Ускорительная нейтронная трубка

Заявленное изобретение относится к приборам для ускорения ионов в электростатических полях, конкретно к технике генерации нейтронов при ядерном взаимодействии дейтронов с тритиевыми мишенями. Заявленное устройство содержит герметичный корпус, внутри которого соосно расположены цилиндрический катод с мишенью, нанесенной на его внутренней поверхности, и анод симметрично охватываемый катодом. При этом в заявленном устройстве анод выполнен в виде двух встречных, симметрично расположенных стержней диаметром а, на торцах которых размещены насадки из металла, насыщенного дейтерием, смещенные друг относительно друга на расстояние d по оси симметрии трубки, диаметр катода b должен удовлетворять неравенству

0,2<a/b<0,3,

А диаметр анода неравенству

0,2<a/d<1,0.

Технический результат заключается в увеличении энергетического КПД генерации нейтронов. 1 ил.

 

Изобретение относится к области ускорительной техники, в частности к вакуумным приборам для генерации нейтронов при ядерном взаимодействии импульсных потоков ускоренных нуклидов водорода с твердыми мишенями, содержащими изотопы тяжелого водорода.

Известны вакуумные нейтронные трубки (ВНТ) [1, 2], в которых осуществляется ускорение дейтронов к твердой мишени, содержащей тритий, где в результате ядерных реакций синтеза образуется поток быстрых нейтронов.

В этих приборах ускорение дейтронов осуществляется вдоль оси симметрии ВНТ, что ограничивает первеанс ее диодной системы, а, следовательно, и нейтронный поток, излучаемый мишенью. Поэтому такие приборы затруднительно использовать в транспортабельной аппаратуре нейтронного элементного анализа, а также для обнаружения и идентификации скрытых опасных предметов и веществ.

Известна также вакуумная нейтронная трубка, описанная в работе [3]. В этой трубке ускорение дейтронов осуществляется в радиальном направлении, перпендикулярно оси симметрии, что позволяет значительно увеличить первеанс диодной системы. Это техническое решение может быть выбрано в качестве прототипа, как наиболее близкое по существенным признакам к заявляемому.

Данное устройство содержит герметичный корпус, внутри которого соосно расположены цилиндрический катод с мишенью, нанесенной на его внутреннюю поверхность и содержащей изотопы тяжелого водорода, анод, симметрично охватываемый катодом, а также сетчатый цилиндрический электрод смещения, расположенный перед мишенью и предназначенный для подавления эмиссионных электронов с мишени.

Недостатком указанного устройства является его низкий энергетический КПД при работе ВНТ в режиме генерации больших нейтронных потоков (>109 н/с в полный телесный угол). При реализации этих режимов электрод подавления эмиссионных электронов с мишени сам становится источником электронов в результате автоэлектронной, взрывной и автоэлектронной эмиссий.

Техническим результатом предлагаемого устройства является увеличение энергетического КПД генерации нейтронов.

Этот результат достигается тем, что в устройстве, содержащем герметичный корпус, внутри которого соосно расположены цилиндрический катод с мишенью, содержащей изотопы тяжелого водорода, нанесенной на его внутреннюю поверхность, и анод, симметрично охватываемый катодом, анод выполнен в виде двух встречных, симметрично расположенных стержней диаметром а, на торцах которых размещены насадки из металла, насыщенного дейтерием, смещенные друг относительно друга на расстояние d по оси симметрии трубки, диаметр катода b должен удовлетворять неравенству

0.2 < a b < 0.3, ( 1 )

а диаметр анода неравенству

0.2 < a d < 1.0 ( 2 )

Схематический разрез устройства представлен на фиг.1. Оно содержит следующие позиции: катод 1, анодные стержни 2, изоляторы 3, дейтерированные насадки 4, мишень 5.

Устройство работает следующим образом. На промежуток анодными стержнями подается импульс напряжения с амплитудой от 2 до 10 кВ и длительностью до 10 мкс. При этом один из стержней заземляется. В результате в промежутке между насадками, насыщенными дейтерием, формируется вакуумная дуга. Ее электродные пятна испускают струи плазмы, содержащей дейтроны. Синхронно с этим импульсом на катод подается отрицательный ускоряющий импульс с амплитудой (100÷500) кВ. Под действием возникающего радиального электрического поля осуществляется ускорение дейтронов к цилиндрической мишени, содержащей изотопы тяжелого водорода. В результате протекания ядерных реакций T(d, n)4He или D(d, n)3He в мишени образуется поток быстрых нейтронов.

