БЛОК ИЗЛУЧАТЕЛЯ НЕЙТРОНОВ Российский патент 2013 года по МПК H05H5/00 

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

Известен малогабаритный генератор нейтронов, 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). Геофизическая аппаратура. Недра, вып. 43, 1970 г., с.132-146. Однако этот генератор нейтронов имеет большие габариты и малый ресурс работы.

Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные коаксиально в общем корпусе нейтронную трубку, накопительный конденсатор и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой, выполненной на каркасе в виде полого цилиндра из изоляционного материала с металлическим дном, с межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов и уложенной послойно на металлическое дно каркаса, электрически соединенное с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки. Авторское свидетельство СССР №1158023, МПК Н05Н 5/00. 1994 г. Генератор нейтронов имеет малый ресурс работы.

Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку с элементами питания источника, накопительный конденсатор и формирователь импульсов ускоряющего напряжения, состоящий из высоковольтного трансформатора, расположенного снаружи трубки коаксиально с ней, с первичной обмоткой, расположенной поверх вторичной. Трансформатор намотан на полом диэлектрическом каркасе с металлическим дном, соединенным с выходом вторичной обмотки. В качестве материала каркаса высоковольтного трансформатора выбран феррит. В полости каркаса размещена нейтронная трубка, мишенная часть которой имеет электрический контакт с металлическим дном каркаса. Вторичная обмотка многорядная, ряды высоковольтной обмотки изолируются друг от друга лентами конденсаторной бумаги и полимерной пленки, выступающими за пределы рядов обмотки. Края изоляции загнуты со стороны металлического дна каркаса вокруг набора дисков из конденсаторной бумаги, размещенных соосно с дном каркаса. Такое выполнение загиба формирует электрическую изоляцию металлического дна каркаса, находящегося под полным выходным напряжением трансформатора, от корпуса генератора. Авторское свидетельство СССР №818456, МПК Н05Н 5/00, 1984. Прототип.

При формировании электрической изоляции металлического дна каркаса используют набор дисков из многослойной бумажно-пленочной изоляции. Эти материалы имеют низкую теплопроводность, поэтому температура тепловыделяющих элементов внутри объема генератора может превышать температуру окружающей среды на (60-100)°С, что приводит к быстрому старению изоляции и сокращению срока службы нейтронного генератора.

Кроме того, для обеспечения электрической прочности между рядами вторичной обмотки со стороны открытой полости необходимо значительное выступание бумажно-пленочной изоляции за пределы рядов обмотки (приблизительно на 25-30 мм), что приводит к увеличению длины генератора.

Техническим результатом изобретения являются повышение надежности и срока службы генератора, уменьшение габаритов.

Технический результат достигается тем, что в генераторе нейтронов, 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 в виде полого цилиндра из изоляционного материала с металлическим дном, соединенным с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки, между металлическим дном и корпусом установлен теплопроводящий изолятор с кольцевыми проточками, имеющий с ними тепловой контакт, части слоев межрядовой изоляции, выступающей за пределы рядов, с одной стороны загнуты в проточки теплопроводящего изолятора, а с другой стороны надрезаны послойно равномерно по диаметру, причем надрезы в последующем слое размещены между надрезами в предыдущем слое, надрезанная часть изоляции завернута на наружную поверхность трансформатора и закреплена.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и фиг.2.

На фиг.1 схематично представлен блок излучателя нейтронов, где 1 - металлический корпус, 2 - нейтронная трубка, 3 - магнитный сердечник, 4 - металлическое дно, 5 - вторичная многорядная обмотка, 6 - первичная обмотка, 7 - элементы питания ионного источника, 8 - накопительный конденсатор, 9 - теплопроводящий изолятор, 10 - межрядовая изоляция, 11 - межрядовая изоляция с надрезами, 12 - жидкий диэлектрик, 13 - крышка генератора, 14 - температурный компенсатор, 15 - высоковольтный герметичный проходной изолятор.

На фиг.2 представлен разрез А-А, где 16 - надрезы.

Генератор выполнен в металлическом корпусе 1, залитом жидким диэлектриком, внутри которого размещена нейтронная трубка 2, высоковольтный импульсный трансформатор, содержащий цилиндрический полый магнитный сердечник 3, закрытый металлическим дном 4. На сердечнике расположена вторичная многорядная обмотка 5 и поверх вторичной - первичная обмотка 6, элементы питания ионного источника 7 и накопительный конденсатор 8. На металлическом дне 4 жестко закреплен и имеет с ним достаточно хороший тепловой контакт теплопроводящий изолятор 9 с кольцевыми проточками. Часть слоев межрядовой изоляции 10, выходящая за пределы рядов со стороны металлического дна, послойно загнута внутрь кольцевых проточек теплопроводящего изолятора 9.

