Способ сборки запаянных нейтронных трубок
Владельцы патента RU 2357386:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (RU)
Изобретение относится к области ядерной техники, в частности к нейтронным генераторам, и может быть использовано в ряде приложений, например в нейтронных трубках, для каротажных исследований. Способ сборки запаянных нейтронных трубок включает изготовление трубчатого высоковольтного изолятора и металлических манжет, герметичное крепление манжет на концах трубчатого высоковольтного изолятора, временную установку источника ионов на одной манжете, а ускоряющего электрода на другой манжете, центририрование источника ионов относительно ускоряющего электрода, жесткое крепление источника ионов и ускоряющего электродов на манжетах и герметизацию трубки по краям манжет. Торцы трубчатого высоковольтного изолятора шлифуют до их плоскопараллельного положения, перпендикулярного оси трубчатого высоковольтного изолятора. Внутренний диаметр высоковольтного изолятора протачивают с обоих торцов. Источник ионов и ускоряющий электрод закрепляют на центральных частях воротниковых фланцев. Фланцы центрируют в проточках. Изобретение позволяет уменьшить относительное смещение источника ионов и ускоряющего электрода, уменьшить отклонения пучка от оси, увеличить выход нейтронов. 7 ил.
Изобретение относится к области ядерной техники, в частности к нейтронным генераторам, и может быть использовано в ряде приложений, например в нейтронных трубках, для каротажных исследований.
Известен способ изготовления газонаполненной нейтронной трубки, предусматривающий бомбардирование нейтронно-образующей мишени ионами дейтерия и дополнительно бомбардирование ионами более тяжелого газа, например аргона, ксенона, одновременно или попеременно с бомбардированием ионами дейтерия. Патент Российской Федерации №2052849, МПК: G21G 4/02, 1996 г.
Известен способ изготовления мишени нейтронной трубки. Способ включает в себя напыление титановой пленки на мишень внутри газонаполненной нейтронной трубки. Напыление производится на металлической основе мишени, которая нагрета до 500-650°С. Обеспечивается повышение термостойкости мишени. Патент Российской Федерации №2222064, МПК: G21G 4/02, 2004 г.
Известен способ сборки запаянной нейтронной трубки, включающий изготовление трубчатого высоковольтного изолятора и металлических манжет, герметичное крепление манжет на концах трубчатого высоковольтного изолятора, временная установка источника ионов на одной манжете, а ускоряющего электрода на другой манжете, центририрование источника ионов относительно ускоряющего электрода, жесткое крепление источника ионов и ускоряющего электродов на манжетах, герметизацию трубки по краям манжет. Прототип. Патент США №4996017, МПК: G21B 1/02, 1991.
При сборке и аналогов и прототипа существует типичная последовательность сборки запаянных нейтронных трубок: изготовление трубчатого высоковольтного изолятора и (металлических) манжет; герметичное закрепление манжет на концах трубчатого высоковольтного изолятора (если изолятор керамический, то это обычно пайка, а если стеклянный, то сварка); временное закрепление источника ионов на одной манжете, а ускоряющего электрода на другой манжете; центририрование источника ионов относительно ускоряющего электрода с помощью центрирующего стержня и жесткое закрепление источника ионов и ускоряющего электродов на манжетах (сварка источника и электрода с манжетами). После такой жесткой фиксации источника ионов и ускоряющего электрода на манжетах, центрирующий стержень извлекают из трубки; герметизация трубки по краям манжет.
Недостатком известных способов сборки нейтронной трубки является низкая эффективность и низкая величина выхода нейтронов из-за отклонения пучка ионов от оси и попадания части пучка на электроды из-за относительного смещения источника ионов и ускоряющего электрода друг относительно друга.
Источник и ускоряющий электрод смещаются из-за деформации манжет трубки в процессе изготовления и эксплуатации. Манжеты деформируются в процессе герметичного соединения манжет с изолятором, например в процессе пайки, при сварке элементов трубки, в процессе вакуумного отжига трубки, в процессе насыщения трубки дейтерием и тритием и в процессе эксплуатации трубки из-за нагревания ее элементов. При этом деформация манжет и смещение жестко прикрепленных к ним источника ионов и ускоряющего электрода являются следствием различия в коэффициентах линейного расширения материала, из которых изготовлены манжеты, и материала трубчатого изолятора и характерны для любых конструкций трубок. После извлечения центрирующего стержня, под действием механических напряжений в манжетах и электродах, происходит смещение источника ионов относительно ускоряющего электрода.
После сборки трубки осуществляют ее отжиг. На этапе отжига также происходит неконтролируемое смещение электродов. Таким образом, после сборки всей конструкции получаем трубку со смещенными относительно друг друга источником ионов и ускоряющим электродом. При работе трубки в результате перегрева отдельных ее узлов, в первую очередь источника ионов, происходит дополнительное смещение электродов.
Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом изобретения является уменьшение относительного смещения источника ионов и ускоряющего электрода, уменьшение отклонения пучка от оси, увеличение выхода нейтронов.
Технический результат достигается тем, что в способе сборки запаянных нейтронных трубок, включающем изготовление трубчатого высоковольтного изолятора и металлических манжет, герметичное крепление манжет на концах трубчатого высоковольтного изолятора, временную установку источника ионов на одной манжете, а ускоряющего электрода на другой манжете, центририрование источника ионов относительно ускоряющего электрода, жесткое крепление источника ионов и ускоряющего электродов на манжетах, герметизацию трубки по краям манжет, торцы трубчатого высоковольтного изолятора шлифуют до их плоскопараллельного положения, перпендикулярного оси трубчатого высоковольтного изолятора, протачивают внутренний диаметр высоковольтного изолятора с обоих торцов, закрепляют источник ионов и ускоряющий электрод на центральных частях воротниковых фланцев, которые и центрируют в проточках.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1-7.
На фиг.1 представлен первый этап - изготовление изолятора и металлических манжет, 1 - трубчатый высоковольтный изолятор, 2 - манжеты.
На фиг.2 представлен этап механической обработки трубчатого высоковольтного изолятора: плоскопараллельная шлифовка торцов и проточка внутреннего диаметра (допускается сквозная проточка), где 3 - торцы трубчатого изолятора, 4 - аксиальные проточки у торцов трубчатого изолятора 1.
На фиг.3 представлен этап крепления манжет 2.
На фиг.4 представлен этап ввода источника ионов и ускоряющего электрода в трубчатый изолятор с противоположных торцов, где 5 - источник ионов дейтерия, 6 - ускоряющий электрод.
На фиг.5 представлен этап установки источника ионов 5 и ускоряющего электрода 6 на торцах трубчатого высоковольтного изолятора 1 и центрирования в аксиальных проточках 4 воротниковых фланцев источника ионов дейтерия 5 и ускоряющего электрода, где 7 - центральная часть фланца, 8 - воротниковая часть фланца, 9 - тритиевая мишень, 10 - прижимное кольцо.
На фиг.6 представлен этап установки воротниковых фланцев с источником ионов дейтерия и с ускоряющим электродом, где 7 - центральная часть фланца, 8 - воротниковая часть фланца, 9 - тритиевая мишень, 10 - прижимное кольцо, 11 - проходной изолятор. Воротниковые части фланцев 8 зафиксированы в аксиальных проточках 4 трубчатого высоковольтного изолятора 1 и прижаты к его торцам 3 прижимными кольцами 10.
На фиг.7 представлен конечный вид запаянной нейтронной трубки, где 12 - крышка мишени, 13 - крышка источника ионов дейтерия.
Манжеты 2 герметично закрепляют (пайка) на торцах изолятора. При этом из-за различия в коэффициентах линейного расширения и металла, и диэлектрика происходит деформация манжет 2.
Плоскопараллельность оснований источника ионов дейтерия 5 и ускоряющего электрода 6 обеспечена тем, что воротниковые части фланцев 8 прижаты к торцам 3 трубчатого высоковольтного изолятора 1, расстояние между источником ионов дейтерия 5 и ускоряющим электродом 6 обеспечено неизменным расстоянием между торцами 3, к которым они прижаты. Соосность источника ионов дейтерия 5 и ускоряющего электрода 6 обеспечена соосностью аксиальных проточек 4, в которые плотно (в натяг) входят центральные части 7 воротниковых фланцев источника ионов дейтерия 5 и ускоряющего электрода 6.
Крышка мишени 12 (справа) и крышка источника 13 (слева) герметично соединяют с манжетами 2. Пружинные прижимные кольца 10 все время прижимают источник ионов дейтерия 5 и ускоряющий электрод 6 к шлифованным торцам 3 трубчатого высоковольтного изолятора 1, не позволяя им сдвинуться из аксиальных проточек 4. Благодаря этому достигается постоянное центрирование источника ионов дейтерия 5 относительно ускоряющего электрода 6.
Способ сборки запаянных нейтронных трубок, включающий изготовление трубчатого высоковольтного изолятора и металлических манжет, герметичное крепление манжет на концах трубчатого высоковольтного изолятора, временную установку источника ионов на одной манжете, а ускоряющего электрода на другой манжете, центрирование источника ионов относительно ускоряющего электрода, жесткое крепление источника ионов и ускоряющего электрода на манжетах, герметизацию трубки по краям манжет, отличающийся тем, что торцы трубчатого высоковольтного изолятора шлифуют до их плоскопараллельного положения, перпендикулярного оси трубчатого высоковольтного изолятора, протачивают внутренний диаметр высоковольтного изолятора с обоих торцов, закрепляют источник ионов и ускоряющий электрод на центральных частях воротниковых фланцев, которые и центрируют в проточках.