Для эффективной работы устройства необходимо выполнение условий магнитной изоляции ускоряющего зазора, когда электроны не могут попадать на анод. В рассматриваемой ВНТ источником азимутального магнитного поля является ток, протекающий по аноду в результате дугового разряда. Оценки показывают, что условием магнитной изоляции является выполнение неравенства:

I I A 2 ln b a [ e U m c 2 ( 1 + e U 2 m c 2 ) ] 1 / 2 ,

где I A = 4 π ε 0 m c 3 e 17 к A

- ток Альвена, m, e - масса и заряд электрона, U - амплитуда ускоряющего импульса, c - скорость света.

Для получения оптимальных, с точки зрения излучаемого нейтронного потока, геометрических размеров диода был проведен специальный компьютерный эксперимент. Эксперимент сводился к совместному решению уравнений динамики и самосогласованного уравнения Пуассона методом «крупных частиц» [4].

В результате перебора геометрических размеров диода были установлены соотношения размеров (1), при которых возможно достижение максимального значения нейтронного потока, излучаемого диодом в полный телесный угол.

Соотношение (2) определяется через указанный выше диапазон возможной вариации напряжения между анодными стержнями и условиями вакуумного пробоя.

Благодаря магнитной изоляции осуществляется подавление электронной проводимости ускоряющего зазора. За счет этого происходит увеличение энергетического КПД генерации нейтронов и одновременное повышение нейтронного выхода за счет увеличения первеанса диодной системы.

Разработка и внедрение предлагаемого устройства должна повысить производительность исследований горных пород, содержащих продуктивные углеводороды, уран и драгоценные металлы методом нейтронного элементного анализа, а также работ, связанных с поиском и идентификацией скрытых опасных предметов нейтронными методами.

Источники информации

1. Беспалов Д.Ф., Васин B.C., Овсянников С.Б. Малогабаритные импульсные нейтронные трубки НТ-16, НТ-19. Сб. Скважинные генераторы нейтронов, ВНИИЯГГ, ОНТИ, М., 1973, с.81-87.

2. Бессарабский Ю.Г., Битулев А.А., Бобылев В.Т. и др. Импульсные нейтронные генераторы на вакуумных нейтронных трубках. Сб. материалов Международной научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе», М., ВНИИА им. Н.Л. Духова, 2005, с.72.

3. Беспалов Д.Ф., Минц А.З., Плешакова Р.П., Шиканов А.Е. Импульсный генератор нейтронов. А.с. СССР №457406, 1972.

4. Ращиков В.И. Расчет электромагнитных полей в структурах сложной геометрии. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Ядерно- физические исследования, 1990, в. 10(18). С.50-53.

Ускорительная нейтронная трубка, содержащая герметичный корпус, внутри которого соосно расположены цилиндрический катод с мишенью, нанесенной на его внутреннюю поверхность, и анод, симметрично охватываемый катодом, отличающаяся тем, что, с целью увеличения энергетического КПД генерации нейтронов, анод выполнен в виде двух встречных, симметрично расположенных стержней диаметром а, на торцах которых размещены насадки из металла, насыщенного дейтерием, смещенные друг относительно друга на расстояние d по оси симметрии трубки, диаметр катода b должен удовлетворять неравенству
0.2 < a b < 0.3 ,
а диаметр анода неравенству
0.2 < a d < 1.0 .



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к высоковольтной ускорительной технике и, в частности, к ленточным транспортерам зарядов электростатических ускорителей. В качестве многослойной тканевой основы транспортировочной ленты используют полиэфирно-хлопковую ткань, слои которой соединяют между собой клеем с высокой адгезией, а плакировочные слои ткани выполняют из резиновой смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука, включающего мел и каолин.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. .

Изобретение относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначено для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов.

Изобретение относится к приборам для ускорения ионов в электростатических полях, конкретно к технике генерации нейтронов при ядерном взаимодействии дейтронов с тритиевыми мишенями.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. .

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для решения научных и прикладных задач. .

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для генерации электронных пучков наносекундной длительности с высокой частотой следования импульсов.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. .

