Импульсный генератор нейтронов



Импульсный генератор нейтронов

 


Владельцы патента RU 2523026:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) (RU)

Заявленное изобретение относится к приборам для генерации нейтронов при ядерном взаимодействии ускоренных дейтронов с мишенями, содержащими тяжелые изотопы водорода. Заявленное устройство содержит вакуумную ускорительную трубку с анодом и катодом с мишенью, расположенной на его внутренней поверхности, генератор импульсных напряжений, включающий высоковольтный трансформатор, высоковольтная обмотка которого соединена с катодом ускорительной трубки, а низковольтная обмотка - с накопительной емкостью через разрядник. При этом анод ускорительной трубки выполнен в виде двух встречных симметрично расположенных стержней, на торцах которых размещены насадки из металла, насыщенного дейтерием, один из стержней соединен с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, а второй заземлен, при этом катод с мишенью выполнены в виде цилиндра, симметрично охватывающего анод. Технический результат заключается в увеличении энергетического кпд генерации нейтронов и уменьшении габаритов устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к приборам для генерации нейтронов при ядерном взаимодействии импульсных потоков ускоренных нуклидов водорода с твердыми мишенями, содержащими изотопы тяжелого водорода.

Известны импульсные нейтронные генераторы (ИНГ) на основе вакуумных ускорительных трубок (ВУТ) [1,2], в которых осуществляется ускорение дейтронов и (или) тритонов к твердой мишени, содержащей тритий и (или) дейтерий, где в результате ядерных реакций синтеза образуется поток быстрых нейтронов.

В этих приборах ускорение дейтронов осуществляется вдоль оси симметрии ВУТ, 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.

Известен также импульсный нейтронный генератор, принятый в качестве прототипа, описанный в работе [3]. Он содержит ВУТ с анодом, катодом и мишенью, расположенной на внутренней поверхности катода, накопительную емкость и генератор импульсных напряжений на основе высоковольтного трансформатора, высоковольтная обмотка которого соединена с катодом ВУТ, а низковольтная - с накопительной емкостью через разрядник.

Это техническое решение предполагает ускорение дейтронов в коаксиальной диодной системе в радиальном направлении, что позволяет значительно увеличить первеанс диодной системы, а следовательно, и нейтронный выход ИНГ.

Недостатками указанного устройства является его низкий энергетический кпд, связанный с большим электронным током, протекающим через диод, и значительные габариты.

Техническим результатом предлагаемого устройства является увеличение энергетического кпд генерации нейтронов и уменьшение габаритов устройства.

Этот результат достигается тем, что в устройстве, содержащем вакуумную ускорительную трубку с анодом и катодом с мишенью, расположенной на его внутренней поверхности, генератор импульсных напряжений, включающий высоковольтный трансформатор, высоковольтная обмотка которого соединена с катодом ускорительной трубки, а низковольтная - с накопительной емкостью через разрядник, анод ускорительной трубки выполнен в виде двух встречных симметрично расположенных стержней, на торцах которых размещены насадки из металла, насыщенного дейтерием, один из стержней соединен с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, а второй заземлен, при этом катод с мишенью выполнены в виде цилиндра, симметрично охватывающего анод.

Схематический разрез устройства представлен на фиг.1, представляет собой источник зарядного напряжения 1, балластное сопротивление 2, накопительную емкость 3, высоковольтный трансформатор 4, вакуумную ускорительную трубку, включающую катод 5, изоляторы 6, анод из стержней 7, нейтронообразующую мишень 8.

Устройство может работать в режиме автогенерации нейтронов и в управляемом режиме. В обоих случаях от источника зарядного напряжения через балластное сопротивление осуществляется зарядка накопительной емкости до напряжения от 2 до 10 кВ. При этом в режиме автогенерации это напряжение должно превышать напряжение пробоя в зазоре между анодными стержнями. По достижению пробойного напряжения происходит разряд между стержнями с образованием вакуумной дуги. Ее электродные пятна испускают струи плазмы, содержащей дейтроны.

Одновременно на катоде формируется отрицательный ускоряющий импульс с амплитудой (10(Н500) 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 ВУТ источником азимутального магнитного поля является ток I, протекающий по аноду в результате дугового разряда. Оценки показывают, что условием магнитной изоляции является выполнение неравенства

,

где

- ток Альвена, т.е.- масса и заряд электрона, U- амплитуда ускоряющего импульса, с- скорость света.

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 должны 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 СБ. Малогабаритные импульсные нейтронные трубки НТ-16, НТ-19. Сб. Скважинные генераторы нейтронов, ВНИИЯГТ, 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.72-74.

3. Козловский К.И., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. и др. Опыт создания малогабаритных нейтронных генераторов с лазерными источниками дейтронов, новые перспективы. Сб. материалов Международной научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». -М.: ВНИИА им. Н.Л. Духова, 2005, с.127- 136.

Импульсный генератор нейтронов, содержащий вакуумную ускорительную трубку с анодом и катодом с мишенью, расположенной на его внутренней поверхности, генератор импульсных напряжений, включающий высоковольтный трансформатор, высоковольтная обмотка которого соединена с катодом ускорительной трубки, а низковольтная - с накопительной емкостью через разрядник, отличающийся тем, что анод ускорительной трубки выполнен в виде двух встречных симметрично расположенных стержней, на торцах которых размещены насадки из металла, насыщенного дейтерием, один из стержней соединен с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, а второй стержень заземлен, при этом катод с мишенью выполнен в виде цилиндра, симметрично охватывающего анод.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при выполнении лучевой терапии злокачественных опухолей поджелудочной железы пучками адронов.

Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов медицинского и научного назначения без носителя в радиохимически чистом виде. .

Изобретение относится к радиохимии и производству изделий медицинской техники и может быть использовано для нанесения рутения-106 на вогнутую металлическую поверхность подложки офтальмоаппликатора.
Изобретение относится к технологии производства стабильных изотопов, в частности к технологии изменения изотопного состава свинца или индия при зонной перекристаллизации, и может быть использовано для получения ультрачистых стабильных изотопов металлов.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при выполнении лучевой терапии злокачественных опухолей пучками адронов. .

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при выполнении лучевой терапии злокачественных опухолей пучками адронов. .

Изобретение относится к медицинской технике и используется при выполнении лучевой терапии злокачественных опухолей пучками адронов, конкретно при лечении злокачественных опухолей молочной железы пучками протонов и ионов углерода.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при выполнении лучевой терапии злокачественных опухолей пучками адронов. .

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при выполнении лучевой терапии злокачественных опухолей. .

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при выполнении лучевой терапии злокачественных опухолей. .

Изобретение относится к источнику ионизирующего излучения. Заявленный источник излучения содержит вставку с радиоактивным веществом, расположенную в свинцовом корпусе (3). Радиоактивная вставка выполнена в виде проволоки (1), закрепленной в каркасной кассете (2) с помощью натяжного устройства, причем кассета фиксируется в свинцовом корпусе с помощью направляющих (6), закрепленных в его углах, а в одну из стенок корпуса вставлен коллиматор (4), снабженный калиброванной щелью (5), параллельной натянутой проволоке, причем кассета и коллиматор выполнены из инварных сплавов. Техническим результатом является повышение радиационной безопасности для окружающих объектов. 1 ил.

Изобретение относится к способам и устройствам для производства изотопов внутри водных стержней ядерных топливных узлов. Способы включают выбор требуемой облучаемой мишени, основываясь на свойствах мишени, загрузку мишени в стержень-мишень, основываясь на свойствах облучаемых мишеней и топливного узла, экспонирование стержня-мишени потоку нейтронов и/или сбор произведенных изотопов из облучаемых мишеней из стержня-мишени. Стержни-мишени могут вмещать одну или больше облучаемых мишеней различных типов и фаз. Крепежные устройства содержат оконечную манжету и/или втулку, которые удерживают стержни-мишени внутри водного стержня и обеспечивают возможность прохождения потока замедлителя/хладагента через водный стержень. Другие варианты выполнения крепежных устройств содержат одну или большее количество шайб с одним или большим количеством отверстий, просверленных там, чтобы удерживать одну или больше стержней-мишеней варианта выполнения в водном стержне, обеспечивая возможность прохождения хладагента/замедлителя через водный стержень. Технический результат - возможность эффективной наработки требуемых изотопов. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к средствам извлечения компонентов из облученной мишени. В заявленном способе мишень, выполненную в виде загерметизированного в оболочку плоского сепаратора, сначала подвергают поперечной разрезке путем отсечения конечных частей мишени, а затем производят двухстороннее вскрытие мишени по обеим её длинным сторонам. При этом извлеченный из вскрытой мишени сепаратор подвергают разборке для удаления из него облученного целевого компонента. Заявленное устройство включает устройство для вскрытия мишени, электродвигатель (6) и редуктор (7) с центральным рабочим валом (6), с одной стороны приводящим во вращение отрезные ролики, а с другой стороны через кулисный механизм (9) - в возвратно-поступательное движение гильотинные ножницы. Мишень сначала устанавливают в приспособлении устройства извлечения, закрепляют кулачковым прижимом, а затем гильотинными ножницами (10), расположенными перпендикулярно мишени, производят поперечную разрезку мишени. Затем мишень устанавливают на стол (14) устройства извлечения и проталкивают между двумя отрезными роликами с надрезом оболочки мишени. Техническим результатом является возможность дистанционного вскрытия мишени в радиационно-защитных «горячих» камерах с возможностью дальнейшего использования. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к средствам извлечения полученных в результате облучения целевых компонентов из мишени. В заявленном способе предусмотрено выполнение мишени (19) в виде цилиндра с центральным стержнем, позиционированным по центру цилиндра двумя пробками, герметизация мишени с двух сторон и заполненение кольцеобразного пространства целевыми компонентами. При этом сначала обрезают в горизонтальном положении одновременно с двух сторон и удаляют пробки, переворачивают мишень в вертикальное положение, а затем встряхиванием удаляют центральный стержень и облученные целевые компоненты из корпуса мишени. Заявленное устройство включает устройство для вскрытия мишени, оснащенное основанием (1), на котором расположены два устройства для вскрытия концов круглой мишени (10), а также штанги, по которым перемещается каретка (4) с закрепленными на ней поворотными плоскими тисками и вибратором (9). Кроме того, устройство для вскрытия концов круглой мишени содержит плиту, на которой вращается планшайба с помощью ручного привода. Техническим результатом является возможность вскрытия мишени дистанционно в радиационно-защитных «горячих» камерах и дальнейшего использования облученных целевых компонентов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано при изготовлении источников для медицинских целей. Источники ионизирующего излучения (ИИИ) в виде заготовок из кобальта диаметром 1 мм и длиной 1 мм, заранее складированные в открытом бункере, порционно транспортируются сепаратором через узел загрузки в капсулу. При этом нижняя часть узла загрузки капсулы, в процессе загрузки капсулы, опущена ниже верхней части капсулы, а количество порционно транспортируемых ИИИ и их масса определяется размерами пазов сепаратора и их количеством. Устройство сборки ИИИ на основе радионуклида кобальта-60 включает в себя накопительный открытый бункер с ИИИ, устройство передачи порции ИИИ в капсулу, узел загрузки капсулы. Кроме того, устройство передачи порции ИИИ в капсулу выполнено в виде