СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГАЗОНАПОЛНЕННОЙ НЕЙТРОННОЙ ТРУБКИ Российский патент 2008 года по МПК G21G4/02 H01J9/02 

Изобретение относится к области ядерной физики, к получению нейтронов в результате взаимодействия ускоренных ионов дейтерия с ядрами трития, в частности к изготовлению дейтерий-тритиевых газонаполненных нейтронных трубок.

Известны способы изготовления деталей для электровакуумных приборов, включающие в себя механическую обработку, химическую обработку, электрохимполировку, вакуумный отжиг.

В.И.Раховский "Физические основы коммутации электрического тока в вакууме", Наука, 1970 с.32-40.

М.Д.Габович, Н.В.Плешивцев, Н.Н.Семашко "Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза и технологических целей", Энергоатомиздат, 1986, с.117-124, 144-148.

Недостатком известных способов является то, что остаются диэлектрические включения, окисные пленки, адсорбированные слои газов и паров на поверхностях деталей газонаполненной нейтронной трубки, в частности, на ускоряющем электроде.

Инородные включения на поверхности ускоряющего электрода являются потенциальными зонами электронной эмиссии, что снижает нейтронный поток газонаполненных нейтронных трубок.

Известен способ очистки поверхностей, использующий пучок ионов для бомбардировки и отжиг деталей для удаления примесей и внедрившихся ионов.

Farnsworth H.E. et al. Appl. Phys., 29, 1150 (1958), Application of the ion bombardment cleaning method to Titanium, Germanium, Silicon and Nicel as determined by low-energy electron diffraction. Прототип.

Прототип неприменим для ионной бомбардировки и последующего отжига деталей, в частности ускоряющего электрода, в собранной газонаполненной нейтронной трубке.

Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.

Задачей данного изобретения является повышение качества ускорительной газонаполненной нейтронной трубки и увеличение ее нейтронного потока путем уменьшения электронной составляющей тока трубки, при неизменном токе через газонаполненную нейтронную трубку.

Техническим результатом изобретения является повышение нейтронного потока ускорительной газонаполненной нейтронной трубки.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления газонаполненной нейтронной трубки, включающем термическую обработку ускоряющего электрода, термическую обработку кромки ускоряющего электрода газонаполненной нейтронной трубки проводят в собранной трубке расфокусированным пучком ионов дейтерия и трития путем подачи на ускоряющий электрод трубки напряжения от 3,5 до 5,5 кВ, пропуская через межэлектродный промежуток ионный ток от 50 до 100 мкА в течение 4-12 часов.

Сущность изобретения поясняется на фигурах 1-4.

На фиг.1 схематично представлена газонаполненная нейтронная трубка с расфокусированным пучком ионов дейтерия и трития в режиме с энергией 5 кэВ и током 100 мкА, где:

1 - источник ионов, 2 - фокусирующий электрод, 3 - ускоряющий электрод, 4 - мишень трубки, 5 - пучок ионов дейтерия и трития.

На фиг.2 схематично представлена нейтронная трубка в рабочем режиме.

На фиг.3 представлены диаграммы, иллюстрирующие увеличение нейтронного потока в зависимости от продолжительности чистки.

На фиг.4 представлен график зависимости изменения коэффициента распыления от энергии ускоренного пучка. При режиме газонаполненной нейтронной трубки с энергией пучка ионов дейтерия и трития 80 кэВ и током 80 мкА.

Нейтронный поток N газонаполненной нейтронной трубки прямо пропорционален ионному току через трубку:

Как известно ток через трубку I_T это суммарный ток, состоящий из ионного I_И и электронного I_e токов, I_Т=I_И+I_e. Причем, в электронную составляющую I_e тока газонаполненной нейтронной трубки входят I_ем электронный ток с мишени, I_еу электронный ток с ускоряющего электрода 3, I_ег электронный ток, возникающий за счет взаимодействия ускоренных ионов в ионнооптической системе с молекулами остаточного газа. Окончательно ток через трубку можно представить в следующем виде:

Величинами токов I_ем и I_ег можно пренебречь в связи с их малостью:

I_ем - мал за счет существования в трубке системы подавления электронов с мишени (антидинатронное устройство),

а I_ег - мал за счет низкого давления остаточного газа, порядка 10^-2÷10^-3 мм рт.ст.