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Каскадный импульсный ускоритель твердых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, цилиндрические электроды, резисторы делителя, колонны разделительных сопротивлений, высоковольтные конденсаторы, неуправляемые разрядники, управляемые разрядники, систему управления, датчик тока, источник высокого напряжения, шину данных, мишень, согласующее устройство, электронно-вычислительную машину. Технический результат - повышение скоростей частиц, упрощение конструкции, позволяющей наращивать число ступеней для достижения необходимых скоростей, повышение надежности системы. 1 ил.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано в качестве инжектора пылевых частиц для последующей ускорительной системы. Инжектор заряженных пылевых частиц, содержащий корпус, зарядный электрод, зарядную камеру, внешний составной электрод зарядной камеры, иглу (или набор игл), бункерную камеру. Для предотвращения спекания микропорошка в бункерной камере бункерная камера выполнена в форме "песочных часов" во внешнем составном электроде зарядной камеры, у внешней поверхности бункерной камеры установлен шаговый двигатель, обеспечивающий вращение бункерной камеры, на оси инжектора установлены два цилиндра Фарадея, которые соединены с блоком управления шагового двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к способам регистрации аномальной дисперсии неоднородного протяженного плазменного столба и может быть использовано в спектроскопии в неоднородных газовых и плазменных средах, в лазерной спектроскопии и в спектральном анализе газообразных веществ. Технический результат - возможность наблюдения аномальной дисперсии в различных газах, причем вблизи узких спектральных линий поглощения в плазменно-пучковых разрядах. Способ определения аномальной дисперсии заключается в том, что на основе поперечного наносекундного плазменно-пучкового разряда с щелевым катодом создают двухслойную неоднородную плазменную среду с двухслойным распределением оптического показателя преломления, через которую наклонно пропускают широкополосное лазерное излучение со спектром вблизи спектральных линий поглощения плазмы, и после разложения с помощью спектрографа спектра лазера, прошедшего плазменный слой, на выходе спектрографа определяют аномальную дисперсию вблизи спектральных линий поглощения плазмы. 3 ил.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Ускоритель высокоскоростных твердых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, камеру высокого давления, блок формирования девиации частоты, высокочастотный конвертор, повышающий импульсный трансформатор и мишень. Технический результат - повышение скоростей частиц и надежности работы ускорителя. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам импульсных излучателей с получением разовых или многоразовых импульсов нейтронного и рентгеновского излучения. В заявленном блоке излучателя нейтронов нейтронная трубка (8) с металлическим корпусом (9) герметично закреплена на торце корпуса блока схемы питания, имеет с ним тепловой и электрический контакты с возможностью смены нейтронной трубки. При этом нейтронная трубка размещена с зазором между высоковольтным изолятором (16) нейтронной трубки и изолятором блока схемы питания (17), заполненным газообразным диэлектриком (18). Между корпусом нейтронной трубки и мишенью расположено керамическое кольцо с электрическим сопротивлением, равным сопротивлению смещения. Блок схемы питания и нейтронная трубка электрически соединены между собой плавающими контактами. Техническим результатом является увеличение ресурса, повышение интенсивности излучения за счет удаления изоляционных материалов из области вокруг ускоряющего электрода, повышение стабильности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике наносекундного диапазона и предназначено для генерации мощных электронных пучков, используемых в СВЧ приборах, радиационных технологиях и научных исследованиях. Сильноточный наносекундный ускоритель электронных пучков содержит размещенные в одном цилиндрическом корпусе (1) и соединенные последовательно двойную формирующую линию (2) с коаксиальными электродами (7, 8), основной искровой разрядник (3) и обостряющий искровой разрядник (4), вакуумный диод (5) и импульсный зарядный генератор (6) с ферромагнитным сердечником (14) и высоковольтным электродом (19), который соединен с дисковым электродом (9) основного искрового разрядника (3) и коаксиальным электродом (7) двойной формирующей линии (2). При этом объемы, занимаемые зарядным генератором (6) и двойной формирующей линией (2), разделены корпусом основного разрядника (3). Емкостный накопитель зарядного генератора (6) выполнен из параллельно соединенных и соосно расположенных цилиндрических конденсаторов (12). Вторичная обмотка импульсного трансформатора выполнена из четырех секторных обмоток (18), радиально расположенных вокруг ферромагнитного сердечника (14). Технический результат - повышение надежности и ресурса ускорителя. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано в качестве инжектора пылевых частиц в стенде для проведения испытаний по воздействию разнонаправленных потоков ускоренных частиц на материалы и элементов конструкции космических аппаратов. Инжектор заряженных пылевых частиц содержит корпус, зарядную камеру, внешний составной электрод зарядной камеры, бункерный электрод, бункерную камеру и пьезоизлучатель. Зарядный электрод имеет эллиптическую форму, на нем установлены два набора углеродистых нитей, направленных в горизонтальном и в вертикальном направлениях, внешний составной электрод содержит два выходных отверстия, направленных в горизонтальной и вертикальной плоскости, в выходных отверстиях инжектора установлены металлические сетки. Технический результат - увеличение выхода заряженных пылевых частиц и обеспечение двух направлений движения потока заряженных пылевых частиц - вертикального и горизонтального. 2 ил.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Резонансный ускоритель пылевых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, мишень. Соосно инжектору установлены сквозной изолятор, экранирующий электрод, автогенератор и резонансный трансформатор, состоящий из диэлектрической трубы, первичной и вторичной обмотки и конического каркаса первичной обмотки. Технический результат - повышение скоростей и расширение диапазона ускоряемых частиц, повышение надежности и упрощение конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для создания пучков заряженных частиц наносекундной длительности с высокой частотой следования импульсов. Линейный индукционный ускоритель содержит индукционную систему 1 в виде набора ферромагнитных сердечников, охваченных витками намагничивания 2, которые объединены в два общих вывода, центральный электрод 3, расположенный по оси индукционной системы 1, один конец электрода 3 заземлен на корпус ускорителя, а второй связан с защитным экраном 5, одинарную формирующую линию 6, заземленный и потенциальный электроды которой соединены с выходом магнитного импульсного генератора 7, состоящего из последовательных контуров сжатия, каждый из которых образован конденсатором и дросселем насыщения, один из общих выводов витков намагничивания индукционной системы 1 подсоединен к потенциальному электроду формирующей линии 6, а между вторым общим выводом витков намагничивания индукционной системы 1 и заземленным электродом одинарной формирующей линии 6 включена обмотка магнитного коммутатора 8, между защитным экраном 5 и выходным фланцем 9 ускорителя расположен цилиндрический вакуумный изолятор 10, на изоляторе 10 размещена однослойная обмотка размагничивания 11, подсоединенная одним выводом к клемме 12 импульсного источника размагничивания. На изоляторе 10 размещена дополнительная обмотка 13, индуктивно связанная с обмоткой размагничивания 11, один вывод дополнительной обмотки 13 соединен с защитным экраном 5, другой подсоединен к обмотке размагничивания 11 и точка соединения обмоток 11, 13 подключена электрическим проводником 14 к центральному электроду 3, на котором у защитного экрана 5 размещены ферромагнитные сердечники 15 дополнительного дросселя насыщения. Контур, образованный дополнительной обмоткой 13, проводником 14, частью центрального электрода 16 и защитным экраном 5, охватывает сечение сердечников 15 дополнительного дросселя насыщения и является его короткозамкнутой обмоткой. Технический результат - повышение эффективности ускорителя за счет уменьшении длительности фронта импульса тока пучка ускорителя. 1 ил.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Устройство для исследования физических явлений при высокоскоростном ударе состоит из ускорительного тракта, содержащего инжектор, индукционные датчики, линейный ускоритель, мишень, согласно изобретению в ускорительный тракт введены соосно расположенные квадруполь, установленный за индукционными датчиками, и блок разряда частиц, сетки заземления, расположенные на входе и выходе блока разряда частиц после линейного ускорителя, приемник ионов, установленный перед мишенью, дополнительно введен второй ускорительный тракт, расположенный под углом от 1° до 10° к первому ускорительному тракту, состоящий из инжектора, индукционных датчиков, линейного ускорителя, мишени, квадруполя, блока разряда частиц, сетки заземления, приемника ионов, а также дополнительно в устройство введен измерительный блок, соединенный с блоком датчиков, приемниками ионов обоих усилительных трактов и блоком сбора информации, а также веден блок управляющих сигналов, соединенный с индукционными датчиками, квадруполями, линейными ускорителями, блоками разряда частиц обоих усилительных трактов и блоком сбора информации. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет возможности исследовать физические эффекты при встречном столкновении высокоскоростных частиц. 1 ил.

Заявленное изобретение относится к приборам для ускорения ионов в электростатических полях, конкретно к технике генерации нейтронов при ядерном взаимодействии дейтронов с тритиевыми мишенями. Заявленное устройство содержит герметичный корпус, внутри которого соосно расположены цилиндрический катод с мишенью, нанесенной на его внутренней поверхности, и анод симметрично охватываемый катодом. При этом в заявленном устройстве анод выполнен в виде двух встречных, симметрично расположенных стержней диаметром а, на торцах которых размещены насадки из металла, насыщенного дейтерием, смещенные друг относительно друга на расстояние d по оси симметрии трубки, диаметр катода b должен удовлетворять неравенству0,2<ab<0,3,А диаметр анода неравенству0,2<ad<1,0.Технический результат заключается в увеличении энергетического КПД генерации нейтронов. 1 ил.

Наверх