сепаратора, подключенного к шаговому двигателю, причем сепаратор оснащен пазами для транспортирования ИИИ от накопительного открытого бункера в узел загрузки капсулы. Технический результат: упрощение конструкции и снижение трудоемкости загрузки ИИИ в капсулы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано при изготовлении источников ионизирующего излучения (ИИИ) медицинского назначения. Способ включает в себя заполнение капсулы источниками ионизирующего излучения. Кроме того, ИИИ в виде заготовок из кобальта диаметром 1 мм и длиной 1 мм, заранее складированные в первом открытом бункере, по одной единице транспортируются с помощью магнитных сил через узел загрузки в капсулу, куда дополнительно из второго открытого бункера транспортируются компенсаторы по одной единице с помощью магнитных сил через узел загрузки в капсулу. При этом количество ИИИ и компенсаторов фиксируется счетчиком. Загрузка капсулы осуществляется на посту загрузки, а смена капсулы - на посту смены, путем перемещения капсулы дистанционной рукой манипулятора. Также предложено устройство для работы в радиационно-защитной «горячей» камере. Технический результат: снижение трудоемкости загрузки ИИИ в капсулы с использованием компенсаторов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к реакторной технологии получения радионуклидов и может быть использовано для производства радионуклида 63Ni, являющегося основой для создания миниатюрных автономных источников электрической энергии с длительным сроком службы, работающих на бета-вольтаическом эффекте. Способ получения радионуклида 63Ni включает изготовление никелевой мишени, обогащенной по изотопу 62Ni, из композиционного материала, состоящего из наночастиц никеля или его соединений, окруженных буфером в виде твердого вещества, растворимого в воде или других растворителях, облучение мишени в нейтронном потоке ядерного реактора, разделение наночастиц мишени и буфера, направление буфера на радиохимическую переработку для выделения радионуклида 63Ni и возвращение наночастиц никеля в ядерный реактор в состав новой мишени. Изобретение обеспечивает повышение удельной активности радионуклида 63Ni, упрощение технологического процесса его получения и снижение количества радиоактивных отходов. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов, а более конкретно к технологии получения радиоактивного изотопа никель-63, используемого в производстве бета-вольтаических источников тока. Способ получения радионуклида никель-63 включает в себя получение из исходного никеля обогащенной по никелю-62 никелевой мишени с содержанием никеля-64 более 2%, облучение мишени в реакторе и последующее обогащение облученного продукта по никелю-63 до достижения им содержания 75% и более в обогащенном продукте. Изобретение обеспечивает крупномасштабное рентабельное производство никеля-63 для бета-вольтаических источников тока.
Изобретение относится к области получения радиоактивных материалов, в частности к обработке облученного сырья, которое может быть использовано для производства закрытых источников ионизирующих излучений для радиационно-химических гамма-установок. Способ получения изотопов включает помещение герметичных капсул с облучаемым материалом в герметичные пеналы, заполненные инертным газом, облучение капсул с материалом в ядерном реакторе и извлечение их из пеналов, при этом на извлеченные капсулы наносят покрытие из эпоксидно-акриловой композиции, которая затем отверждается под действием ионизирующего излучения радиационно активированного материала, находящегося внутри капсул. Изобретение обеспечивает снижение уровня радиоактивного загрязнения капсул и технологического оборудования горячей камеры, а также снижение трудоемкости операций.

Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано в технологии получения радиоактивных изотопов и аналитической химии. Способ разделения радионуклидов кадмия и серебра включает растворение облученного серебра в азотной кислоте, упаривание раствора, растворение образовавшихся нитратов в аммиачном растворе, восстановление серебра до металла в аммиачной среде сернокислым гидроксиламином при рН более 6 и при мольном отношении сернокислого гидроксиламина к серебру более 1, отделение осадка металлического серебра от маточного раствора, содержащего кадмий-109 и осаждение из маточного раствора любого малорастворимого соединения кадмия. Изобретение обеспечивает эффективное разделение радионуклидов кадмия и серебра. 2 ил., 1 табл.
Наверх