструкцию и приводит к уменьшению надежности источника,In the known pulsed source of penetrating radiation, a large number of current-carrying cables complicates the design and reduces the reliability of the source,

Кроме того, соединение коллектора с «массой» монтажной плиты приводит при срабатывании к возникновению «прыгающих» потенциалов на корпусах конденсаторов емкостных накопителей, на кабельной линии, корпусах тиратронов и в системах пуска тиратронов (фактически резко повышаются потенциалы почти всех In addition, the connection of the collector with the “mass” of the mounting plate leads to “jumping” potentials on the capacitor banks of the capacitive drives, on the cable line, thyratron housings and in the thyratron launch systems (when triggered, the potentials of almost all

узлов конструкции), что создает значительные трудности в работе и требует тщательной взаимной высоковольтной изоляции всех частей электрической схемы.design nodes), which creates significant difficulties in operation and requires careful mutual high-voltage isolation of all parts of the electrical circuit.

Наличие отдельного коллектора для соединения проводов с элементами схемы приводит к усложнению устройства, так как появляется дополнительный узел в конструкции импульсного источника.The presence of a separate collector for connecting wires to circuit elements complicates the device, since an additional node appears in the design of the pulse source.

Для решения указанной задачи в малогабаритном импульсном источнике проникающего излучения, выполненном в виде одного или нескольких модулей, каждый из которых содержит емкостной накопитель, подключенный к высоковольтному источнику питания и соединенный через сильноточный высоковольтный коммутатор с токопередающей линией, разрядную камеру, в которой формируется разряд типа "плазменный фокус", систему пуска коммутаторов, токопередающая линия выполнена в виде двух параллельных металлических шин, непосредственно соединенных с электродами разрядной камеры, одна из шин токопередающей линии механически и электрически соединена с шиной нулевого потенциала, катодом сильноточного высоковольтного коммутатора и анодом разрядной камеры, анод коммутатора непосредственно механически и электрически подключен к выводам конденсаторов емкостного накопителя, присоединенных к «плюсу» высоковольтного источника питания, вторая шина токопередающей линии механически и электрически соединена с другими выводами конденсаторов емкостного накопителя и катодом разрядной камеры, электрическая изоляция, выполненная в виде многослойного пакета прокладок из диэлектрического материала, расположена в пространстве между шинами токопередающей линии; шины токопередающей линии гальванически соединены между собой через дроссель, введенная в импульсный источник проникающего излучения система электробезопасности выполнена из последовательно соединенных высоковольтного реле и разрядного резистора, включенных между точкой соединения выводов конденсаторов емкостного накопителя с плюсом высоковольтного источника питания и шиной нулевого потенциала для обеспечения разряда емкостного накопителя после выключения высоковольтного источника питания, причем шина, соединенная с катодом коммутатора, выполнена в виде замкнутой рамки, вторая шина имеет П-образную форму.To solve this problem in a small-sized pulsed source of penetrating radiation, made in the form of one or more modules, each of which contains a capacitive storage device connected to a high-voltage power source and connected through a high-current high-voltage switch with a current-transmitting line, a discharge chamber in which a discharge of the type plasma focus ", switch start-up system, current transmission line is made in the form of two parallel metal buses directly connected to the electric discharge chamber, one of the buses of the current-transfer line is mechanically and electrically connected to the zero potential bus, the cathode of the high-current high-voltage switch and the anode of the discharge chamber, the switch anode is directly mechanically and electrically connected to the capacitor terminals of the capacitive storage connected to the "plus" of the high-voltage power supply, the second the bus of the current transmission line is mechanically and electrically connected with other terminals of the capacitors of the capacitive storage and the cathode of the discharge chamber, electric -parameter isolation, designed as a multilayer package pads of a dielectric material disposed in the space between the tires tokoperedayuschey line; the bus lines of the current transmission line are galvanically interconnected via a throttle, the electrical safety system introduced into the pulsed source of penetrating radiation is made of series-connected high-voltage relays and a discharge resistor, connected between the connection point of the capacitor capacitor leads with the plus of the high-voltage power supply and the zero potential bus to ensure discharge of the capacitive storage after turning off the high-voltage power source, and the bus connected to the cathode to switch, made in the form of a closed frame, the second bus has a U-shaped.

Полезная модель поясняется чертежом.The utility model is illustrated in the drawing.

Малогабаритный импульсный источник проникающего излучения выполнен в виде отдельных модулей, каждый из которых состоит из разрядной камеры 1, емкостного накопителя 2, подключенного к высоковольтному источнику питания 3 и через сильноточный высоковольтный коммутатор 4 к одной из шин токоподводящей линии 5, соединенной с анодом 6 разрядной камеры, системы электробезопасности, выполненной из последовательно соединенных разрядного резистора 7 и высоковольтного реле 8 и включенных между точкой соединения выводов конденсаторов емкостного накопителя 2 с плюсом высоковольтного источника питания 3 и шиной нулевого потенциала, другие выводы конденсаторов емкостного накопителя 2 подключены к катоду 9 разрядной камеры 1, шины 5 токоподводящей линии соединены между собой через дроссель 10, электрическая изоляция 11 расположена между шинами 5 токоподводящей линии и выполнена в виде многослойного пакета прокладок из диэлектрического материала, система пуска коммутаторов 12 подключена к управляющему входу сильноточного высоковольтного коммутатора 4.A small-sized pulsed source of penetrating radiation is made in the form of separate modules, each of which consists of a discharge chamber 1, a capacitive storage 2 connected to a high-voltage power supply 3 and through a high-current high-voltage switch 4 to one of the buses of the current supply line 5 connected to the anode 6 of the discharge chamber , electrical safety system made of series-connected discharge resistor 7 and high-voltage relay 8 and connected between the connection point of the capacitor capacitor opitel 2 with the plus of the high-voltage power supply 3 and the zero potential bus, the other terminals of the capacitors of the capacitive storage 2 are connected to the cathode 9 of the discharge chamber 1, the busbars 5 of the current supply line are interconnected via a reactor 10, the electrical insulation 11 is located between the busbars 5 of the current supply line and made in the form of a multilayer package of gaskets made of dielectric material, the start-up system of the switches 12 is connected to the control input of the high-current high-voltage switch 4.

Токоподводящая линия выполнена в виде двух параллельных металлических шин, непосредственно соединенных с электродами разрядной камеры 1, одна из шин соединена с анодом 6 разрядной камеры 1 и катодом сильноточного высоковольтного коммутатора 4, анод которого непосредственно механически и электрически соединен с выводами конденсаторов емкостного накопителя 2, присоединенными к плюсовой шине высоковольтного источника питания 3, шина, соединенная с анодом 6 и катодом сильноточного высоковольтного коммутатора 4 выполнена в виде замкнутой рамки, а вторая шина имеет П-образную форму и соединена с другими выводами конденсаторов емкостного накопителя и с катодом 9 разрядной камеры.The current-carrying line is made in the form of two parallel metal buses directly connected to the electrodes of the discharge chamber 1, one of the buses is connected to the anode 6 of the discharge chamber 1 and the cathode of the high-current high-voltage switch 4, the anode of which is directly mechanically and electrically connected to the capacitor terminals of the capacitive storage 2 connected to the positive bus of the high-voltage power supply 3, the bus connected to the anode 6 and the cathode of the high-current high-voltage switch 4 is made in the form of a closed circuit MCI, and the second bus is U-shaped and connected to other terminals of the capacitors of the capacitive storage and to the cathode 9 of the discharge chamber.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

С помощью механизмов перемещения (на чертеже не показаны) устанавливают пространственное расположение разрядной камеры 1 по отношению к объектам облучения. Управление импульсным источником проникающего излучения осуществляется дистанционно с пульта управления (на чертеже не показан).Using the mechanisms of movement (not shown) establish the spatial location of the discharge chamber 1 in relation to the objects of irradiation. The pulse source of penetrating radiation is controlled remotely from the control panel (not shown in the drawing).

После включения высоковольтного источника питания 3 происходит заряд конденсаторов емкостного накопителя 2. Система пуска коммутаторов 12 открывает сильноточный высоковольтный коммутатор 4, и заряженные конденсаторы емкостного накопителя 2 по шинам 5 токоподводящей линии разряжаются на разрядную камеру 1, в которой формируется разряд типа «плазменный фокус». Разрядная камера 1 подключается к шинам токоподводящей линии в соответствии с After turning on the high-voltage power supply 3, the capacitors of the capacitive storage 2 are charged. The start-up system of the switches 12 opens a high-current high-voltage switch 4, and the charged capacitors of the capacitive storage 2 are discharged to the discharge chamber 1 through the buses 5 of the current supply line, in which a plasma focus discharge is formed. The discharge chamber 1 is connected to the busbars of the power supply line in accordance with

полярностью высоковольтного источника питания 3 так, чтобы при срабатывании высоковольтного коммутатора 4 ток через разрядную камеру протекал от анода 6 к катоду 9, что обеспечивает нормальную ее работу.the polarity of the high-voltage power supply 3 so that when the high-voltage switch 4 is activated, current flows through the discharge chamber from the anode 6 to the cathode 9, which ensures its normal operation.

