СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИШЕНИ НЕЙТРОННОЙ ТРУБКИ Российский патент 2004 года по МПК G21G4/02 H05H6/00 

Изобретение относится к области изготовления титано-тритиевой мишени, применяемой в импульсной вакуумной нейтронной трубке, которая предназначена для генерации потоков нейтронов и используется в скважинной геофизической аппаратуре для каротажа нефтяных и газовых месторождений, а также в составе аппаратуры нейтронного активационного анализа.

Известен способ изготовления титано-тритиевой мишени нейтронной трубки, заключающийся в том, что на вакуумно-чистый молибденовый диск, находящийся при температуре 20-50^oС, напыляют титановую пленку методом термического испарения в вакууме. После этого напыленный диск извлекают из установки напыления и насыщают тритием в специальной установке (см. В.Н.Стришак, В.А. Степаненко, Г. И.Применко. Вопросы физики быстрых нейтронов. Киев. Киевский Госуниверситет, 1972 г. , стр. 62; Труды 3-ей конференции по мишеням для нейтронных генераторов, Льенс, Бельгия, 1967 г., перевод 1320, ОНТИ, 1972 г. ).

Мишени, изготовленные известным способом, имеют существенный недостаток: в результате шестичасовой термической обработки при температуре 290^oС на вакуумных постах нейтронных трубок с мишенями, насыщенными тритием до атомного отношения трития к титану η =1,6, мишени теряют 30% поглощенного ими трития, а при температуре прогрева 260^oС они теряют 14% трития. Таким образом мишени, изготовленные известным способом, имеют большую потерю трития при термической обработке в составе трубки, что приводит к снижению нейтронного выхода из-за уменьшения концентрации трития в мишени.

Из известных технических решений способов изготовления мишени нейтронной трубки наиболее близким по технической сущности является известное решение, описанное в патенте US 3963934, МПК G 21 G 4/02, от 15.06.1976 г., из которого известен способ изготовления мишени нейтронной трубки, включающий напыление титана на металлическую основу мишени и насыщение титана тритием. Приведенное известное техническое решение принято в качестве прототипа заявленного изобретения.

Этот способ изготовления титано-тритиевой мишени нейтронной трубки заключается в том, что напыление титана на металлическую основу мишени производят при температуре последней 350-450^oС. После этого напыленную мишень извлекают из установки напыления и насыщают тритием в специальной установке.

Недостатком известного решения изготовления мишени нейтронной трубки заключается в том, что в процессе эксплуатации трубок наблюдается значительное снижение выхода нейтронов. Одной из главных причин этого снижения является перегрев активного слоя мишени и его термическое разложение при высоких тепловых нагрузках, возникающих при торможении дейтонов и передаче их энергии в этом слое. Дополнительным источником нагрева при работе трубки в скважине является окружающая среда, находящаяся при температуре 120-150^oС. В этих условиях величина и стабильность выхода нейтронов в значительной степени определяются термостойкостью мишени. Другим недостатком известного способа является то, что снижение термостойкости мишени ведет к уменьшению ресурса включений в процессе срока службы.

Задачей данного изобретения является повышение термостойкости мишени для увеличения выхода нейтронов, его стабильности и повышения ресурса включений нейтронной трубки.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления мишеней нейтронной трубки включает напыление титана на металлическую основу мишени при температуре последней 500-650^oС. После этого напыленную мишень извлекают из установки напыления и насыщают тритием в специальной установке.

Предложенный способ изготовления мишеней нейтронной трубки был реализован в условиях действующего производства на комбинате "Электрохимприбор" при изготовлении экспериментальных мишеней ТНТ1411.080СБ.

Напыление титана на металлическую основу осуществляли методом термического испарения в вакууме ~ 2•10^-6 мм рт.ст. при температуре 500-650^oС. Нагрев металлической основы мишени осуществляли резистивным нагревателем, установленным на позиции напыления. В результате были изготовлены мишени с более светлой поверхностью по сравнению с изготовленными по известному техническому решению, свидетельствующие, что на поверхности созданы наиболее прочные окислы титана от ТiO₂ до Тi₂O₅. После извлечения мишеней из установок напыления их насыщали тритием в специальной установке известным способом. Повышение температуры металлической основы мишени при напылении титана до 700^oС и выше термостойкость мишени и выход нейтронов нейтронной трубки повышался незначительно.

Изготовленные экспериментальные мишени были подвергнуты вместе с изготовленными по известному техническому решению мишенями проверке на термостойкость путем прогрева в вакууме при температурах 360 и 440^oС в течение 6 ч. Результаты проверки отражены в таблице 1.

Аналогичные сравнительные испытания были проведены на нейтронных трубках с мишенями, изготовленными известным способом и по предлагаемому техническому решению, на изменение выхода нейтронов на ресурсных испытаниях. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Данные испытаний представлены в виде среднего значения выхода нейтронов по трубкам и в процентах по отношению к полученному значению на контрольных испытаниях, принятых за 100%.

Параметры, по которым оценивали термостойкость мишени, являются ток несамостоятельного разряда (J_β) и атомное отношение (АО). Ток несамостоятельного разряда (J_β) характеризует β-активность поверхности насыщенной тритием мишени. Атомное отношение (АО) характеризует отношение атомов трития к количеству атомов титана и является основным показателем, характеризующим уровень потери трития при термообработке мишеней и определяющим уровень выхода нейтронов нейтронной трубки.

Результаты проверки на термостойкость показывают, что экспериментальные мишени, изготовленные по предлагаемому техническому решению, имеют преимущества по сравнению с мишенями, изготовленными по известному техническому решению. При температуре 360^oС экспериментальные мишени практически сохраняют свои параметры как по току несамостоятельного разряда (J_β), так и по атомному отношению (АО) трития к титану. При температуре 440^oС преимущества экспериментальных мишеней еще очевиднее.

Как видно из таблицы 2, для нейтронных трубок с мишенями, изготовленными по известному техническому решению, характерно значительное и постоянное снижение выхода нейтронов в процессе выработки ресурса включений, особенно в начальной стадии выработки ресурса. На нейтронных трубках с экспериментальными мишенями наблюдается некоторое снижение нейтронного выхода, но в значительно меньшей степени.

Динамика изменения выхода нейтронов также показывает преимущества заявленного способа изготовления мишеней нейтронной трубки по сравнению с известным техническим решением, поскольку у нейтронных трубок с экспериментальными мишенями выход нейтронов значительно выше, более стабилен, кроме того, трубки с экспериментальными мишенями выдержали более чем в два раза большее число включений, что позволяет соответственно увеличить ресурс включений нейтронной трубки.

В качестве металлической основы мишени могут быть использованы металлы и сплавы, не проницаемые по отношению к водороду.

Мишени, изготовленные предложенным способом, могут найти применение в нейтронных генераторах и в составе аппаратуры нейтронного активационного анализа.

Предложенный способ изготовления мишеней нейтронной трубки может быть осуществлен в условиях действующего производства, на имеющемся оборудовании, с существующим уровнем квалификации персонала.

Способ изготовления мишени нейтронной трубки предназначен для использования в скважинно-геофизической аппаратуре. Способ включает в себя напыление титановой пленки. Последнее производится на металлической основе мишени. Последняя нагрета до 500-650^oС. Обеспечивается повышение термостойкости мишени и ресурса включений нейтронной трубки. 2 табл.

Способ изготовления мишени нейтронной трубки, включающий напыление титана на металлическую основу мишени и насыщение титана тритием, отличающийся тем, что напыление титановой пленки производят на металлическую основу мишени, нагретую до 500-650°С.