ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР НЕЙТРОНОВ Российский патент 2014 года по МПК G21G4/00 

Изобретение относится к приборам для генерации нейтронов при ядерном взаимодействии импульсных потоков ускоренных нуклидов водорода с твердыми мишенями, содержащими изотопы тяжелого водорода.

Известны импульсные нейтронные генераторы (ИНГ) на основе вакуумных ускорительных трубок (ВУТ) [1,2], в которых осуществляется ускорение дейтронов и (или) тритонов к твердой мишени, содержащей тритий и (или) дейтерий, где в результате ядерных реакций синтеза образуется поток быстрых нейтронов.

В этих приборах ускорение дейтронов осуществляется вдоль оси симметрии ВУТ, что ограничивает первеанс ее диодной системы, а следовательно, и нейтронный поток, излучаемый мишенью. Поэтому такие приборы затруднительно использовать в транспортабельной аппаратуре нейтронного элементного анализа, а также для обнаружения и идентификации скрытых опасных предметов и веществ.

Известен также импульсный нейтронный генератор, принятый в качестве прототипа, описанный в работе [3]. Он содержит ВУТ с анодом, катодом и мишенью, расположенной на внутренней поверхности катода, накопительную емкость и генератор импульсных напряжений на основе высоковольтного трансформатора, высоковольтная обмотка которого соединена с катодом ВУТ, а низковольтная - с накопительной емкостью через разрядник.

Это техническое решение предполагает ускорение дейтронов в коаксиальной диодной системе в радиальном направлении, что позволяет значительно увеличить первеанс диодной системы, а следовательно, и нейтронный выход ИНГ.

Недостатками указанного устройства является его низкий энергетический кпд, связанный с большим электронным током, протекающим через диод, и значительные габариты.

Техническим результатом предлагаемого устройства является увеличение энергетического кпд генерации нейтронов и уменьшение габаритов устройства.

Этот результат достигается тем, что в устройстве, содержащем вакуумную ускорительную трубку с анодом и катодом с мишенью, расположенной на его внутренней поверхности, генератор импульсных напряжений, включающий высоковольтный трансформатор, высоковольтная обмотка которого соединена с катодом ускорительной трубки, а низковольтная - с накопительной емкостью через разрядник, анод ускорительной трубки выполнен в виде двух встречных симметрично расположенных стержней, на торцах которых размещены насадки из металла, насыщенного дейтерием, один из стержней соединен с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, а второй заземлен, при этом катод с мишенью выполнены в виде цилиндра, симметрично охватывающего анод.

Схематический разрез устройства представлен на фиг.1, представляет собой источник зарядного напряжения 1, балластное сопротивление 2, накопительную емкость 3, высоковольтный трансформатор 4, вакуумную ускорительную трубку, включающую катод 5, изоляторы 6, анод из стержней 7, нейтронообразующую мишень 8.

Устройство может работать в режиме автогенерации нейтронов и в управляемом режиме. В обоих случаях от источника зарядного напряжения через балластное сопротивление осуществляется зарядка накопительной емкости до напряжения от 2 до 10 кВ. При этом в режиме автогенерации это напряжение должно превышать напряжение пробоя в зазоре между анодными стержнями. По достижению пробойного напряжения происходит разряд между стержнями с образованием вакуумной дуги. Ее электродные пятна испускают струи плазмы, содержащей дейтроны.

Одновременно на катоде формируется отрицательный ускоряющий импульс с амплитудой (10(Н500) кВ. Под действием возникающего радиального электрического поля осуществляется ускорение дейтронов к цилиндрической мишени, содержащей изотопы тяжелого водорода.

В результате протекания ядерных реакций T(d,n)⁴He или D(d,n)³He в мишени образуется поток быстрых нейтронов.

Для эффективной работы устройства необходимо выполнение условий магнитной изоляции ускоряющего зазора, когда электроны не могут попадать на анод. В рассматриваемой ВУТ источником азимутального магнитного поля является ток I, протекающий по аноду в результате дугового разряда. Оценки показывают, что условием магнитной изоляции является выполнение неравенства

,

где

- ток Альвена, т.е.- масса и заряд электрона, U- амплитуда ускоряющего импульса, с- скорость света.

Благодаря магнитной изоляции осуществляется подавление электронной проводимости ускоряющего зазора. За счет этого происходит увеличение энергетического кпд генерации нейтронов и одновременное повышение нейтронного выхода за счет увеличения первеанса диодной системы.

Разработка и внедрение предлагаемого устройства должны повысить производительность исследований горных пород, содержащих продуктивные углеводороды, уран и драгоценные металлы методом нейтронного элементного анализа, а также работ, связанных с поиском и идентификацией скрытых опасных предметов нейтронными методами.

Источники информации

1. Беспалов Д.Ф., Васин B.C., Овсянников СБ. Малогабаритные импульсные нейтронные трубки НТ-16, НТ-19. Сб. Скважинные генераторы нейтронов, ВНИИЯГТ, ОНТИ, м., 1973, с.81-87.

2. Бессарабский Ю.Г., Битулев А.А., Бобылев В.Т. и др. Импульсные нейтронные генераторы на вакуумных нейтронных трубках. Сб. материалов Международной научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе», М., ВНИИА им. Н.Л. Духова, 2005, с.72-74.

3. Козловский К.И., Цыбин А.С., Шиканов А.Е. и др. Опыт создания малогабаритных нейтронных генераторов с лазерными источниками дейтронов, новые перспективы. Сб. материалов Международной научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». -М.: ВНИИА им. Н.Л. Духова, 2005, с.127- 136.

Заявленное изобретение относится к приборам для генерации нейтронов при ядерном взаимодействии ускоренных дейтронов с мишенями, содержащими тяжелые изотопы водорода. Заявленное устройство содержит вакуумную ускорительную трубку с анодом и катодом с мишенью, расположенной на его внутренней поверхности, генератор импульсных напряжений, включающий высоковольтный трансформатор, высоковольтная обмотка которого соединена с катодом ускорительной трубки, а низковольтная обмотка - с накопительной емкостью через разрядник. При этом анод ускорительной трубки выполнен в виде двух встречных симметрично расположенных стержней, на торцах которых размещены насадки из металла, насыщенного дейтерием, один из стержней соединен с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, а второй заземлен, при этом катод с мишенью выполнены в виде цилиндра, симметрично охватывающего анод. Технический результат заключается в увеличении энергетического кпд генерации нейтронов и уменьшении габаритов устройства. 1 ил.

Импульсный генератор нейтронов, содержащий вакуумную ускорительную трубку с анодом и катодом с мишенью, расположенной на его внутренней поверхности, генератор импульсных напряжений, включающий высоковольтный трансформатор, высоковольтная обмотка которого соединена с катодом ускорительной трубки, а низковольтная - с накопительной емкостью через разрядник, отличающийся тем, что анод ускорительной трубки выполнен в виде двух встречных симметрично расположенных стержней, на торцах которых размещены насадки из металла, насыщенного дейтерием, один из стержней соединен с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, а второй стержень заземлен, при этом катод с мишенью выполнен в виде цилиндра, симметрично охватывающего анод.