Универсальная нейтронная трубка с электротермическими инжекторами рабочего газа



Универсальная нейтронная трубка с электротермическими инжекторами рабочего газа
Универсальная нейтронная трубка с электротермическими инжекторами рабочего газа

 


Владельцы патента RU 2601961:

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НИИЭФА им. Д.В. Ефремова" (АО "НИИЭФА") (RU)

Изобретение относится к вакуумным и газонаполненным нейтронным трубкам и может быть использовано, например, в нейтронных трубках, предназначенных для исследования скважин методами нейтронного каротажа. Указанные результаты достигаются тем, что источник ионов выполнен на основе комбинированного разряда, а источники дейтерия и/или трития выполнены в виде проводника из дейтеро(тритие)насыщенного гидридообразующего металла или композита либо (предпочтительно) в виде тонкослойного покрытия из дейтеро(тритие)насыщенного гидридообразующего металла или композита на проводнике из металла или сплава с большим омическим сопротивлением (нержавеющая сталь, нихром, фехраль и т.п.). Выделение изотопов водорода осуществляется термодесорбцией при непосредственном нагреве изотопонасыщенного проводника либо проводника с нанесенным тонкослойным изотопонасыщенным покрытием импульсами электрического тока в импульсно-периодическом режиме. Техническим результатом является повышение контроля термодесорбции рабочего газа, повышение ресурса работы, увеличение степени ионизации рабочего газа и выхода нейтронов, снижение примесных ионов, а также возможность программирования параметров десорбции дейтерия и трития, что расширяет возможности нейтронного каротажа и повышает уровень радиационной безопасности. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к устройствам для генерации нейтронов, конкретно электроразрядным нейтронным источникам, и может быть использовано в ускорительной технике, в геофизическом приборостроении, например в импульсных нейтронных трубках, предназначенных для исследования скважин методами импульсного нейтронного каротажа.

Уровень техники

Электроразрядные нейтронные источники представляет собой вакуумно-герметичную оболочку с размещенными в ней следующими основными узлами: источник ионов (ИИ), ускоряющая ионно-оптическая система электродов, мишень, насыщенная изотопами водорода, и средства поддержания рабочего давления.

Принцип действия таких нейтронных источников состоит в генерации плазмы и извлечении из нее ионов изотопов водорода (дейтерия, трития или их смеси), формировании и ускорении пучка ионов с помощью ионно-оптической системы электродов в направлении мишени, насыщенной тритием. В нейтронных генераторах применяются как дейтерий-тритиевые, так и дейтерий-дейтериевые реакции на смешанных пучках ионов дейтерия и трития. При взаимодействии ускоренных до энергии Е>100 кэВ ионов, например, дейтронов с ядрами трития или дейтерия, содержащимися в мишени, происходит ядерная реакция T(d, n)4Не или D(d, n)3Не с выходом нейтронов с энергией ~14 или ~2,5 МэВ соответственно.

Разработаны как портативные (переносные), так и компактные нейтронные источники (нейтронные трубки). К последним относятся вакуумные и газонаполненные нейтронные трубки (ВНТ и ГНТ), широко использующиеся в скважинной геофизике для проведения неразрушающего элементного анализа вещества в скважинах.

В ВНТ используются вакуумно-дуговые источники ионов, получение ионов дейтерия в которых основано на десорбции и ионизации в вакуумно-дуговом разряде окклюдированного в электродах дейтерия. При этом поджигающий импульс ИИ и ускоряющий высоковольтный импульс подаются одновременно. Ресурс трехэлектродного ИИ, нашедшего наибольшее применение, определяется разрушением рабочей поверхности катода и межэлектродного изолятора в области их контакта, а также уменьшением концентрации дейтерия в рабочей приповерхностной зоне электродов при термодесорбции (истощение).

