Импульсный генератор нейтронов

 

Использование: ядерная геофизика и другие области нейтронной техники. Сущность изобретения: генератор содержит импульсный двухобмоточный трансформатор, совмещенный с формирующей линией с наполнителем , электрод формирующей линии которого соединен с анодом, на котором установлена ионообразующэя мишень. Анод снабжен дугообразными электродами и размещен в зоне вакуумной камеры генератора с цилиндрическим корпусом . Симметрично с дугообразными электродами на внутренней поверхности корпуса-катода установлена нейтронообразующая -мишень. Между,анодом и катодом установлена антидинаторная магнитная система в виде спирали заданного диаметра. Генератор снабжен источником лазерного излучения с системой его фокусировки на мишень и сканирования излучения по ее поверхности, а также каналом транспортировки ускоренных ионов. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 5044905/25 (22) 01.06,92 (46) 07.06.93. Бюл. 3Ф 21 (76) К.И.Кожовский и И.К.Новиков .(56) 1. Кирьянов Г.И. Сб. Ядернофизические методы анализа вещества. М.: Атомиздат, 1971, с.279-287.

2. Авторское свидетельство СССР

М 7 6048, кл. G 21 G 4/02, 1979., (54) ИМПУЛЪСНЫЙ ГЕНЕРАТОР НЕЙ ГРОНОВ (57) Использование: ядерная геофизика и другие области нейтронной техники. Сущность изобретения: генератор содержит импульсный двухобмоточный трансформатор, совмещенный с формирующей линией с наа

Изобретение относится к нейтронной технике, к области конструирования средств формирования потоков нейтронного излучения и может быть использовано в ядерной геофизике„в нейтронно-активационном анализе и в других областях ядерной техники и технологии.

Целью изобретения является повышение потока генерируемых нейтронов при снижении электропотребления и габаритов генератора. Кроме того, целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем получения дополнительно ионного выхода.

На фиг. 1 представлена конструкция заявленного, генератора; на фиг.2 — геометрические параметры электродных систем.

„„50 „„1820946АЗ (я)з G 21 G 4/02, H 05 Н 5/00 ь полнителем, электрод формирующей линии которого соединен с анодом, на котором установлена ионообразующая мишень, Анод снабжен дугообразными электродами и размещен в зоне вакуумной камеры генератора с цилиндрическим корпусом . Симметрично с дугообразными электродами на внутренней поверхности корпуса-катода установлена нейтронообразующая . мишень.

Между, анодом и катодом установлена антидинаторная магнитная системз в виде спирали з.аданного диаметра. Генератор смабжен источником лазерного излучения с сйстемой его фокусировки на мишень и сканирования излучения по ее поверхности, а также каналом транспортировки ускоренных ионов. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

На фиг. 1 показаны блок 1 питания им- ь пульсного разрядника, состоящего из им- р пульсного трансформатора, формирующей линии и лазерного плазмообразователя, блок 2 импульсного питания антидинаторной магнитной системы, сердечники 3 двухобмоточного трансформатора, изоляторы 4, Ь электрод 5 формирующей линии импульсно- О го разрядника, трансформаторный наполнитеяь 6, аноду, ионообрааующая мишень

8, дугообразный электрод 9, лазерная плазма 10 (ее контур), оптическое окно 11 для лазерного излучения, система 12 сканирования и. фокусировки лазерного излучения, импульсно-периодический лазер 13, спираль 14 магнитной системы, нейтронообразующая мишень 15, вакуумная камера 16, 1820946

10

20 а — «1: -«1:

Rs Ra

Rc 4

1;

005< " < 020

Вс а

«1

Rc Rs система 17 вакуумироаания (вакуумный насос), пульт 18 управления, корпус 19 нейтронного генератора, катодный носитель 20 нейтронообразующей мишени, первая обмотка 21 трансформатора, вторая обмотка

22 трансформатора, канал 23 транспортировки ионов, механизм 24 разворота анодной мишени.

Согласно заявленному предложению в известный импульсный генератор нейтронов внесены конструктивные изменения, относящиеся, в частности, к выполнению магнитной антидинаторной системы импульсного разрядника, Магнитная система выполнена в виде спирали 14 с радиусом Rc и длиной 4: и установлена между электродами 7 и 20 ионоускоряющей электродной системы в вакуумной камере 16 так, что ее спираль создает локализованное магнитное поле вокруг витков с прозрачностью порядка 9095 . Укаэанный фактор появляется, в частности, из-за влияния окружающего спираль катодного носителя 20 нейтронообразующей мишени, служащего в данном случае короткозамкнутым витком. Спираль 14 располагают в центре электродной системы с охватом нейтронообразующей мишени 15 по ее длине L, когда Lc > LM.

Для создания импульсного ускоряющего напряжения на аноде 7 использован двухобмоточный трансформатор с сердечниками 3 из тонкого ферромагнитного железа, пермаллоя или другого аналогичного материала. Трансформатор использован с наполнителем 6, в качестве которого может служить масло, глицерин, деионизованная вода. В качестве формирующих разряд линий служат корпус 19 и электрод 5, соединенный с анодом 7, Зона расположения трансформатора с наполнителем изолирована от вакуумной камеры 16 и от окружающей среды изоляторами 4.

Трансформатор, таким образом, обес: печивает зарядообразующий потенциал на . емкости из электродов 19 и 5 с диэлектриком в виде наполнителя 6, а при самом разряде — необходимый импульс ионоускоряющего напряжения в зоне электродов 7, 20. Благодаря синхронизированному . лазерному облучению ионообразующей мишени 8 на аноде 7, соединенном с электродом 5 формирующей линии, в зоне анода возникает плазма, способствующая предпробойному разряду и, как следствие, обострению фронта импульса напряженности ускоряющего электрического поля. т.е. возникает режим извлечения и ускорения ионов от лазерной плазмы к катоду..

Генератор дополнительно содержит несколько дугообразных электродов Q, соединенных концевыми участками с анодом.

Радиус дугообразного электрода г д и средний радиус самой дуги Яд - Ra, а также радиусы анода Ra и катода RK подбираются специальными.

Установлено, что наиболее благоприятный режим работы генератора устанавливается, если дугообразные электроды выбраны в количестве двух-трех, при диаметре электрода 9

d = 2гэд- 0,2-0,8 мм, Для создания вышеприведенных соотношений форму корпуса в зоне вакуумной камеры желательно выбрать типа "Реал" (см,фиг.2).

Устройство работает следующим образом.

С помощью системы 17 вакуумирования в камере 16 создают требуемой степени вакуум. а блоками 1 и 2 питания обеспечивают электрическое питание импульсного разрядника и спирали 14 магнитной системы. В заданный момент времени, формируемый с помощью пульта 18 управления, облучают ионообразующую мишень 8 импульсом лазерного излучения от источника этого излучения — лазера 13. Лазерное излучение фокусируется на поверхность мишени 8 и сканируется по ее поверхности с помощью системы 12 сканирования и фокусировки.

Излучение попадает в вакуумную камеру через оптическое окно 11. Процессы зарядки импульсного разрядника, включение магнитной системы и лазерного облучения строго синхронизированы с помощью пульта 18 управления с заданными временами задержки.

При лазерном облучении мишени 8 возникает ионно-электронное образование— плазма. Чтобы получить требуемую ионную составляющую плазмы мишени насыщают соответствующими атомами или их соединениями (для бомбардировки нейтронообразующей мишени, например, BegTiD, ZrO, С02), Распространяясь в вакуумной камере с соответствующим контуром фронта распространения (см.фиг.1, поз,10), плазма как бы создает эффект расширяющегося анода, благодаря чему она выступает в роли спу1820946

15 портировки при значительном уменьшении потока нейтронов. Выбор материала ионообразующей мишени при этом обуславливается параметрами формируемого ионного

20 . потока (зарядом, массой).

30

40

55 скового механизма импульсного разрядника, Ионы плазмы под действием возникающего импульса высокой напряженности электрического поля ускоряются, приобретая соответствующую энергию и направление. Более конкретно дейтроны начинают бомбардировать нейтронообразующую мишень 15. Синхронно с ускоряющим импульсом через спираль 14 пропускают импульс тока. При этом в катодном носителе (например, на основе меди) возбуждается электри-. ческий ток, который своим магнитным полем запирает вторичные электроны в промежутке между мишенью 15 и спиралью 14.

Запирание вторичных электронов в указанном промежутке позволяет в несколько раз уменьшить электронный ток на анод 7, что приводит к уменьшению электропотребления. Одновременно уменьшается степень разогрева системы анод-мишень и увеличивается, как следствие, ресурс указанной системы. Магнитное поле тока по спирали 14 запирает вторичные электроны, испускаемые и самой спиралью.

