RU65709U1

RU65709U1 - PLASMA SOURCE OF PASSING RADIATION

Info

Publication number: RU65709U1
Application number: RU2007118214/22U
Authority: RU
Inventors: Евгений Петрович Боголюбов; Александр Владимирович Голиков; Али Каюмович Дулатов; Юрий Константинович Пресняков; Борис Дмитриевич Лемешко; Валентин Иванович Рыжков; Павел Павлович Сидоров; Дмитрий Игоревич Юрков; Юрий Павлович Иванов
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2007-08-10

Abstract

Плазменный источник проникающего излучения относится к плазменной технике, к устройствам для генерирования нейтронных пучков, в частности, к генераторам разовых импульсов нейтронного и рентгеновского излучения, и может быть использован для проведения ядерно-физических исследований, изучения радиационной стойкости, например, элементов электронной аппаратуры, калибровки детекторов ионизирующих излучений. Полезная модель решает задачу увеличения ресурса плазменного источника проникающего излучения. Это достигается тем, что в плазменном источнике проникающего излучения, состоящем из газоразрядной камеры, заполненной изотопами водорода и содержащей газоразрядные электроды, и источника электрического тока, газоразрядные электроды газоразрядной камеры герметично закреплены в изоляторе, в состав газоразрядной камеры введен генератор газа, герметично установленный в отверстии корпуса газоразрядной камеры, рабочий элемент генератора газа насыщен изотопами водорода, а нагревательный элемент подключен через ключ к источнику электрического тока, обеспечивая при включенном состоянии разогрев рабочего элемента генератора газа, выделяющего изотопы водорода в объем разрядной камеры, а при выключенном источнике электрического тока холодный рабочий элемент поглощает изотопы водорода, а также примеси, которые выделяются при разряде с поверхностей электродов и изолятора.A plasma source of penetrating radiation relates to plasma technology, 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, calibration ionizing radiation detectors. The utility model solves the problem of increasing the resource of a plasma source of penetrating radiation. This is achieved by the fact that in a plasma source of penetrating radiation, consisting of a gas discharge chamber filled with hydrogen isotopes and containing gas discharge electrodes, and an electric current source, gas discharge electrodes of the gas discharge chamber are hermetically fixed in the insulator, a gas generator is introduced into the gas discharge chamber, which is hermetically installed in the hole the case of the gas discharge chamber, the working element of the gas generator is saturated with hydrogen isotopes, and the heating element is connected through a key to an electric source It ensures that, when the state is on, it warms up the working element of the gas generator emitting hydrogen isotopes into the volume of the discharge chamber, and when the source of electric current is off, the cold working element absorbs hydrogen isotopes and also impurities that are released during the discharge from the surfaces of the electrodes and the insulator.

Description

Полезная модель относится к плазменной технике, к устройствам для генерирования нейтронных пучков, в частности, к генераторам разовых импульсов нейтронного и рентгеновского излучения, и может быть использована для проведения ядерно-физических исследований, изучения радиационной стойкости, например, элементов электронной аппаратуры, калибровки детекторов ионизирующих излучений.The utility model relates to plasma technology, 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, calibrating ionizing detectors radiation.

Известен плазменный источник проникающего излучения (см., например, патент США №6297594, М Кл. Н05Н 1/46, публ. 2001), выполненный в виде плазменной разрядной камеры, заполненной изотопами водорода и содержащей газоразрядные электроды. Электроды разрядной камеры известного плазменного источника выполняются цилиндрическими или плоскими. При определенных условиях разряда, когда осуществляется кумуляция прямого Z-пинча, из разрядной камеры может быть получен нейтронный выход до 3·10¹⁰ нейтронов в импульсе при длительности импульса около 0,2 мкс.Known plasma source of penetrating radiation (see, for example, US patent No. 6297594, M CL. H05H 1/46, publ. 2001), made in the form of a plasma discharge chamber filled with hydrogen isotopes and containing gas discharge electrodes. The electrodes of the discharge chamber of a known plasma source are cylindrical or flat. Under certain conditions of the discharge, when the direct Z-pinch is cumulated, a neutron yield of up to 3 · 10 ¹⁰ neutrons per pulse can be obtained from the discharge chamber with a pulse duration of about 0.2 μs.

Известный источник характеризуется недостаточным удельным выходом излучения на единицу затраченной энергии и небольшим ресурсом работы (10-100 кумуляции Z-пинча с генерацией нейтронного и рентгеновского излучений). Кроме того, известный источник обладает значительными размерами, затрудняющими в ряде случаев его использование.A well-known source is characterized by insufficient specific output of radiation per unit of energy expended and a small work resource (10-100 cumulation of the Z-pinch with the generation of neutron and x-ray radiation). In addition, the known source has a significant size, making it difficult in some cases to use it.

В качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих конструктивных признаков принят плазменный источник проникающего излучения (см. патент РФ №347006, кл. Н05Н 1/06, 1970 г), состоящий из газоразрядной камеры, заполненной изотопами водорода и содержащей газоразрядные электроды, и источника электрического питания. Газоразрядная камера состоит из изолятора, выполненного из алунда, и газоразрядных электродов в виде коаксиально расположенных один в другом электропроводных тел вращения с криволинейной образующей, ввод внутреннего электрода имеет диаметр, меньший диаметра рабочей части электрода.A plasma source of penetrating radiation (see RF patent No. 347006, CL H05H 1/06, 1970), consisting of a gas discharge chamber filled with hydrogen isotopes and containing gas discharge electrodes, and an electric power source was adopted as the prototype for the largest number of coincident structural features. . The gas discharge chamber consists of an insulator made of alundum and gas discharge electrodes in the form of electrically conductive rotation bodies with a curvilinear generatrix coaxially arranged in one another, the input of the internal electrode has a diameter smaller than the diameter of the working part of the electrode.

Известный источник характеризуется небольшим ресурсом работы (10-100 кумуляции Z-пинча с генерацией нейтронного и рентгеновского излучений).A well-known source is characterized by a small resource of work (10-100 cumulation of the Z-pinch with the generation of neutron and x-ray radiation).

Предлагаемая полезная модель решает задачу увеличения ресурса плазменного источника проникающего излучения.The proposed utility model solves the problem of increasing the resource of a plasma source of penetrating radiation.

Для увеличения ресурса в плазменном источнике проникающего излучения, состоящем из газоразрядной камеры, заполненной изотопами водорода и содержащей газоразрядные электроды, и источника электрического тока, газоразрядные электроды газоразрядной камеры герметично закреплены в изоляторе, в состав газоразрядной камеры введен генератор газа, герметично установленный в отверстии корпуса газоразрядной камеры, рабочий элемент генератора газа насыщен изотопами водорода, а нагревательный элемент подключен через ключ к источнику электрического тока, обеспечивая при включенном состоянии разогрев рабочего элемента генератора газа, выделяющего изотопы водорода в объем разрядной камеры, а при выключенном источнике электрического тока холодный рабочий элемент поглощает изотопы водорода, а также примеси, которые выделяются при разряде с поверхностей электродов и изолятора.To increase the resource in a plasma source of penetrating radiation, consisting of a gas discharge chamber filled with hydrogen isotopes and containing gas discharge electrodes, and an electric current source, gas discharge electrodes of the gas discharge chamber are hermetically fixed in the insulator, a gas generator is introduced into the gas discharge chamber, which is hermetically installed in the hole of the gas discharge housing chamber, the working element of the gas generator is saturated with hydrogen isotopes, and the heating element is connected through a key to a source of electricity current, providing, when the state is switched on, heating of the working element of the gas generator emitting hydrogen isotopes into the volume of the discharge chamber, and when the source of electric current is off, the cold working element absorbs hydrogen isotopes, as well as impurities that are released during the discharge from the surfaces of the electrodes and insulator.

Схема плазменного источника проникающего излучения приведена на чертеже.A diagram of a plasma source of penetrating radiation is shown in the drawing.

Плазменный источник проникающего излучения содержит газоразрядную камеру, состоящую из двух коаксиально расположенных металлических электродов: The plasma source of penetrating radiation contains a gas discharge chamber consisting of two coaxially arranged metal electrodes:

внутренний электрод 1 является анодом, а внешний электрод 2 - катодом, генератор газа 3. Анод 1 и катод 2 герметично соединены с изолятором 4. На катоде 2 в непосредственной близости от изолятора 4 выполнены цилиндрические углубления 5 (зенковка). Цилиндрические углубления 5 расположены равномерно по окружности, центр которой находится на оси камеры. Разрядная камера через коаксиальные или плоские проводники соединена с малоиндуктивным разрядным контуром, который состоит из конденсаторной батареи 6, высоковольтного коммутатора 7, зарядного резистора 8, резистора 9, задающего потенциал на аноде 1, источник электрического тока 10 через ключ 11 соединен с нагревательным элементом генератора газа 3.the inner electrode 1 is the anode, and the outer electrode 2 is the cathode, gas generator 3. The anode 1 and cathode 2 are hermetically connected to the insulator 4. On the cathode 2 in the immediate vicinity of the insulator 4 are made cylindrical recesses 5 (countersink). The cylindrical recesses 5 are evenly spaced around a circle whose center is on the axis of the chamber. The discharge chamber through coaxial or flat conductors is connected to a low-inductance discharge circuit, which consists of a capacitor bank 6, a high-voltage switch 7, a charging resistor 8, a resistor 9 that sets the potential on the anode 1, the electric current source 10 is connected through a key 11 to the heating element of the gas generator 3.

Цилиндрические углубления 5, выполненные на катоде 2 разрядной камеры, необходимы для равномерного распределения тока в разрядной камере.Cylindrical recesses 5 made on the cathode 2 of the discharge chamber are necessary for uniform distribution of current in the discharge chamber.