В течение всего ресурса катод ИИ вырабатывается на глубину не более 0,1 мм вблизи границы контакта с изолятором и крайне неравномерно. В результате основная масса катода остается пассивной. Она не участвует в процессе подпитки рабочим газом приповерхностного слоя, в котором под воздействием разряда происходит термодесорбция и ионизация изотопов водорода [Румянцев Г.С., Щитов Н.Н. Исследования возможности повышения ресурса источника ионов вакуумной нейтронной трубки // Материалы 18-й Научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника». - М.: Изд-во МИЭМ, 2011, с. 146-149]. Поэтому повышение эффективности генерации рабочего газа при одновременном уменьшении эрозии электродов является одним из приоритетов улучшения рабочих характеристик ИИ и ВНТ.

Достоинства ВНТ: простота конструкции, мгновенная готовность к работе, высокий выход нейтронов в импульсе, высокий выход нейтронов на единицу запасаемой энергии, отсутствие излучения между импульсами и в отключенном состоянии, относительно низкая стоимость. ВНТ находят широкое применение в различных областях науки и техники, таких как ядерная физика, нейтронно-активационный анализ, нейтронная радиография, медицина.

Известна ВНТ, включающая цилиндрический керамический изолятор, первый электрод (носитель мишени) вблизи первого конца изолятора, второй электрод (ускорительный), расположенный коаксиально у второго конца изолятора, керамическое кольцо на втором электроде и третий электрод, расположенный на другом конце керамического кольца [Патент US №3,569,755 C1, 313/61, 09.03.1971]. На внутренней стенке керамического кольца нанесено две полоски из активного металла, которые насыщаются тритием. Нейтроны генерируются трубкой при приложении к первому и второму электродам напряжения в несколько сот киловольт, при этом мишень имеет отрицательный потенциал, и напряжения в несколько сот вольт к тритиенасыщенным полоскам для десорбции трития.

Основной проблемой известных ВНТ является большая нестабильность нейтронного потока, причем трех видов: нестабильность нейтронного выхода в импульсе, нестабильность потока нейтронов в процессе ресурса (т.н. долговременная нестабильность) и циклическая нестабильность, проявляющаяся в существенном падении нейтронного выхода в начале каждого последующего рабочего цикла. Первые два вида нестабильности обусловлены стохастическим характером вакуумно-дугового разряда ИИ и выработкой трития в мишени. Последняя - влиянием пленки распыленного материала анода на электродах ИИ на термодесорбцию дейтерия [Битулев А.А. и др. Проблемы повышения стабильности работы нейтронных генераторов на ВНТ // Успехи прикладной физики, 2014, т. 2, №3].

Одной из основных причин нестабильности нейтронного выхода ВНТ является использование механизма дейтеровыделения путем использования термической энергии вакуумно-дугового разряда в ИИ. Такой механизм десорбции изотопов водорода слабо поддается контролю, нестабилен от импульса к импульсу и связан со значительной эрозией электродов.

Кроме того, пик дейтеровыделения наступает значительно позже ускоряющего импульса, так что только около половины атомов дейтерия могут принять участие в генерации нейтронов, что значительно ограничивает эффективность этого процесса.

Зависимость нейтронного выхода от напряжения на источнике ионов слабая и немонотонная, что практически исключает возможность использования канала питания ионного источника для регулировки нейтронного потока.

Кроме того, нейтронные генераторы на ВНТ, генерирующие короткие импульсы (≤1 мкс), не обеспечивают возможность проведения измерений во время нейтронного импульса, что существенно ограничивает их область применения в современной геофизике.

Известны ГНТ с ИИ на основе ячейки Пеннинга с термокатодом или холодным катодом, выполненные в виде герметичной металлостеклянной колбы, в которой расположены мишень, ионно-оптическая система, ИИ и генератор рабочего газа, одновременно служащий и газопоглотителем остаточных газов.

Однако при работе трубок с ИИ Пеннинга с термокатодом из-за выделения катодом дополнительного тепла 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 ГНТ с ИИ Пеннинга с термокатодом, содержащая термогазопоглотитель, выполненный в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой от 100 до 350 мг с встроенным термоподогревателем [Патент РФ 2372755]. Термогазопоглотитель 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 не поглощаются. Техническим результатом известной ГНТ является снижение разбавления рабочего газа остаточными газами. Тем не менее, недостатком является невысокий нейтронный поток, который связан с относительно низкой генерацией ионов (5-10)% в газоразрядном ионном источнике Пеннинга.

