БЛОК ИЗЛУЧАТЕЛЯ НЕЙТРОНОВ Российский патент 2010 года по МПК G21G4/02 

Блок излучателя нейтронов относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, предназначенным для проведения геофизических исследований нефтяных, газовых и рудных скважин.

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.

Этот малогабаритный генератор нейтронов питается от импульсного высоковольтного источника напряжения питания.

Наиболее близким к предложенному является скважинный импульсный нейтронный генератор (см., например, патент РФ №71804, кл. G21G 4/02, 2007), содержащий нейтронную трубку и схему питания нейтронной трубки, состоящую из конденсатора накопительного, двух высоковольтных трансформаторов, соединенных между собой механически и электрически с помощью резьбовых электрических контактов, нейтронная трубка и высоковольтный источник питания нейтронной трубки помещены в полый тонкостенный экран, между высоковольтным источником питания и тонкостенным экраном расположен электроизоляционный каркас из твердого диэлектрика и температурный компенсатор, выполненный в виде сильфона, все элементы выполнены в виде тел вращения и размещены в герметичном корпусе.

В известном импульсном нейтронном генераторе электропитание нейтронной трубки импульсное, формируется высоковольтными элементами (высоковольтными конденсаторами и трансформаторами), расположенными внутри полого тонкостенного экрана, находящегося под потенциалом корпуса. Внутри тонкостенного экрана по всей длине выступает острая кромка, обращенная в сторону высоковольтных узлов, что при включенном нейтронном генераторе может привести к увеличению напряженности электрического поля и в дальнейшем к электрическому пробою электроизоляционного каркаса.

Соединение всех элементов источника питания нейтронной трубки с помощью резьбовых электрических контактов требует дополнительных затрат времени при сборке и разборке нейтронных генераторов.

Кроме того, в известном нейтронном генераторе температурный компенсатор выполнен на сильфоне, служащем для компенсации изменяемого объема нейтронного генератора при изменении температуры. Для обеспечения термокомпенсации в широком диапазоне температур необходимо изменять размеры сильфона в широких пределах, что приводит к существенному увеличению габаритов и массы нейтронного генератора.

Предложенный блок излучателя нейтронов решает задачу повышения надежности работы в широком диапазоне температур, уменьшения габаритов и массы.

Для этого в блоке излучателя нейтронов, содержащем нейтронную трубку, схему питания нейтронной трубки с высоковольтным трансформатором на входе и температурный компенсатор, причем все элементы выполнены в виде тел вращения и размещены в герметичном корпусе, схема питания состоит из умножителя напряжения, подключенного к нейтронной трубке, на нейтронной трубке установлен теплоотвод, между нейтронной трубкой и корпусом излучателя нейтронов коаксиально нейтронной трубке установлен цилиндрический экран, умножитель напряжения выполнен каскадным, каждый каскад представляет собой отдельный модуль, состоящий из двух коаксиально расположенных цилиндрических конденсаторов, последовательно соединенных с цилиндрическими конденсаторами модулей других каскадов, при этом последовательно соединенные наружные цилиндрические конденсаторы модулей образуют выравнивающую колонну, а последовательно соединенные внутренние цилиндрические конденсаторы модулей образуют повышающую колонну, высоковольтный трансформатор подключен к входу умножителя напряжения, вторичная обмотка высоковольтного трансформатора выполнена секционированной, а первичная низковольтная обмотка расположена в отдельной секции, температурный компенсатор выполнен поршневым и размещен в отдельном корпусе, жестко и герметично установленном в корпусе блока излучателя нейтронов, заполненном жидким диэлектриком, и состоит из малогабаритного поршня, на цилиндрической поверхности которого и на его торцевой поверхности установлены уплотнительные герметизирующие кольца, каскады умножителя напряжения и элементы источника питания соединены между собой плавающими контактами «штырь-гнездо», а между высоковольтными элементами конструкции и корпусом блока излучателя нейтронов расположена многослойная высоковольтная изоляция.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена блок-схема блока излучателя нейтронов, на фиг.2 показана схема умножителя напряжения, на фиг.3 представлена конструкция высоковольтного трансформатора.