Итак, как видно из (1) и (2) при сохранении величины тока через газонаполненную нейтронную трубку I_Т, увеличенная электронная составляющая I_еу приводит к уменьшению ионной составляющей, что приводит к уменьшению нейтронного потока трубки.

Способ осуществляется следующим образом. Собирают газонаполненную нейтронную трубку и непосредственно в газонаполненной нейтронной трубке проводят обработку кромки ускоряющего электрода 3 расфокусированным пучком ионов дейтерия и трития 5 (фиг.1).

Увеличение нейтронного потока связанно с чисткой поверхности кромки ускоряющего электрода 3 за счет распыления материала ускоряющего электрода 3 (в том числе диэлектрических включений и сорбированных пленок).

Изменение коэффициента распыления Y (ат./ион.), материала кромки ускоряющего электрода 3, от энергии пучка представлено на фиг.4. Коэффициент распыления рассчитывался по формуле Смита. Smith D.L. Physical Sputtering Model for Fusion Reactor First-Wall Materials. J. Nucl. Materials, 1978, vol.75, p.20-31):

где U_o - энергия связи поверхностных атомов (эВ), полагается равной энергии сублимации, отнесенной к одному атому;

Z₁ и Z₂ - атомные номера ускоренной частицы и мишени соответственно;

M₁ и М₂ - массовые числа ускоренной частицы и мишени соответственно;

Е - энергия ускоренного пучка ионов дейтерия и трития 5 (эВ).

Также на фиг.4 показан диапазон энергий, который применим для обработки кромки ускоряющего электрода. Выбор энергии пучка ионов дейтерия и трития 5 для обработки кромка ускоряющего электрода 3 обусловлен двумя причинами. Энергия должна быть достаточна, для того чтобы пучок ионов дейтерия и трития 5 был расфокусированным (фиг.1) и при этой энергии должен быть приемлемый коэффициент распыления Y (см. фиг.4.).

Сопоставляя расчеты траекторий пучка ионов дейтерия и трития 5 с расчетами коэффициента распыления кромки ускоряющего электрода 3, была выбрана величина энергии пучка ионов дейтерия и трития 5 около 5 кэВ, необходимая для обработки кромки ускоряющего электрода 3 расфокусированным пучком ионов дейтерия и трития 5.

Изобретение относится к изготовлению газонаполненных нейтронных трубок для генерации потоков нейтронов. Техническим результатом изобретения является повышение нейтронного потока газонаполненной нейтронной трубки. Термическую обработку кромки ускоряющего электрода газонаполненной нейтронной трубки проводят в собранной газонаполненной нейтронной трубке расфокусированным пучком ионов дейтерия и трития, подавая на ускоряющий электрод газонаполненной нейтронной трубки напряжение от 3,5 до 5,5 кВ и пропуская через межэлектродный промежуток ионный ток дейтерия и трития от 50 до 100 мкА в течение 4-12 часов. 4 ил.

Способ изготовления газонаполненной нейтронной трубки, включающий термическую обработку ускоряющего электрода, отличающийся тем, что термическую обработку кромки ускоряющего электрода газонаполненной нейтронной трубки проводят в собранной газонаполненной нейтронной трубке расфокусированным пучком ионов дейтерия и трития путем подачи на ускоряющий электрод трубки напряжения от 3,5 до 5,5 кВ, пропуская через межэлектродный промежуток ионный ток дейтерия и трития от 50 до 100 мкА в течение 4-12 ч.