Практически во всех ГНТ для обеспечения рабочего давления дейтерия (или смеси D+T) используется хранитель (накопитель) рабочего газа в виде цилиндра (таблетки) из изотопонасыщенного материала с встроенным нагревателем, например, в виде спирали. При нагревании спирали электрическим током происходит термодесорбция изотопа водорода и давление внутри трубки повышается от 10-7 Торр (режим хранения) до рабочего ~102 Торр. Подобные устройства могут работать только в (квази)стационарном режиме.

Общими недостатками известных ГНТ с источником Пеннинга являются низкие эмиссионные свойства поверхности катода и низкая генерация ионов в ионном источнике.

Известен ИИ для ГНТ, включающий газоразрядную камеру, анод и холодный катод, выполненный в виде плотной цилиндрической намотки из проводящей ленты или фольги, имеющей на поверхности слой с высоким коэффициентом вторичной электронной эмиссии (например, тонкий окисленной слой), причем торец катода расположен в газоразрядной камере источника ионов, а проводящая лента или фольга выполнены из алюминия [Патент РФ 2233505].

В такой конструкции на рабочей поверхности катода всегда присутствуют окислы, обеспечивающие повышенную эмиссию электронов. При этом распыление окислов до чистого алюминия невозможно вследствие геометрии катода. Кроме того, в результате различия в скоростях распыления чистого алюминия и окисла на рабочей поверхности появляется сильная микронеоднородность, увеличивающая автоэлектронную эмиссию. В результате наличия на рабочей поверхности катода следов окислов и микронеоднородностей при длительной эксплуатации эффективность ионизации рабочего газа будет увеличена.

В известных ГНТ с ИИ Пеннинга с холодным катодом эффективность ионизации рабочего газа зависит от величины коэффициента вторичной электронной эмиссии и величины автоэлектронной эмиссии на поверхности катода. Величина электронной эмиссии в значительной степени зависит от наличия на поверхности катода микровключений окислов металлов [Габович М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов // М.: Атомиздат, 1972]. На поверхности свежих катодов, как правило, имеются пленки окислов. Однако эти пленки быстро распыляются в результате ионной бомбардировки катода. Быстро распыляются и микронеоднородности, являющиеся источником автоэлектронной эмиссии. По этой причине эффективность ИИ быстро уменьшается и стабилизируется на уровне, соответствующем чистой гладкой поверхности катода.

Известен генератор нейтронов для проведения нейтронного каротажа, содержащий дейтериево-тритиевую газовую смесь, которая обеспечивает заданное отношение 2,45 МэВ и 14 МэВ нейтронов (от 10:1 до 2:1), так что генератор может функционировать, например, подобно AmBe изотопным нейтронным источникам, которые используют для определенных измерений, таких как пористость формации и др. (соленость, отклонения скважины и размер скважины) [Патент RU 2486546, 27.06.2013]. Однако недостатками генератора является необходимость производить калибровочные измерения перед каждым использованием и повышенная радиационная опасность в случае разгерметизации корпуса.

Техническим результатом изобретения являются устранение указанных недостатков известных нейтронных трубок (невысокие емкость дейтеро(тритие)содержащих элементов и управляемость параметров, недостаточный ресурс работы), увеличение степени ионизации рабочего газа и выхода нейтронов, снижение примесных ионов, а также возможность программирования параметров десорбции дейтерия и трития, что является эффективным способом контроля нейтронного выхода. Для режима работы УНТ на дейтерий-тритиевой смеси значительно возрастает уровень безопасности, т.к. изотопы водорода хранятся только в связанном состоянии.