Блок излучателя нейтронов состоит (см. фиг.1) из нейтронной трубки 1, установленного на ней теплоотвода 2, цилиндрического экрана 3, 4, умножителя напряжения 5, высоковольтного трансформатора 6 и температурного компенсатора 7, размещенных в корпусе 8 и изолированных от корпуса высоковольтной изоляцией 9.

Умножитель напряжения 5 (см. фиг.2) выполнен каскадным, каждый каскад представляет собой отдельный конструктивный модуль, состоящий из двух коаксиально расположенных цилиндрических конденсаторов: наружного цилиндрического конденсатора 10 и внутреннего цилиндрического конденсатора 11, конденсаторы всех модулей соединены последовательно плавающими контактами «штырь 12 - гнездо 13», причем объединенные наружные цилиндрические конденсаторы образуют выравнивающую колонну, а объединенные внутренние цилиндрические конденсаторы образуют повышающую колонну, обкладки цилиндрических конденсаторов изолированы высокотермостойкой пленкой 14 с повышенной электропрочностью.

Высоковольтный трансформатор 6 (см. фиг.3) представляет собой секционированный каркас 15, в секциях которого расположена высоковольтная вторичная обмотка 16 трансформатора, низковольтная первичная обмотка 17 расположена в отдельной секции.

Температурный компенсатор 7 (см. фиг.1) выполнен в виде малогабаритного поршня 18, размещенного в корпусе 19, на цилиндрической поверхности поршня 18 с обеих сторон и на его торцевой поверхности установлены уплотнительные герметизирующие кольца 20. Корпус 19 температурного компенсатора жестко и герметично закреплен в корпусе 8 блока излучателя нейтронов, заполненном жидким диэлектриком 21.

Предложенный малогабаритный блок излучателя нейтронов выполнен на нейтронной трубке 1, электропитание которой осуществляется от высоковольтного источника постоянного напряжения (диодно-емкостного умножителя напряжения). Для обеспечения стабильности работы трубки в широком диапазоне температур на трубке установлен медный теплоотвод 2, стабилизирующий тепловой режим нейтронной трубки. В блоке излучателя нейтронов между нейтронной трубкой 1 и корпусом 8 блока излучателя нейтронов коаксиально нейтронной трубке 1 установлен цилиндрический экран, состоящий из двух частей 3, 4 из алюминиевого сплава, выполненный полированным со скругленными кромками для выравнивания напряженности электрического поля между нейтронной трубкой 1 и корпусом 8 блока излучателя нейтронов. Нейтронная трубка 1 соединена с каскадным умножителем напряжения 5, выполненным по диодно-емкостной схеме. Каждый каскад умножителя напряжения выполнен в виде отдельного модуля. В каждом модуле цилиндрические конденсаторы 10, 11 расположены коаксиально и соединены с цилиндрическими конденсаторами других модулей последовательно, причем объединенные цилиндрические конденсаторы 10, расположенные с внешней стороны модуля, образуют выравнивающую колонну, оказывающую положительное воздействие на работу умножителя, увеличивая его выходную емкость. Повышающая колонна, образованная последовательно соединенными цилиндрическими конденсаторами 11 и размещенная внутри выравнивающей колонны, позволяет снизить паразитную емкость на корпус.

Обкладки цилиндрических конденсаторов 10, 11 изолированы диэлектриком.

В качестве диэлектрика между обкладками цилиндрических конденсаторов 10, 11 применена высокотермостойкая пленка «Каптон», имеющая высокую электропрочность.

Электропитание умножителя напряжения 5 осуществляется через высоковольтный трансформатор 6, вторичная высоковольтная обмотка которого выполнена секционированной, а первичная низковольтная обмотка расположена в отдельной секции, что обеспечивает высокую электрическую прочность и минимальную паразитную емкость трансформатора.

Каскады умножителя напряжения 5, выполненные в виде отдельных модулей, соединены между собой плавающими контактами «штырь-гнездо» 12, 13. Такое соединение модулей способствует снижению напряженности электрического поля между остриями электромонтажа и корпусом блока.

