патент
№ RU 2614240
МПК H05H3/06

Импульсный нейтронный генератор

Авторы:
Бобылев Владимир Тимофеевич Брагин Сергей Иванович Кузнецов Юрий Павлович
Все (9)
Номер заявки
2015147026
Дата подачи заявки
02.11.2015
Опубликовано
24.03.2017
Страна
RU
Дата приоритета
16.06.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
1
Реферат

Изобретение относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначено для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов. Технический результат - расширение функциональных и эксплуатационных возможностей нейтронного генератора. В импульсном нейтронном генераторе, содержащем размещенные коаксиально в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой и межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненной на каркасе, и параллельно с вторичной обмоткой трансформатора дополнительную обмотку, намотанную проводом с высоким удельным сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью, нейтронная трубка снабжена дополнительным управляемым трехэлектродным источником ионов, мишенный электрод размещен посередине корпуса нейтронной трубки и имеет две симметричные мишени, насыщенные одним или разными изотопами водорода, вторичная обмотка трансформатора и дополнительная обмотка выполнены в виде двух симметричных усеченных конусов, имеющих общее малое основание, при этом крайние витки обмоток, расположенных на малом основании, подключены к мишенному электроду, а крайние витки, расположенные на больших основаниях, подключены к корпусу нейтронного генератора. 1 ил.

Формула изобретения

Импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные коаксиально в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой и межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненной на каркасе, и параллельно с вторичной обмоткой трансформатора дополнительную обмотку, намотанную проводом с высоким удельным сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью, отличающийся тем, что нейтронная трубка снабжена дополнительным управляемым трехэлектродным источником ионов, мишенный электрод размещен посередине корпуса нейтронной трубки и имеет две симметричные мишени, насыщенные одним или разными изотопами водорода, вторичная обмотка трансформатора и дополнительная обмотка выполнены в виде двух симметричных усеченных конусов, имеющих общее малое основание, при этом крайние витки обмоток, расположенных на малом основании, подключены к мишенному электроду, а крайние витки, расположенные на больших основаниях, подключены к корпусу нейтронного генератора.

Описание

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

Известен генератор импульсного потока ионизирующего излучения нейтронов, содержащий расположенные по оси металлического корпуса высоковольтный трансформатор с чашеобразным электродом, в котором размещена ускорительная трубка со схемой ее питания, выполненной на накопительном конденсаторе, включенном между высоковольтным источником питания и первичной обмоткой высоковольтного импульсного трансформатора. Авторское свидетельство СССР №679082, МПК Н05Н 1/00, 1973 г. В этом генераторе высоковольтный трансформатор расположен последовательно с ускорительной трубкой, а для уменьшения напряженности и обеспечения равномерного электрического поля в него введен распределитель электрического поля, выполненный в виде полого усеченного конуса из изоляционного материала, на котором выполнена обмотка из провода с высоким удельным сопротивлением, размещенная коаксиально ускорительной трубке и соединенная одним концом с чашеобразным электродом, а другим - с торцом корпуса. Последовательное расположение высоковольтного трансформатора относительно ускорительной трубки приводит к существенному увеличению размеров генератора. Генератор может производить нейтроны энергий только 14 МэВ или 2,5 МэВ.

Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные коаксиально в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой и межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненный на каркасе в виде полого цилиндра из феррита с металлическим дном, соединенным с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки, параллельно с вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора введена дополнительная обмотка, намотанная проводом с высоким удельным сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью, соединенная одним концом с металлическим дном, а другим - с началом вторичной обмотки. Патент на изобретение РФ №25518840, МПК Н05Н 1/00, прототип.

Недостатком прототипа является то, что генератор производит нейтроны только одного типа: либо 2,5 МэВ, либо 14 МэВ и имеет ограниченный ресурс работы.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных и эксплуатационных возможностей нейтронного генератора.

Технический результат достигается тем, что в импульсном нейтронном генераторе, содержащем размещенные коаксиально в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой и межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненной на каркасе, и параллельно с вторичной обмоткой трансформатора дополнительную обмотку, намотанную проводом с высоким удельным сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью, нейтронная трубка снабжена дополнительным управляемым трехэлектродным источником ионов, мишенный электрод размещен посередине корпуса нейтронной трубки и имеет две симметричные мишени, насыщенные одним или разными изотопами водорода, вторичная обмотка трансформатора и дополнительная обмотка выполнены в виде двух симметричных усеченных конусов, имеющих общее малое основание, при этом крайние витки обмоток, расположенных на малом основании, подключены к мишенному электроду, а крайние витки, расположенные на больших основаниях, подключены к корпусу нейтронного генератора.