Раскрытие изобретения

Указанный результат достигается тем, что ИИ содержит импульсный вакуумно-дуговой источник плазмы, ячейку Пеннинга и источники дейтерия и трития в виде проводников из дейтеро(тритие)насыщенного гидридообразующего металла или сплава, совместное использование которых позволяет работу в режимах как ВНТ, так и ГНТ при увеличении эффективности работы в обоих режимах.

Использование в ИИ комбинированного электрического разряда (импульсный вакуумно-дуговой отражательный разряд в ячейке Пеннинга) позволяет обеспечить существенное (до 10 раз) повышение эффективности ионизации в ИИ (что особенно важно для режима ГНТ) и, соответственно, увеличить поток ионов на мишень и выход нейтронов.

Для режима ВНТ критическим является разделение в ИИ функций термодесорбции рабочего газа и его ионизации. Причем функция термодесобции выполняется специальными независимыми термоэлектрическими инжекторами изотопов водорода на основе изотопонасыщенных элементов в виде проводника или тонкослойного покрытия на проводнике с большим омическим сопротивлением, а не термодесорбцией из электродов ИИ, которая слабо поддается контролю, нестабильна от импульса к импульсу и связана со значительной эрозией электродов. Выделение дейтерия и/или трития осуществляется термодесорбцией при непосредственном нагреве проводника импульсами электрического тока в импульсно-периодическом или стационарном режимах. При этом выбор последовательности импульсов электротермической десорбции и разрядного тока в ИИ и интервала времени между ними дает возможность выбора режимов работы нейтронной трубки: при задержке газового импульса относительно разрядного тока - режим ВНТ, при обратной задержке - режим ГНТ (импульсный, или стационарный). В зависимости от требований к количеству и скорости выделения десорбируемого в импульсе изотопа водорода выбираются гидридообразующий металл (или сплав), тип проводника (проволока или фольга), а также его форма (линейный проводник, спираль Архимеда, цилиндрическая спираль) и масса.

Однако гораздо эффективнее использование дейтеро(тритие)выделяющего элемента в виде тонкослойного покрытия из дейтеро(тритие)насыщенного гидридообразующего металла или сплава на проводнике из металла или сплава с большим (≥0,28 Ом·мм2·м-1) омическим сопротивлением (нихром, фехраль и т.п.). Меньшая энергия связи изотопов водорода в тонкослойном покрытии (по сравнению с монолитом) приводит к более легкому его высвобождению, что снижает температуру, при которой будет происходить процесс десорбции водорода. При этом имеется возможность повышения степени насыщения (Ti, Zr и т.п.) до атомного отношения ~2 и более (против 0,6-0,8 для монолитных материалов), что снижает габариты изотоповыделяющих элементов при увеличении выхода дейтерия и/или трития за импульс и способствует увеличению выхода нейтронов в УНТ.

Кроме того, возможность программирования параметров десорбции дейтерия и трития является эффективным способом контроля нейтронного выхода. При этом параметры газонапуска могут программируемым образом меняться от импульса к импульсу (в том числе соотношение дейтерия и трития в рабочей смеси).

Для режима работы УНТ на дейтерий-тритиевой смеси значительно возрастает уровень безопасности, т.к. изотопы водорода хранятся только в связанном состоянии.

Краткое описание чертежей

Представленные графические материалы приведены исключительно в иллюстративных целях и не являются ограничивающими. Следует отметить, что чертежи, иллюстрирующие устройство согласно изобретению, приведены для ясности без соблюдения масштаба и пропорций.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема универсальной нейтронной трубки (УНТ) с ИИ на основе комбинированного разряда (вакуумно-дуговой отражательный разряд в ячейке Пеннинга), где 1 - поджигающий электрод вакуумно-дугового источника плазмы, 2 - межэлектродный изолятор, 3 - катод ячейки Пеннинга и вакуумно-дугового источника плазмы, 4 - антикатод ячейки Пеннинга с отверстием для выхода ионов в ионнооптическую систему, 5 - анод ячейки Пеннинга, 6 - магнитный соленоид ячейки Пеннинга, 7 - керамический корпус инжектора, 8 - цилиндрический дейтеронасыщенный элемент электротермического инжектора дейтерия, 9 - цилиндрические токовые контакты инжектора дейтерия, 10 - цилиндрический элемент электротермического инжектора трития, 11 - цилиндрические токовые контакты инжектора трития, 12 - каналы газонапуска, 13 - герметизированные токовводы, 14 - мишень нейтронной трубки.