В процессе подготовки к работе импульсного источника проникающего излучения и его срабатывания осуществляется контроль рабочих параметров источника и получаемых данных по нейтронному излучению.In preparation for the operation of a pulsed source of penetrating radiation and its operation, the operating parameters of the source and the obtained data on neutron radiation are monitored.

После выключения высоковольтного источника напряжения положительный потенциал с обкладок конденсаторов емкостного накопителя 2 через высоковольтное реле 8 и разрядный резистор 7 системы электробезопасности обнуляется на шину нулевого потенциала.After turning off the high-voltage voltage source, the positive potential from the capacitor plates of the capacitive storage 2 through the high-voltage relay 8 and the discharge resistor 7 of the electrical safety system is reset to zero potential bus.

Замена токоподводящих кабелей на токоподводящие шины позволила снизить габаритные размеры импульсного источника и паразитную индуктивность схемы, т.е. повысить качественные показатели импульсного источника проникающего излучения.Replacing current-supply cables with current-conducting buses allowed to reduce the overall dimensions of the pulse source and the stray inductance of the circuit, i.e. to improve the quality indicators of a pulsed source of penetrating radiation.

Предлагаемый малогабаритный импульсный источник проникающего излучения позволяет получать по сравнению с известными источниками более высокие (~ в 2 раза) уровни потоков нейтронов.The proposed small-sized pulsed source of penetrating radiation makes it possible to obtain higher (~ 2 times) levels of neutron fluxes in comparison with known sources.

Импульсный источник проникающего излучения успешно прошел испытания в рабочем режиме, которые подтвердили высокие показатели выхода нейтронов.A pulsed source of penetrating radiation successfully passed tests in the operating mode, which confirmed the high neutron yield.

Сравнительные испытания известных и предлагаемого малогабаритного импульсного источника проникающего излучения показали, что при одинаковом выходе нейтронов предлагаемый импульсный источник проникающего излучения имеет объем и массу в 1,5-2 раза меньшие, а удельный энергетический выход нейтронов в 2 раза выше.Comparative tests of the known and proposed small-sized pulsed source of penetrating radiation showed that with the same neutron yield, the proposed pulsed source of penetrating radiation has a volume and mass of 1.5-2 times smaller, and the specific energy yield of neutrons is 2 times higher.

Claims

1. A small-sized pulsed source of penetrating radiation, made in the form of one or several modules, each of which contains a capacitive storage connected to a high-voltage power source and connected through a high-current high-voltage switch with a current-transmitting line, a discharge chamber in which a plasma focus discharge is formed , switch start-up system, characterized in that the current-transmitting line is made in the form of two parallel metal buses directly connected to the discharge electrodes of the nuclear chamber, one of the buses of the current transmission line is mechanically and electrically connected to the zero potential bus, the cathode of the high-current high-voltage switch and the anode of the discharge chamber, the switch anode is directly mechanically and electrically connected to the capacitor terminals of the capacitive storage connected to the "plus" of the high-voltage power supply, the second bus the transmission line is mechanically and electrically connected to other terminals of the capacitors of the capacitive storage and the cathode of the discharge chamber, electric the insulation, made in the form of a multilayer package of gaskets made of dielectric material, is located between the busbars of the transmission line, the busbars of the transmission line are galvanically connected to each other through a throttle, the electrical safety system introduced into the pulsed source of penetrating radiation is made of series-connected high-voltage relays and a discharge resistor connected between the connection point capacitor capacitor bank leads with high voltage power supply plus zero potential bus Ala to ensure the discharge of the capacitive storage after turning off the high-voltage power source.

2. The small-sized pulsed source of penetrating radiation according to claim 1, characterized in that the bus connected to the cathode of the switch is made in the form of a closed frame, and the second bus has a U-shaped shape.