Такое выполнение загибов формирует барьерную электрическую изоляцию металлического дна 4, находящегося под полным выходным напряжением трансформатора (100-120) кВ от корпуса генератора. В качестве материала теплопроводящего изолятора 9 может быть выбрана керамика с высокими электрическими и теплопроводящими свойствами: электрической прочностью более 30 кВ/мм и теплопроводностью более 100 ватт/°С·м, например, нитрид алюминия или оксид бериллия, или других теплопроводящих изоляционных материалов.

Часть слоев межрядовой изоляции, выходящая за пределы рядов 11, надрезана послойно равномерно по диаметру, причем надрезы 16 в последующем слое размещены между надрезами 16 в предыдущем слое, надрезанная часть изоляции 11 завернута на наружную поверхность трансформатора и закреплена, что создает барьерную изоляцию между рядами и сокращает общую длину генератора.

Для обеспечения электрической прочности генератор залит жидким диэлектриком 12. На крышке генератора 13 установлен температурный компенсатор 14 и высоковольтный герметичный проходной изолятор 15.

В качестве жидкого диэлектрика в генераторе использовано конденсаторное масло ТКП.

Генератор работает следующим образом.

При подаче импульса запуска на управляющий электрод ионного источника нейтронной трубки 2 происходит разряд накопительного конденсатора 8 на первичную обмотку 6 импульсного высоковольтного трансформатора. При этом на вторичной обмотке 5 трансформатора формируется импульс напряжения амплитудой (100-150) кВ и передается через дно 4 на мишенный электрод трубки 2. Одновременно ионный источник нейтронной трубки 2 производит ионы дейтерия, которые ускоряются в направлении мишени.

При бомбардировке мишени нейтронной трубки 2 ионами дейтерия в результате ядерной реакции T(d, n) Не⁴ образуются нейтроны.

При работе генератора происходит разогрев мишенного электрода до температуры более 100°С и ионного источника до температуры 50°С. От мишени тепло отводится через металлическое дно 4, теплопроводящий изолятор 9 на корпус 1 генератора.

Вокруг ионного источника происходит естественная циркуляция масла и тепло от источника нейтронной трубки 2 передается путем конвективного обмена на корпус 1, крышку 13 и металлический компенсатор 14.

Такое выполнение загибки слоев межрядовой изоляции 10, выступающей за пределы рядов вторичной обмотки высоковольтного трансформатора, в кольцевые проточки теплопроводящего изолятора 9 со стороны мишени нейтронной трубки и загибки слоев межрядовой изоляции 11 при помощи надрезов 16 на наружную поверхность трансформатора со стороны источника трубки обеспечивает требуемую электрическую прочность. При этом уменьшается длина генератора нейтронов и стабилизируется температурный режим нейтронной трубки 2, увеличивается срок службы генератора.

Изобретение относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначено для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов. Техническим результатом изобретения являются повышение надежности и срока службы генератора, уменьшение габаритов. В генераторе нейтронов, между металлическим дном и корпусом, установлен теплопроводящий изолятор с кольцевыми проточками, имеющий с ними тепловой контакт. Части слоев межрядовой изоляции, выступающей за пределы рядов с одной стороны, загнуты в проточки теплопроводящего изолятора, а с другой стороны надрезаны послойно равномерно по диаметру, причем надрезы в последующем слое размещены между надрезами в предыдущем слое, надрезанная часть изоляции завернута на наружную поверхность трансформатора и закреплена. 2 ил.

Блок излучателя нейтронов, 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 в виде полого цилиндра из изоляционного материала с металлическим дном, соединенным с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки, отличающийся тем, что между металлическим дном и корпусом установлен теплопроводящий изолятор с кольцевыми проточками, имеющий с ними тепловой контакт, части слоев межрядовой изоляции, выступающей за пределы рядов с одной стороны, загнуты в проточки теплопроводящего изолятора, а с другой стороны надрезаны послойно равномерно по диаметру, причем надрезы в последующем слое размещены между надрезами в предыдущем слое, надрезанная часть изоляции завернута на наружную поверхность трансформатора и закреплена.