Осуществление изобретения

Устройство работает следующим образом. Включается источник питания магнитного соленоида для инициации аксиального магнитного поля (0,1÷0,01 Т) в ячейке Пеннинга ИИ. Подаются высоковольтные импульсы на электрод поджига вакуумно-дугового источника и анод ячейки Пеннинга, а также низковольтные импульсы на катод вакуумно-дугового источника и дейтеро(тритие)выделяющий элемент. Для формирования импульсов с крутым фронтом индуктивность электрического контура питания дейтеро(тритие)выделяющего элемента должна быть минимизирована.

В режиме работы ВНТ импульс вакуумно-дугового разряда производит генерацию и инжекцию в ячейку Пеннинга мощного потока электронов, которые инициируют и поддерживают в ней несамостоятельный разряд при генерации и инжекции в ячейку Пеннинга изотопов водорода из дейтеро(тритие)выделяющего элемента. В инициированном таким образом несамостоятельном разряде осуществляется эффективная ионизация изотопов водорода, что дает возможность работы при низких давлениях, в условиях, когда самостоятельный разряд в среде изотопов водорода в ячейке Пеннинга не развивается. Эта возможность обеспечивается за счет потока электронов из вакуумно-дугового разряда, который значительно превышает количество электронов, образующихся при развитии самостоятельного газового разряда в среде изотопов водорода. Возможность работы при низких давлениях приводит к увеличению электрической прочности нейтронной трубки.

В режиме работы ГНТ система импульсного дейтеро(тритие)выделения обеспечивает возрастание давления в трубке от ~10-7 Торр до рабочего (~10-2 Торр). В этих условиях в ячейке Пеннинга между катодом и анодом в скрещенных радиальном электрическом и аксиальном магнитном полях развивается самостоятельный высоковольтный разряд, в котором осуществляется ионизация изотопов водорода. Дополнительная инжекция электронов из вакуумно-дугового источника приводит к значительному увеличению степени ионизации изотопов водорода в самостоятельном разряде, увеличению плотности ионного тока и, в конечном итоге, к увеличению нейтронного выхода.

В обоих рабочих режимах (ВНТ и ГНТ) на мишень прикладывается относительно корпуса отрицательное напряжение (например, -100 кВ). Ионы рабочего газа (изотопы водорода) через отверстие в антикатоде поступают в ускорительно-фокусирующий тракт и попадают на мишень, насыщенную тритием, где происходят ядерные реакции с генерацией нейтронов.

На основании данных о количестве и скорости выделения десорбируемого в импульсе дейтерия (трития) оценивается требуемая масса и размеры дейтеро(тритие)выделяющего элемента.

Так, для масштабов ВНТ при ресурсе работы ~108 импульсов и расходе дейтерия ~1012 атомов дейтерия за импульс дейтеронасыщенный материал (например, TiDx) должен содержать ~1020 атомов дейтерия, что при степени насыщения x≈1 дейтерида титана дает оценку величины массы mTi~0,16 г. Этому условию удовлетворяют, например, размеры Ti фольги толщиной 50 мкм: 40×15 мм2. Дейтерирование фольги может осуществляться, например, методом Сиверта [Кудияров В.Н. и др., Особенности распределения водорода в титане ВТ1-0 в зависимости от способа насыщения: электролитическим способом и методом Сиверта // Альтернативная энергетика и экология, 2012, №11 (115), с. 10-15].

Для достижения температуры десорбции дейтерия из титана Тдесорб~600°С необходимо ввести энергию W≈600 Дж/г, что для выбранных параметров Ti фольги дает величину ~100 Дж. При длительности омического нагрева Ti фольги τи=50 мс величина импульса тока составляет Iдесорб~150 А (использованная величина удельного сопротивления ρTi=1,5·10-6 Ом·м учитывает влияние дейтерирования Ti).

Аналогичные оценки делаются для проволочного выполнения изотоповыделяющего элемента ИИ.

Форма фольги зависит от производительности инжектора: для компактных нейтронных источников типа нейтронной трубки это может быть цилиндр, для больших - компактная форма, например, в виде спирали Архимеда с шагом, обеспечивающим зазор между соседними витками, или цилиндрической спирали для проволочного варианта изотоповыделяющего элемента.

Однако значительно эффективнее использование в качестве дейтеро(тритие)выделяющего элемента тонкого (10÷20 мкм) слоя дейтеро(тритие)насыщенного гидридообразующего металла или сплава, нанесенного на поверхность проводника из металла или сплава с большим (≥0,28 Ом·мм2·м-1) омическим сопротивлением (нихром, фехраль и т.п.). Меньшая энергия связи изотопов водорода в тонкослойном покрытии (по сравнению с монолитом) приводит к более легкому его высвобождению, что снижает температуру, при которой будет происходить процесс десорбции водорода [Lisowski W. et al. Decomposition of thin titanium deuteride films; thermal desorption kinetics studies combined with microstructure analysis // Appl. Surface Science, 2008, 254 (9), p. 2629-2637]. При этом имеется возможность повышения степени насыщения (Ti, Zr и т.п.) до атомного отношения ~2 и более (против 0,6-0,8 для монолитных материалов) [Tal-Gutelmacher Е. et al., The effect of residual hydrogen on hydrogenation behaviour of Ti thin film // Scripta Materialia, 62 (2010), p. 709-712], что снижает габариты дейтеро(тритие)выделяющего элемента при увеличении выхода дейтерия и/или за импульс и способствует увеличению выхода нейтронов в УНТ.

Кроме того, в этом случае снимаются ограничения в выборе дейтеро(тритие)насыщенного гидридообразующего металла или сплава, обусловленные требованиями к достаточному электрическому сопротивлению последнего для его эффективного омического нагрева. Так, в качестве материала покрытия целесообразно использование гидрида алюминия AlH3, который обладает высоким массовым содержанием изотопов водорода (~10%), низкой температурой десорбции (~200°С) и небольшой энергией разложения (~240 Дж/г против 600 Дж/г для гидрида Ti).

Для исключения шунтирования тока сопротивлением покрытия последнее имеет разрывы в направлении, перпендикулярном протеканию тока в подложке. Количество, форма и размеры разрывов задаются соответствующими параметрами экранов на напыляемой поверхности в процессе осаждения дейтеро(тритие)содержащего покрытия.

Для предотвращения нежелательной диффузии изотопов водорода в подложку (фольга или проволока из материалов и сплавов с большим сопротивлением) на последнюю может быть предварительно нанесен водородный диффузионный барьер в виде тонкопленочного покрытия, в качестве которого используется по крайней мере один материал из группы, включающей: нитриды металлов, оксиды металлов, алюминий, вольфрам, молибден, тантал, хром, ниобий.

Дейтеро(тритие)сорбирующее покрытие, а также водородный диффузионный барьер и различные добавки для вариации температуры десорбции наносятся с помощью источников плазмы (например, магнетронных) в атмосфере изотопов водорода или изотопосодержащих газов, и/или рабочих газов (кислород, азот и пр.). Эффективность плазменного насыщения изотопами водорода позволяет более чем в два раза превышать значения насыщенности при использовании метода Сиверта при повышенных давлении дейтерия и температуре [Никитенков Н.Н. и др. Исследование особенностей поглощения водорода сталью при электролитическом, плазменном и высокотемпературном под давлением способах насыщения // Известия Томского Политехнического Университета (2011), т. 318, №2, с. 97-100].