Проволочные дугообразные электроды создают нужное распределение электрического потенциала еще до образования лазерной плазмы, предотвращая тем самым фокусировку вторичных электронов на ионообразующей мишени при повышении напряжения на аноде (фронт нарастания напряжения на аноде обычно превосходит 20 мкс при полном напряжении U 1 — 2 мВ, а лазерная плазма и магнитная изоляция ра-. ботают в течение 1 мкс). Кроме это о, такая система с прозрачным сеточным анодом работает как отражательный триол, где подавляется ток электронов в ускоряющей электронной системе.

Комбинированное запирание вторичных электронов а зонах обеих мишеней значительно увеличивает изоляционные свойства ускорительной части генератора, позволяя уменьшить его габариты при увеличении параметров формируемых импуль- 4 сных потоков нейтронов и уменьшении потребляемой энергии, Исследованиями установлено, что при параметрах генератора Ra"-0,5-2 см, Rc 10 — 12 см, R 11-14 см, d-0,2-0,8мм, 50

dc 0,8 — 1,2 мм. Ic - 12 — 20 см, где dc — диаметр спирали 14; 1с — длина спирали, и накопительной емкости импульсного разрядника

С -"1000 пф можно получить импульсные потоки нейтронов рп = 10 — 10 нейтр/имп с длительностью 0,5-1 мкс и частотой следования импульсов 10 — 100 Гц при ресурсе Не-. прерывной работы более 100 ч без замены мишени. Причем данный генератор по сравнению с аналогами имеет повышенную безопасность из-эа отсутствия радиоактивных,. например тритиевых, мишеней, В случае использования генератора а качестве ускорителя ионов он снабжается каналом 23 транспортировки ионов, механизмом 24 разворота анодной мишани в положении, когда нормаль к мишени направлена вдоль оси канала транспортировки. В такой геометрии фронт распространения лазерной плазмы вытянут в сторону этой нормали, а ускоренные ионы приобретают преимущественное направление распространения вдоль канала трансФормула изобретения

Импульсный генератор нейтронов, содержащий ионоускоряющую систему, расположенную в вакуумироаанном корпусе цилиндрической геометрии, ионообразующую и нейтронообраэующую мишени соответственно на аноде и катоде электродной системы, причем анод размещен на оси катода с радиусом йк, в качестве которого служит корпус, а мишень на его внутренней поверхности образует цилиндрический слой с длиной L<, лазерный плазмообразователь с системой сканирования и фокусировки лазерного излучения на анодную мишень, импульсный разрядник, синхронизированный с лазерным плазмообраэователем и включенный между источником высоковольтного напряжения и ионоускоряющей электродной системой, "антидинаторную" магнитную систему. создающую магнитное поле в зоне формирования ионного потока, отличающийся тем, что, с целью повышения потока генерируемых нейтронов при снижении электропотребления и габаритов генератора, в качестве магнитной системы использована спираль длиной Lc и радиусом Rc, установленная внутри катода, служащего короткозамкнутым витком вокруг спирали, симметрично оси катода и его части с нейтронообразующей мишенью при условии 4: > L<, анод снабжен дополнительно дугообразными проволочными электродами, установленными внутри спирали в центре симметрии при заданном соотношении геометрических параметров Яа, Йс, Rg, причем Ra определяется радиусом конструкции из дугообразных электродов, а импульсный разрядник аыполнен в режиме лазерно-плазменной разрядки в зоне электродной системы, для чего

1820946

М-«1; а- «1;

- Ва, f4

c . к

0,5< @- -<.0.2 йв-Re

Йа — е

Составитель K.Êoçëîâñêèé

Техред М.Моргентал Корректор M.Ïåòðoâà

Редактор

Заказ 2042 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбйнат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 внутри корпуса в смежной с зоной электродной системы сформирована изолированная от нее разрядообразующая зона. содержащая двухобмоточный импульсный трансформатор с наполнителем в качестве источника .высоковольтного напряжения и внутренний электрод формирующей линии, закрепленный на изоляторе, продолжением

«оторого служит анод электродной еистемы.

2.Генерато рпоп.1,отличающийся тем, что геометрические napaMmp заданы . условиями

3. Генератор поп.1,отличающийся тем, что дугообразные проволочные элект, роды выбраны в количестве 2-3 с радиусом гэд - 0,1-0,4 мм.

5 4.Генераторпоп,1,отличающийся тем, что в качестве наполнителя трансформатора использовано масло либо глицерин, либо деионизованнэя вода.

5. Генераторпоп.1,отличающийся

10 тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем дополнительного получения ионного выхода, генератор снабжен каналом транспортировки ионов, г1ри . этом нормаль к ионообразующей MHLUBHN

15 направлена вдоль оси канала, э сама мивень расположена осесимметрично по отношению к каналу транспортировки и содержит атомы требуемых ионов..