Объем разрядной камеры заполнен изотопами водорода (дейтерием, смесью дейтерия и трития или тритием).The volume of the discharge chamber is filled with hydrogen isotopes (deuterium, a mixture of deuterium and tritium, or tritium).

Работает плазменный источник следующим образом:The plasma source works as follows:

При срабатывании высоковольтного коммутатора 7 заряженные конденсаторы конденсаторной батареи 6 разряжаются на разрядную камеру, в которой формируется разряд типа «плазменный фокус». В результате вблизи изолятора 4 происходит разряд с образованием цилиндрической плазменной оболочки. Под действием электродинамических сил плазменная оболочка отходит от изолятора 4 и движется с ускорением по межэлектродному зазору к области фокусировки 12 («плазменный фокус»), которая находится на оси разрядной камеры вблизи поверхности анода 1. Формирующийся «плазменный фокус» является источником нейтронов и рентгеновских лучей.When the high-voltage switch 7 is activated, the charged capacitors of the capacitor bank 6 are discharged to the discharge chamber, in which a discharge of the type "plasma focus" is formed. As a result, a discharge occurs near the insulator 4 with the formation of a cylindrical plasma shell. Under the action of electrodynamic forces, the plasma shell moves away from the insulator 4 and moves with acceleration along the interelectrode gap to the focusing area 12 (“plasma focus”), which is located on the axis of the discharge chamber near the surface of the anode 1. The formed “plasma focus” is a source of neutrons and x-rays .

В нерабочем состоянии плазменного источника проникающего излучения изотопы водорода содержатся в генераторе газа 3. Рабочий элемент генератора газа 3 представляет собой, например, мелкодисперсный порошок титана, спрессованный в виде тонкостенного цилиндра. Внутри цилиндра располагается нагревательный элемент, выполненный в виде нити накала, состоящей, например, из сплава Re (20%) и W (80%), покрытого слоем алунда. Если насытить рабочий элемент генератора газа 3 изотопами водорода до степени насыщения <1, а затем подогревать его, пропуская ток от источника электрического тока 10 через нить накала, то возможно выделение газа в объем разрядной камеры. Насыщение более единицы нежелательно из-за возможности разрушения рабочего элемента. При выключенном токе рабочий элемент генератора In the idle state of the plasma source of penetrating radiation, hydrogen isotopes are contained in the gas generator 3. The working element of the gas generator 3 is, for example, finely dispersed titanium powder, pressed in the form of a thin-walled cylinder. Inside the cylinder is a heating element made in the form of a filament, consisting, for example, of an alloy of Re (20%) and W (80%), coated with a layer of alunda. If the working element of the gas generator is saturated with 3 isotopes of hydrogen to a degree of saturation <1, and then heated, passing the current from the source of electric current 10 through the filament, then gas may be released into the volume of the discharge chamber. Saturation of more than one is undesirable due to the possibility of destruction of the work item. When the current is off, the working element of the generator

газа 3 охлаждается и поглощает изотопы водорода, а также примеси, которые выделяются при разряде с поверхностей электродов и изолятора. При следующем подключении источника электрического тока 10 к нагревательному элементу генератора газа 3 с его рабочего элемента выделяются только изотопы водорода, т.к. тяжелые примеси газа при заданном режиме нагрева генератора газа при повторном нагревании остаются в рабочем элементе в связанном состоянии.gas 3 is cooled and absorbs hydrogen isotopes, as well as impurities that are released during discharge from the surfaces of the electrodes and the insulator. The next time the electric current source 10 is connected to the heating element of the gas generator 3, only hydrogen isotopes are released from its working element, because heavy gas impurities at a given heating mode of the gas generator during re-heating remain in the working element in a bound state.

В результате происходит увеличение ресурса работы камеры.As a result, the life of the camera increases.

Ресурс камеры с генератором газа, как показали исследования, составляет 10³включений, что в 3-4 раза больше ресурса плазменного источника проникающего излучения без генератора газа.Resource of the chamber with a gas generator, as shown by studies, is 10 ³ inclusions, which is 3-4 times more than the resource of a plasma source of penetrating radiation without a gas generator.

Claims

A plasma source of penetrating radiation, consisting of a gas discharge chamber filled with hydrogen isotopes and containing gas discharge electrodes, and an electric current source, characterized in that the gas discharge electrodes of the gas discharge chamber are hermetically fixed in the insulator, a gas generator is introduced into the gas discharge chamber, which is hermetically installed in the hole of the gas discharge housing chamber, the working element of the gas generator is saturated with hydrogen isotopes, and the heating element is connected through a key to a source of electric about the current, providing, when the state is on, heating of the working element of the gas generator that releases hydrogen isotopes into the volume of the discharge chamber, and when the source of electric current is off, the cold working element absorbs hydrogen isotopes, as well as impurities that are released during the discharge from the surfaces of the electrodes and the insulator.