Газонаполненная нейтронная трубка с источником пеннинга

Авторы патента:

H05H3/06 - генерирование нейтронных пучков (мишени для проведения ядерных реакций H05H 6/00; источники нейтронов G21G 4/02)

Владельцы патента RU 2372755:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (RU)

Изобретение относится к ускорительным трубкам для получения нейтронов при проведении неразрушающего элементного анализа вещества и проведения физических исследований нейтронно-радиационными методами. Газонаполненная нейтронная трубка с ионным источником Пеннинга с термокатодом выполнена в виде герметичной металлостеклянной колбы. В колбе расположены мишень, ионнооптическая система, источник ионов, генератор рабочего газа и газопоглотитель. Газопоглотитель установлен на одном из вводов ножки газонаполненной нейтронной трубки, содержит встроенный термоподогреватель и выполнен в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой от 100 до 350 мг. Изобретение позволяет повысить электрическую прочность ионнооптической системы трубки с ионным источником Пеннинга и горячим катодом, а также увеличить нейтронный поток и ресурс. 1 табл., 1 ил.

Известны нейтронные трубки с ионным источником Пеннинга с термокатодом, выполненные в виде герметичной колбы, состоящей из металлостеклянной оболочки и металлостеклянной или металлокерамической ножки, в которой расположены мишень, ионнооптическая система, источник ионов и генератор рабочего газа, одновременно служащий и газопоглотителем остаточных газов. P.O.Howkins, Rev. Sci. Instr., 31, 3, 241 (1960). Academia R.P.R., Bucharest, Institutul de Fisica Atomics, 1967, 46p, Dep.

Известен ионный источник Пеннинга с термокатодом, содержащий катод с вольфрамовой спиралью, разогреваемой при работе нейтронной трубки до температуры 2100°С, антикатод с отверстием для выхода ионов в ионнооптическую систему трубки, анод, генератор газа и магнит. На анод ионного источника Пеннинга с термокатодом подают постоянное или импульсное напряжение. P.O.Houkins, Rev. Sci. Instr., 31, 3, 241 (1960).

При работе трубок с ионным источником Пеннинга с термокатодом из-за выделения катодом дополнительного тепла, потребляемая катодом мощность 10-15 Вт, протекает процесс выделения остаточных газов (азота, кислорода, окислов углерода и азота, карбидов) из деталей нейтронной трубки. За счет разбавления рабочего газа остаточными газами снижается электрическая прочность трубки, уменьшается нейтронный поток за счет набивки мишени остаточными газами, уменьшается ресурс работы.

Известна газонаполненная нейтронная трубка. Нейтронная трубка представляет собой миниатюрный линейный ускоритель ионов, с одной стороны которого расположен ионный источник, а с другой - мишень. Генерация нейтронов происходит в результате реакции (d,n), при бомбардировке ускоренными ионами мишени. Получаемые при этом нейтроны имеют энергию 2,5 МэВ для реакции D(d, n)He³ и 14 МэВ для реакции T(d, n)He⁴. Нейтронная трубка имеет три основных узла: ионный источник, ионнооптическая система, мишенный узел. В качестве ионного источника в трубке применен ионный источник типа Пеннинга с холодным катодом. Рабочий газ (дейтерий, либо смесь дейтерия и трития) содержится в натекателе. На анод ионного источника подают модуляционное напряжение с частотой следования f от 400 Гц до 10 кГц с длительностью от 100 до 20 мкс соответственно. Сборник материалов межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». М.: ВНИИА, 2003. С.12.

Известен генератор нейтронов в герметичной трубке, содержащий герметичную оболочку, источник ионов Пеннинга, источник газа (натекатель), ускоряющий электрод и мишень. Источник ионов Пеннинга и ускоряющий электрод установлены в газонепроницаемой оболочке, источник газа закреплен в камере. Блок вывода и фокусировки ионного пучка расположен между источником ионов Пеннинга и ускоряющим электродом. Генератор содержит газопоглотитель, закрепленный в камере для источника ионов. Патент Российской Федерации №2199136, МПК: H05H 3/06, 2003 г. Прототип.

Нейтронные трубки с термокатодом имеют невысокую электрическую прочность при работе при ускоряющих напряжениях свыше 100 кВ и ограниченные возможности для получения повышенных нейтронных потоков более 10⁹н/c.

Данное изобретение исключает указанные недостатки.

Техническим результатом изобретения является: повышение электрической прочности ионнооптической системы трубки с ионным источником Пеннинга с горячим катодом, увеличение нейтронного потока и ресурса работы.

Технический результат достигается тем, что в газонаполненной нейтронной трубке с ионным источником Пеннинга с термокатодом, выполненной в виде герметичной металлостеклянной колбы, в которой расположены мишень, ионнооптическая система, источник ионов, генератор рабочего газа и газопоглотитель, газопоглотитель выполнен в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой от 100 до 350 мг и содержит встроенный термоподогреватель.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлен поперечный разрез устройства, где: 1 - металлостеклянная оболочка, 2 - металлокерамическая ножка, 3 - мишень, 4 - ионнооптическая система, 5 - источник ионов, 6 - генератор газа (натекатель), 7 - катод, 8 - антикатод с отверстием для выхода ионов в ионнооптическую систему, 9 - анод, 10 - магнит, 11 - термокатод с вольфрамовой спиралью, 12 - термогазопоглотитель.

Устройство работает следующим образом.

Через термокатод с вольфрамовой спиралью 11 ионного источника 5 пропускают электрический ток величиной 2А при напряжении порядка 6 В. Термокатод с вольфрамовой спиралью 11 излучает термоэлектроны и обеспечивает при подаче на анод 9 напряжения 200 В электронный ток величиной около 20 мА. Одновременно с включением термокатода с вольфрамовой спиралью 11 на термогазопоглотитель 12 подают напряжение величиной порядка 7 В (ток, протекающий через термогазопоглотитель 12, составляет величину порядка 0,45А), что обеспечивает температуру термогазопоглотителя 12 в виде титановой втулки порядка 700°С.

На анод 9 источника ионов 5 подают модуляционные импульсы амплитудой 200 В, длительностью 20 мкс и частотой следования импульсов 10 кГц (этот режим наиболее благоприятен при проведении радиационного анализа вещества). Магнитное поле, образуемое магнитом 10 с магнитной индукцией 40-60 мТл, обеспечивает в рабочей области источника ионов 5 осцилляцию (по спиралеобразным траекториям) от антикатода 8 с отверстием для выхода ионов в ионнооптическую систему к катоду 7 электронов, рождаемых термокатодом с вольфрамовой спиралью 11. При пропускании через генератор газа (натекатель) 6 тока порядка 0,2-0,3 А из генератора выделяются тритий и дейтерий, осциллирующие электроны, взаимодействуя с рабочим газом, обеспечивают в источнике ионов 5 возникновение ионов, попадающих в выходное отверстие антикатода 8. Благодаря наличию обратной связи между возникающим током через источник ионов 5, имеющим амплитуду в импульсе порядка 20 мА, и током через генератор газа, рабочее давление в трубке стабилизируется на уровне порядка 5.10^-2мм рт.ст.

Термогазопоглотитель 12 в нагретом состоянии обеспечивает поглощение при температуре 700°С выделяемых при работе трубки остаточных газов, таких как кислород, азот, углекислый газ, окислы азота. Рабочие газы (дейтерий и тритий) при такой температуре термогазопоглотителем 12 в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой от 100 до 350 мг не поглощаются.

Газонаполненная нейтронная трубка с источником Пеннинга способна при напряжении 120-125 кВ и среднем токе порядка 350 мкА генерировать нейтронные потоки выше 2.10⁹н/c и обеспечить среднюю наработку порядка 200 часов. Сорбционная емкость термогазопоглотителя 12 зависит от его массы. Наиболее приемлемой для газонаполненной нейтронной трубки, рассчитанной на обеспечение нейтронного потока порядка 2.10⁹ н/с при выделяемой мощности порядка 50 Вт, является масса порядка 100-350 мг.

Температуру термогазопоглотителя 12 в процессе работы трубки поддерживают на уровне 700°С. При такой температуре рабочее тело термогазопоглотителя 12 - втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой в пределах 100-350 мг обеспечивает поглощение всех остаточных газов, находящихся в трубке. Термогазопоглотитель 12 наиболее удобно установить на одном из вводов ножки газонаполненной нейтронной трубки.

Выделение и поглощение изотопов водорода (50% T₂ и 50% D₂) происходит через генератор газа (натекатель) 6 при температуре около 300°С. Это обеспечивает нахождение в объеме работающей газонаполненной нейтронной трубки при давлении около 5.10^-2 мм рт.ст. очищенных от примесей рабочих газов (дейтерия и трития).

Устройство обеспечивает электрическую прочность ионно-оптической системы 4 трубки более 140 кВ, генерирует нейтронный поток на уровне 2.10⁹ н/с и сохраняет его при длительной работе (более 200 часов).

Рабочие параметры предлагаемой нейтронной трубки (в сравнении с трубкой, не имеющей термогазопоглотителя 12) представлены в таблице.

Таблица
№№ пп	Параметр	Трубка с термокатодом и термогазопоглотителем (предлагаемый вариант)	Трубка с термокатодом (без термогазопоглотителя)
1	Ускоряющее напряжение (кВ)	120-130	100
2	Ток, протекающий через трубку (мкА)	300-400	180-200
3	Нейтронный поток (10⁹н/с)	~2	~0,7
4	Ресурс	~200	~150

Газонаполненная нейтронная трубка с ионным источником Пеннинга с термокатодом, выполненная в виде герметичной металлостеклянной колбы, в которой расположены мишень, ионно-оптическая система, источник ионов, генератор рабочего газа и газопоглотитель, отличающаяся тем, что газопоглотитель установлен на одном из вводов ножки газонаполненной нейтронной трубки, содержит встроенный термоподогреватель и выполнен в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой от 100 до 350 мг.

Похожие патенты:

Запаянная нейтронная трубка // 2362278

Изобретение относится к запаянным нейтронным трубкам и может быть использовано в генераторах нейтронов для исследования геофизических и промысловых скважин. .

Генератор нейтронов // 2357387

Изобретение относится к генераторам нейтронов и может быть использовано в нейтронном каротаже, в нейтронном активационном анализе, в лучевой терапии. .

Способ сборки запаянных нейтронных трубок // 2357386

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.

Импульсный нейтронный генератор // 2356192

Изобретение относится к устройствам импульсных излучателей-генераторов разовых или многоразовых импульсов нейтронного и рентгеновского излучения. .

Малогабаритный импульсный источник проникающего излучения // 2338339

Изобретение относится к генераторам разовых импульсов нейтронов и рентгеновского излучения и предназначено для проведения ядерно-физических исследований, изучения радиационной стойкости и генерирования нейтронных пучков.

Импульсный источник проникающего излучения // 2335100

Изобретение относится к устройствам для генерирования нейтронных пучков, в частности к генераторам разовых импульсов нейтронного и рентгеновского излучения. .

Нейтронопродуцирующий мишенный узел // 2326513

Изобретение относится к ядерной физике и медицине и может быть применено в источниках нейтронов, выполненных на основе ускорителей заряженных частиц. .

Вакуумная нейтронная трубка // 2316835

Изобретение относится к устройствам для генерации импульсных потоков быстрых нейтронов, в частности к малогабаритным отпаянным ускорительным трубкам, и может быть использовано в ускорительной технике или в геофизическом приборостроении, например, в импульсных генераторах нейтронов народно-хозяйственного назначения, предназначенных для исследования скважин методами импульсного нейтронного каротажа.

Устройство расщепления для создания нейтронов // 2280966

Изобретение относится к устройствам для генерирования нейтронных пучков. .

Нейтронный генератор // 2273118

Изобретение относится к области ядерной техники, в частности к нейтронным генераторам, и может быть использовано, например в нейтронных трубках, для каротажных исследований.

Газонаполненная нейтронная трубка // 2451433

Изобретение относится к отпаянным нейтронным трубкам и может быть использовано в генераторах нейтронов для проведения неразрушающего элементного анализа вещества и проведения исследований нейтронно-радиационными методами, в т.ч

Газодинамический способ регистрации шариков, движущихся в цилиндрической трубе // 2487430

Изобретение относится к средствам контроля движения гранулированных твердых тел по тракту пневмотранспортирования

Генератор нейтронов // 2491796

Способ генерирования импульсного потока частиц высокой энергии и источник частиц для осуществления такого способа // 2496284

Изобретение относится к области плазменной техники. Способ генерирования импульсного потока высокоэнергичных частиц, содержащий следующие этапы: инициирование ионной плазмы на первом электроде (111) в вакуумной камере (110) и обеспечение возможности развития указанной плазмы по направлению ко второму электроду (112) в указанной вакуумной камере, подача короткого импульса высокого напряжения между указанными электродами в промежутке времени, при котором указанная ионная плазма находится в переходном состоянии с пространственным распределением ионов или электронов на расстоянии от указанного второго электрода, с целью ускорения указанных распределенных ионов или электронов по направлению к указанному второму электроду, благодаря чему генерируется высокоэнергетический поток заряженных частиц, в то же время преодолевается предел тока, связанный с пространственным зарядом, обычного вакуумного диода и генерирование указанных частиц высокой энергии на указанном втором электроде (112). Технический результат - повышение плотности тока в течение ультракороткого импульса. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Маломощные генераторы нейтронов // 2502239

Изобретение относится к генератору нейтронов и способу его конструирования. Генератор включает в себя решетку, выполненную с возможностью выработки ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с ней. Катод испускает электроны для нагрева решетки и столкновений с выработанными атомами ионизируемого газа для образования ионов. Нейтроны образуются от столкновения ионов, падающих на мишень в генераторе. Инструмент для подземного использования, включающий в свой состав генератор нейтронов. Техническим результатом является обеспечение возможности работы с различными типами источников и при различных условиях. 1 н. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.

Генератор нейтронов // 2540328

Изобретение относится к генераторам нейтронов и может быть использовано для нейтронного анализа веществ, материалов и изделий, для лучевой нейтронной терапии, а также для моделирования нейтронных полей термоядерных устройств. Технический результат - повышение надежности и уменьшение габаритов генератора нейтронов. В генераторе нейтронов в объеме заземленного корпуса размещен изолированный и проходящий через объем контейнера проводящий стержень, концы которого электрически соединены с корпусом, две тороидальные обмотки на кольцевых сердечниках, охватывающих проводящий стержень, одна из которых расположена у проводящего заземленного корпуса и подключена к выходу заземленного источника переменного напряжения, а вторая размещена в проводящем контейнере и подключена к входу блока питания. 1 ил.

Запаянная нейтронная трубка // 2540983

Изобретение относится к устройствам для получения нейтронов и может быть использовано для нейтронного анализа для лучевой нейтронной терапии, а также для моделирования нейтронных полей термоядерных устройств. Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности источника ионов запаянной нейтронной трубки и увеличение потока нейтронов. Технический результат достигается тем, что в запаянной нейтронной трубке между корпусом источника ионов и анодом параллельно оси трубки установлен трубчатый изолятор, по всей длине, кроме концов, покрытый проводящим слоем, электрически соединенным с катодом, а внутри трубчатого изолятора расположен проволочный проводник, соединенный с вытягивающим электродом и выводом проходного изолятора. 1 ил.

Импульсный генератор нейтронов // 2556038

Изобретение относится к области прикладной ядерной физики, конкретно, к устройствам для генерации импульсных нейтронных потоков, предназначенных для использования в прикладных задачах науки и техники, например, для геофизических применений. Импульсный генератор нейтронов состоит из источника импульсного высоковольтного напряжения и вакуумной камеры, содержащей катод и анод, анод выполнен в виде полой тороидальной азимутально-симметричной конструкции из двух пластин кольцевой конфигурации с внешним радиусом R и внутренним радиусом r, находящихся на расстоянии l друг от друга, между которыми размещено n, где n не менее 3, импульсных источников ионов тяжелых изотопов водорода каждый высотой h и шириной f, при этом внутри анода соосно с ним расположен катод, состоящий из двух симметрично расположенных относительно анода цилиндрических магнитных элементов диаметром d и отстоящих друг от друга на расстоянии L с продольной намагниченностью до индукции 0,3<В<0,6 Тл. Выходные отверстия источников ионов тяжелых изотопов водорода направлены к оси анода, а размеры R, r, l, L, h, f, d удовлетворяют установленным соотношениям. Технический результат - повышение ресурса импульсного генератора нейтронов за счет увеличения ресурса нейтронообразующей мишени, так как в качестве нейтронообразующей мишени выступают движущиеся навстречу друг другу ускоренные дейтроны в объеме между частями катода. 2 ил.

Способ богданова создания и поддержания тока в плазме и устройство для его реализации // 2563574

Изобретение относится к средствам создания и поддержания тока в плазме. В заявленном изобретении предусмотрено создание вакуумированного объема средствами вакуумной откачки в токамаке в объеме, ограниченном катушкой тороидального магнитного поля. Далее внутрь реакторной камеры запускают газ, при этом в центральном соленоиде (1) изменяют ток. Изменением тока центрального соленоида в газе создают индукционное электрическое поле и индукционный электрический ток, стягивают плазму в шнур, затем путем продолжения изменения тока в центральном соленоиде поддерживают протекание тока в плазме. Соленоид предварительно электрически соединяют с первой системой магнитов (2). Предусмотрена также вторая система магнитов (10), соединенная с системой катушек полоидального магнитного поля (9), а также третья система магнитов (16), соединенная с катушкой (8) тороидального магнитного поля. Магниты первой, второй и третьей систем выполнены с возможностью перемещения посредством устройств изменения расстояния между магнитами (3), (11) и (17), а также с возможностью охлаждения до температуры жидкого гелия посредством криостатов и перевода в сверхпроводящее состояние. Техническим результатом является повышение КПД при создании и поддержании шнура с током в плазме, а также повышение длительности поддержания тока в плазме индукционным способом. 2 н. и 54 з.п. ф-лы, 19 ил.

Ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией // 2582588

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть применено для получения пучков заряженных частиц для ионной имплантации, нейтронозахватной терапии рака или для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ. Традиционно напряжение на ускоритель подается от высоковольтного источника питания через проходной изолятор с омическим делителем. Новым является то, что высоковольтный источник питания секционного типа размещается внутри изолятора, на котором крепятся высоковольтный и промежуточные электроды ускорителя. Напряжение на высоковольтный и промежуточные электроды ускорителя подается от секций высоковольтного источника питания. Технический результат - повышение компактности и надежности ускорителя. 2 ил.