Положительными эффектами использования подобной универсальной нейтронной трубки является существенное (до 10 раз) повышение эффективности ионизации в ИИ, и, следовательно, потока ионов на мишень, результирующееся в увеличении выхода нейтронов, а также повышенная радиационная безопасность. При работе в режиме дейтеро-тритиевой смеси возможно программированное изменение соотношения количества выделяемых в разрядную камеру изотопов водорода от импульса к импульсу, что расширяет возможности каротажных и др. исследований. Кроме того, в режиме активации только тритиевыделяющего элемента поток ионов трития может быть использован для программируемой "набивки" тритием нейтронообразующей мишени, что предоставляет дополнительные возможности для оптимизации параметров нейтронного выхода и ресурса работы трубки.

Предложенный вариант использования импульсного электротермического инжектора рабочего газа (дейтерия, смеси дейтерия и трития, и др.) для нейтронных трубок не является единственно возможным и может быть использован в разнообразных импульсных электроразрядных устройствах, например, для генерации ионизирующих излучений.

1. Универсальная нейтронная трубка, выполненная в виде герметичного корпуса, в котором расположены мишень, ионно-оптическая система, генератор изотопов водорода, вакуумно-дуговой источник плазмы и ячейка типа Пеннинга, характеризующаяся тем, что вакуумно-дуговой источник плазмы объединен с ячейкой Пеннинга в единую систему ионизации, а генератор изотопов водорода выполнен в виде проводника из дейтеронасыщенного гидридообразующего металла или сплава, выделение дейтерия в котором осуществляется термодесорбцией при непосредственном нагреве проводника импульсами электрического тока в частотно-периодическом режиме, при этом последовательность импульсов электротермической десорбции и разрядного тока в ионном источнике и интервал времени между ними регулируется: при задержке газового импульса относительно разрядного тока реализуется режим вакуумной нейтронной трубки, при обратной задержке - режим газонаполненной нейтронной трубки.

2. Нейтронная трубка по п. 1, характеризующаяся тем, что содержит второй генератор изотопов водорода, выполненный в виде проводника из тритиенасыщенного гидридообразующего металла или сплава, а выделение трития осуществляется термодесорбцией при непосредственном нагреве проводника импульсами электрического тока в частотно-периодическом режиме от независимого источника тока.

3. Нейтронная трубка по п. 2, характеризующаяся тем, что генераторы изотопов водорода выполнены в виде тонкослойных покрытий из дейтеронасыщенного и/или тритиенасыщенного гидридообразующего металла или сплава, нанесенных на поверхность проводников из металла или сплава с большим (≥0,28 Ом·мм2·м-1) омическим сопротивлением.

4. Нейтронная трубка по п. 3, характеризующаяся тем, что величина прикладываемого к изотоповыделяющему элементу напряжения недостаточна для электрического пробоя вблизи поверхности элемента в среде выделяющегося изотопа.

5. Нейтронная трубка по п. 3, характеризующаяся тем, что в качестве проводника используется фольга.

6. Нейтронная трубка по п. 5, характеризующаяся тем, что фольга имеет форму цилиндра на трубчатом изоляторе.

7. Нейтронная трубка по п. 5, характеризующаяся тем, что фольга имеет форму спирали Архимеда с шагом, достаточным для образования зазора между соседними витками.

8. Нейтронная трубка по пп. 5-7, характеризующаяся тем, что покрытие имеет разрыв(ы) в направлении, перпендикулярном направлению электрического тока в подложке с большим (≥0,28 Ом·мм2·м-1) омическим сопротивлением.

9. Нейтронная трубка по п. 8, характеризующаяся тем, что на поверхность проводника предварительно нанесен водородный диффузионный барьер в виде тонкослойного покрытия, в качестве которого использован по крайней мере один материал из группы, включающей нитриды металлов, оксиды металлов, алюминий, вольфрам, молибден, тантал, хром, ниобий.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к запаянным нейтронным трубкам и может быть использовано в генераторах нейтронов для проведения неразрушающего элементного анализа вещества и проведения исследований нейтронно-радиационными методами, в том числе для проведения геофизических исследований нефтегазовых скважин.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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