[1]Изобретение относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначено для проведения геофизических исследований скважин импульсными нейтронными методами.
[2]Известен малогабаритный генератор нейтронов (см., например, Геофизическая аппаратура. Недра, вып.43, 1970 г., с.132-146), содержащий нейтронную трубку и высоковольтный источник напряжения питания, выполненный на накопительном конденсаторе, включенном между высоковольтным источником питания и первичной обмоткой высоковольтного импульсного трансформатора (в случае биполярного питания - первичными обмотками высоковольтного импульсного трансформатора).
[3]Однако известный генератор нейтронов имеет малый ресурс работы.
[4]Поскольку для работы нейтронной трубки требуется высоковольтное питающее напряжение, то при малом диаметре генератора нейтронов с плотной компоновкой элементов схемы основное внимание уделяют обеспечению электропрочности схемы. При этом теплоотдача от источников энергии на внешнюю поверхность корпуса генератора происходит только через теплопроводность материалов.
[5]Так как применяемые электроизоляционные материалы имеют низкую теплопроводность, то температура тепловыделяющих элементов внутри объема генератора может на (60-100)°С превышать температуру окружающей среды, что приводит к быстрому старению изоляции и сокращению срока службы нейтронного генератора.
[6]Известно охлаждающее устройство с замкнутым циклом циркулирующего теплоносителя (см., например, патент РФ №2127456, кл. G12B 15/02, 1997), выполненное в защитном герметичном кожухе и содержащее соосный шток относительного перемещения, охлаждаемый элемент, теплоноситель, рабочую камеру и две кольцевые полости, примыкающие к ней с двух сторон. Рабочая камера связана с первой полостью обратным клапаном, а со второй - регулирующим клапаном. Первая полость примыкает к поршню на штоке. Вторая кольцевая полость образована сообщающимися двойными с зазором стенками, полыми торцем и теплоотводом и через второй обратный клапан - с первой кольцевой полостью.
[7]Однако известное устройство требует установки в объем охлаждающего устройства дополнительных элементов (штока с поршнем, клапанов), что при ограниченных габаритах устройства недопустимо.
[8]За прототип выбран малогабаритный генератор нейтронов, описанный в журнале Геофизическая аппаратура. Недра, вып.43, 1970 г., с.132-146.
[9]Предложенный скважинный импульсный нейтронный генератор решает задачу повышения ресурса работы при повышенной температуре окружающей среды простыми средствами.
[10]Для этого в скважинном импульсном нейтронном генераторе, содержащем вакуумную нейтронную трубку и электрическую схему питания вакуумной нейтронной трубки, состоящую из двух импульсных высоковольтных трансформаторов, конденсатора накопительного схемы формирования ускоряющего импульса, конденсатора источника питания нейтронной трубки и зарядного дросселя, размещенных в герметичном корпусе, все элементы электрической схемы питания вакуумной нейтронной трубки выполнены в виде тел вращения с центральными отверстиями, соединены между собой механически и электрически с помощью резьбовых электрических контактов с центральными отверстиями, а с вакуумной нейтронной трубкой - через чашеобразные резьбовые втулки с центральным и боковыми отверстиями, установленные на мишени и аноде вакуумной нейтронной трубки, вакуумная нейтронная трубка и электрическая схема питания помещены в полый тонкостенный цилиндр с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра герметичного корпуса, между наружной стенкой тонкостенного цилиндра и внутренней стенкой герметичного корпуса образована наружная полость, заполненная жидким диэлектриком, сообщающаяся с внутренней полостью, образованной центральными отверстиями в охлаждаемых элементах электрической схемы питания вакуумной нейтронной трубки.
[11]На чертеже представлена функциональная схема скважинного импульсного нейтронного генератора
[12]Скважинный импульсный нейтронный генератор содержит вакуумную нейтронную трубку 1 и электрическую схему питания вакуумной нейтронной трубки, состоящую из высоковольтного трансформатора 2 отрицательной полярности импульсов, высоковольтного трансформатора 3 положительной полярности импульсов, конденсатора 4 источника питания нейтронной трубки, зарядного дросселя 5, конденсатора накопительного 6 схемы формирования ускоряющего импульса. Все элементы электрической схемы питания вакуумной нейтронной трубки 1 выполнены в виде цилиндров с центральными отверстиями, установлены последовательно, соединены между собой резьбовыми электрическими контактами 7 и размещены в тонкостенном цилиндре 8, наружный диаметр которого меньше внутреннего диаметра герметичного корпуса 9. На мишени 10 и аноде 11 нейтронной трубки 1 установлены чашеобразные резьбовые втулки 12 и 13 с центральными и боковыми отверстиями.
[13]В торце герметичного корпуса 9 размещен компенсатор 14.
[14]Между наружной стенкой тонкостенного цилиндра 8 и внутренней стенкой герметичного корпуса 9 образуется наружная полость 15, сообщающаяся с внутренней полостью 16, образованной центральными отверстиями в элементах электрической схемы питания вакуумной нейтронной трубки. Полости 15 и 16 заполнены жидким диэлектриком и обеспечивают циркуляцию жидкого диэлектрика в скважинном импульсном нейтронном генераторе.
[15]Конвективный теплообмен происходит следующим образом.
[16]В качестве теплоносителя используется жидкий диэлектрик.
[17]Для организации конвективного теплообмена в скважинном импульсном нейтронном генераторе образован замкнутый контур для циркуляции жидкого диэлектрика, состоящий из коаксиальных полостей 15, 16, образованных промежутком между внутренней стенкой корпуса 9 генератора и тонкостенным цилиндром 8 и центральными отверстиями элементов электрической схемы питания нейтронной трубки 1, соединенных между собой через отверстия в чашеобразных резьбовых втулках 12 и 13.
[18]Рабочее положение скважинного импульсного нейтронного генератора - вертикальное мишенью вверх. Жидкий диэлектрик, заполняющий внутреннюю полость 16, нагревается от мишени 10 и анода 11 нейтронной трубки 1, являющихся основными источниками тепла, и, расширяясь, выходит во внешнюю полость 15. Во внешней полости 15 через поверхность герметичного корпуса 9 жидкий диэлектрик охлаждается и опускается вниз, обеспечивая таким образом циркуляцию жидкого диэлектрика - теплоносителя.
[19]Компенсатор 14, выполненный, например, в виде сильфона, служит для компенсации изменения объема жидкого диэлектрика при изменении температуры.
[20]Использование для охлаждения элементов схемы естественного конвективного теплообмена позволило по сравнению с известными техническими решениями осуществить охлаждение элементов схемы простыми средствами без использования дополнительных элементов, усложняющих устройство.
[21]Выполнение скважинного импульсного генератора в соответствии с предложенным техническим решением позволило более чем в два раза снизить перегрев электродов нейтронной трубки, являющихся основным источником тепла.
[22]Ресурс работы скважинного импульсного нейтронного генератора достигает 50-ти часов при температуре окружающей среды 150°С и 100 часов при температуре 120°С, т.е. приблизительно на порядок выше, чем у прототипа.