Во внутренней полости корпуса 8 блока излучателя нейтронов установлен малогабаритный поршневой температурный компенсатор 7, обеспечивающий термокомпенсацию в широком диапазоне температур от -50 до +155°С. На цилиндрической поверхности поршня 18, размещенного в корпусе 19, заполненном жидким диэлектриком 21, с обеих сторон и на торцевой поверхности установлены уплотнительные герметизирующие кольца 20 из термостойкой фторсиликоновой резиновой смеси, обладающей высокими физико-механическими свойствами, обеспечивающими надежную герметизацию поршня 18.

Корпус термокомпенсатора 19 жестко и герметично присоединен к корпусу 8 блока излучателя нейтронов.

Преимущество предложенной конструкции блока излучателя нейтронов состоит в том, что высоковольтная изоляция блока излучателя нейтронов, выполненная из многослойной термостойкой пленки, обеспечивает необходимую электропрочность между высоковольтными элементами конструкции блока и корпусом.

Выполнение каскадов умножителя в виде отдельных модулей, соединенных между собой плавающими контактами «штырь-гнездо», обеспечивает удобство сборки и ремонтопригодность умножителя напряжения.

Замена сильфонного термокомпенсатора на поршневой позволяет снизить габариты и массу блока излучателя нейтронов.

Изобретение относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, предназначенным для проведения геофизических исследований нефтяных, газовых и рудных скважин. Блок излучателя нейтронов содержит нейтронную трубку, схему питания нейтронной трубки с каскадным умножителем напряжения и высоковольтным трансформатором на входе, температурный компенсатор и теплоотвод. Между нейтронной трубкой и корпусом излучателя нейтронов коаксиально нейтронной трубке установлен цилиндрический экран. Каждый каскад умножителя состоит из двух коаксиально расположенных цилиндрических конденсаторов, последовательно соединенных с цилиндрическими конденсаторами модулей других каскадов. Последовательно соединенные наружные цилиндрические конденсаторы образуют выравнивающую колонну. Последовательно соединенные внутренние цилиндрические конденсаторы образуют повышающую колонну. Высоковольтный трансформатор подключен к входу умножителя напряжения. Температурный компенсатор выполнен поршневым, размещен в отдельном корпусе и состоит из поршня с уплотнительными герметизирующими кольцами. Блок излучателя нейтронов заполнен жидким диэлектриком. Изобретение позволяет повысить надежность работы блока излучателя нейтронов в широком диапазоне температур, уменьшить габариты и массу. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Блок излучателя нейтронов, содержащий нейтронную трубку, схему питания нейтронной трубки с высоковольтным трансформатором на входе и температурный компенсатор, причем все элементы выполнены в виде тел вращения и размещены в герметичном корпусе, отличающийся тем, что схема питания состоит из умножителя напряжения, подключенного к нейтронной трубке, на нейтронной трубке установлен теплоотвод, между нейтронной трубкой и корпусом излучателя нейтронов коаксиально нейтронной трубке установлен цилиндрический экран, умножитель напряжения выполнен каскадным, каждый каскад представляет собой отдельный модуль, состоящий из двух коаксиально расположенных цилиндрических конденсаторов, последовательно соединенных с цилиндрическими конденсаторами модулей других каскадов, при этом последовательно соединенные наружные цилиндрические конденсаторы модулей образуют выравнивающую колонну, а последовательно соединенные внутренние цилиндрические конденсаторы модулей образуют повышающую колонну, высоковольтный трансформатор подключен к входу умножителя напряжения, вторичная обмотка высоковольтного трансформатора выполнена секционированной, а первичная низковольтная обмотка расположена в отдельной секции, температурный компенсатор выполнен поршневым и размещен в отдельном корпусе, жестко и герметично установленном в корпусе блока излучателя нейтронов, заполненном жидким диэлектриком, и состоит из малогабаритного поршня, на цилиндрической поверхности которого и на его торцевой поверхности установлены уплотнительные герметизирующие кольца.

2. Блок излучателя нейтронов по п.1, отличающийся тем, что каскады умножителя напряжения и элементы источника питания соединены между собой плавающими контактами «штырь - гнездо».

3. Блок излучателя нейтронов по п.1, отличающийся тем, что между высоковольтными элементами конструкции и корпусом блока излучателя нейтронов расположена многослойная высоковольтная изоляция.