На чертеже представлен предложенный импульсный нейтронный генератор, где 1 - металлический корпус, 2 - нейтронная трубка, 3 - ферритовый сердечник, 4 - изоляционная каркас, 5 - металлическое кольцо, 6 - вторичная обмотка трансформатора, 7 - дополнительная обмотка, 8 - бумажно-пленочная изоляция, 9 - первичная обмотка трансформатора, 10 - накопительный конденсатор, 11 - контактная пружина, 12 - элементы питания ионного источника, 13 - корпус нейтронной трубки, 14 - управляемые трехэлектродные источники ионов, 15 - мишенный электрод нейтронной трубки, 16 - накладная мишень насыщенная тритием (дейтерием), 17 - накладная мишень насыщенная дейтерием (тритием), 18 - крышка генератора, 19 - температурный компенсатор, 20 - высоковольтный герметичный проходной изолятор.

Генератор выполнен в металлическом корпусе 1, залитом жидким диэлектриком, внутри которого размещена нейтронная трубка 2, высоковольтный импульсный трансформатор, содержащий цилиндрический полый ферритовый сердечник 3, соединенный через металлическое кольцо 5 с изоляционным каркасом 4. На этой сборке расположена вторичная обмотка 6 и параллельно с ней одновременно намотанная проводом с высоким удельным сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью дополнительная обмотка 7. Вторичная обмотка трансформатора 6 и дополнительная обмотка 7 выполнены в виде двух симметричных усеченных конусов, имеющих общее малое основание, при этом крайние витки обмоток, расположенные на малом основании, подключены к металлическому кольцу 5 и через контактную пружину 11 - к мишенному электроду 15, а крайние витки, расположенные на больших основаниях, подключены к корпусу 1 нейтронного генератора. Такое расположение вторичной обмотки трансформатора 6 и дополнительной обмотки 7 позволяет равномерно снизить напряжение от высоковольтного мишенного электрода 15 к корпусу 1 генератора, что обеспечивает в генераторе благоприятную конфигурацию электрического поля и отсутствие градиентов напряженности.

Число витков дополнительной обмотки равно числу витков основной обмотки, обе обмотки наматываются одновременно в противоположные стороны совместно с бумажно-пленочной изоляцией. Так образуются два симметричных усеченных конуса, имеющих общее малое основание.

Поверх вторичной обмотки 6 мотается первичная обмотка 9. Коаксиально нейтронной трубке расположены элементы питания ионного источника 12 и накопительный конденсатор 10. Нейтронная трубка 2 содержит дополнительный управляемый трехэлектродный источник ионов 14, а мишенный электрод 15 содержит две симметричные накладные мишени 16 и 17, расположенные посередине корпуса нейтронной трубки, и насыщены одним или разными изотопами водорода.

Для обеспечения электрической прочности и теплового режима генератор залит жидким диэлектриком. В качестве жидкого диэлектрика в генераторе использовано трансформаторное масло ТКп. На крышке генератора 18 установлен температурный компенсатор 19 и высоковольтный герметичный проходной изолятор 20.

Генератор работает следующим образом.

При подаче импульса запуска на управляющий электрод ионного источника нейтронной трубки 2 происходит разряд накопительного конденсатора 10 на первичную обмотку 9 импульсного высоковольтного трансформатора. При этом на вторичной обмотке 6 трансформатора формируется импульс напряжения амплитудой (100-150) кВ и передается через металлическое кольцо 5 и контактную пружину 11 на мишенный электрод трубки 15. Одновременно ионный(е) источник(и) нейтронной трубки 2 производит(ят) ионы дейтерия, которые ускоряются в направлении мишени 15(16).

При бомбардировке мишени 16 в результате ядерной реакции Д(d, n)Не3 образуются нейтроны с энергией 2,5 МэВ, при бомбардировке мишени 17 в результате ядерной реакции T(d, n)Не4 образуются нейтроны с энергией 14 МэВ.

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенное техническое решение позволяет расширить функциональные возможности нейтронного генератора.

Генератор может производить нейтроны различных энергий - 14 МэВ и 2,5 МэВ по выбору пользователя. Кроме того, можно задать режим работы генератора с одновременной и последовательной работой ионных источников.

При насыщении мишеней одним типом изотопа водорода может быть увеличен поток нейтронов при одновременной работе ионных источников, по крайней мере, в два раза, а при последовательной работе ионных источников увеличить ресурс работы по сравнению с прототипом.

При работе генератора в нормальном режиме дополнительная обмотка 7 не оказывает влияния на формирование ускоряющего напряжения, так как основная обмотка имеет на порядки меньшее сопротивление.

При работе генератора в то время, когда источник ионов нейтронной трубки не срабатывает, режима "холостого хода" высоковольтного трансформатора не происходит, так как вторичная обмотка 6 подключена к параллельной дополнительной обмотке 7 с высоким сопротивлением, т.е. к нагрузке 30-40 кОм. Таким образом, стабилизируется напряжение на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора и существенно снижаются градиенты напряженности электрического поля за счет введения обмоток 6 и 7, выполненных в виде двух симметричных усеченных конусов, имеющих общее малое основание, что позволяет увеличить ускоряющее напряжение и выход нейтронов в импульсе.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты