Запаянная нейтронная трубка Российский патент 2025 года по МПК H05H3/06 G21G4/02 

Изобретение относится к запаянным нейтронным трубкам и может быть использовано в генераторах нейтронов для исследования геофизических и промысловых скважин, для лучевой нейтронной терапии, а также для моделирования нейтронных полей термоядерных устройств.

Известна запаянная нейтронная трубка, содержащая полый цилиндрический изолятор, на одном конце которого герметично закреплена мишень, а на другом конце герметично закреплен расположенный в полости цилиндрического постоянного магнита металлический корпус с размещенным в нем катодом и антикатодом, соединенными с корпусом, и кольцевым анодом, изолированным от корпуса. Патент РФ № 2540983, МПК Н05Н 3/06, 10.02.2015.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность ионизации газа в области, газоразрядной камеры, ограниченной анодом катодом и антикатодом и, как следствие, низкая величина потока нейтронов, из-за низкой величины магнитной индукции на внутренней поверхности анода, так как анод изолирован от корпуса, находится на расстоянии от поверхности магнита, а магнитная индукция быстро спадает от внутренней поверхности магнита к центру.

Постоянный магнит в известном устройстве размещен на расстоянии от анода, поскольку они находятся под разными потенциалами. Это не позволяет увеличить напряженность магнитного поля на поверхности анода. Кроме того, в аналоге исключена возможность увеличения диаметра анода без увеличения габаритов всей запаянной нейтронной трубки.

Известна запаянная нейтронная трубка, содержащая полый цилиндрический изолятор, на одном конце которого герметично закреплена мишень (фиг. 1). На противоположном мишени конце полого цилиндрического изолятора герметично закреплен источник ионов, состоящий из заземленного металлического корпуса, являющегося анодом, изолированными от него катода и антикатода с центральным отверстием для извлечения ионов. Патент РФ № 2356114, МПК G21G 4/02, 20.05.2009. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является малая величина потока нейтронов трубки из-за низкой эффективности ионизации газа в газоразрядной камере.

Магнитная индукция в газоразрядной камере прототипа создается полым цилиндрическим магнитом, в полости которого находится корпус источника ионов. Это не позволяет увеличить диаметр анода без увеличения габаритов самого устройства. Из-за отсутствия магнитопровода, соединяющего торец магнита и катод, магнитные силовые линии не концентрируются в объеме источника ионов. Указанные недостатки снижают напряженность магнитного поля на внутренней поверхности анода и на катоде. Уменьшается эффективность ионизации газа в разряде, что приводит к снижению извлекаемого тока ионов и к уменьшению потока нейтронов.

Предложенное техническое решение устраняет этот недостаток. Техническим результатом является увеличение потока нейтронов трубки.

Технический результат достигается тем, что запаянная нейтронная трубка, содержит полый цилиндрический изолятор, на одном конце которого герметично закреплена мишень; на другом конце полого цилиндрического изолятора герметично и аксиально ему закреплен источник ионов, состоящий из заземленного металлического корпуса, являющегося анодом, расположенных аксиально аноду в объеме источника ионов катода и антикатода с центральным отверстием для извлечения ионов, анод служит манжетой полого цилиндрического изолятора, катод, размещенный в объеме манжеты аксиально ей, имеет форму диска минимальной толщины, достаточной для обеспечения герметичности трубки, и закреплен на трубе, расположенной аксиально манжете; в объеме трубы расположен цилиндрический постоянный магнит; труба герметично соединена с манжетой через кольцевой изолятор.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 2), на котором схематично представлена запаянная нейтронная трубка, где:

1 - полый цилиндрический изолятор;

2 - мишень;

3 - манжета полого цилиндрического изолятора (анод);

4 - катод;

5 - антикатод с центральным отверстием для извлечения ионов;

6 - цилиндрический постоянный магнит;

7 - труба;

8 - кольцевой изолятор.

Устройство содержит полый цилиндрический изолятор 1, на одном конце которого герметично закреплена мишень 2. На другом конце полого цилиндрического изолятора 1 герметично и аксиально ему закреплен источник ионов, состоящий из заземленного металлического корпуса, являющегося анодом, расположенных аксиально аноду в объеме источника ионов катода 4 и антикатода 5 с центральным отверстием для извлечения ионов. Анод является манжетой 3 полого цилиндрического изолятора 1, катод 4, размещенный в объеме манжеты 3 аксиально ей, имеет форму диска минимальной толщины, достаточной для обеспечения герметичности трубки, и закреплен на трубе 7, расположенной аксиально манжете 3. В объеме трубы 7 расположен цилиндрический постоянный магнит 6. Труба 7 герметично соединена с манжетой 3 через кольцевой изолятор 8.

Устройство работает следующим образом.

На мишень 2 подается ускоряющее напряжение относительно антикатода 5. На катод 4 и антикатод 5 источника ионов подается отрицательное напряжение относительно заземленной манжеты 3.

Цилиндрический постоянный магнит 6 размещен в объеме трубы 7 и создает магнитное поле, которое спадает от катода 4 к антикатоду 5. Труба 7 изолирована от манжеты 3 через кольцевой изолятор 8. Диаметр анода 3 увеличен до диаметра полого цилиндрического изолятора 1. Катод 4 закреплен на трубе 7, расположенной аксиально манжете 3.

Наличие электрического и магнитного поля обеспечивает зажигание газового разряда в источнике ионов (между катодом 4 и антикатодом 5). Катод 4, размещенный в объеме манжеты 3 аксиально ей, имеет форму диска минимальной толщины, достаточной для обеспечения герметичности трубки, что уменьшает магнитное сопротивление между цилиндрическим постоянным магнитом 6 и внутренней поверхности катода 4.

Это приводит к увеличению концентрации магнитных силовых линий на внутренней поверхности катода 4. Через отверстие в антикатоде 5 ионы из разряда попадают в объем полого цилиндрического изолятора 1 и ускоряются к мишени 2. В мишени 2 в результате термоядерных реакций образуются нейтроны. Уменьшение магнитной индукции от катода 4 к антикатоду 5 за счет концентрации магнитных силовых линий у катода 4 способствует выталкиванию плазмы газового разряда к отверстию в антикатоде 5. Увеличение диаметра анода до диаметра полого цилиндрического изолятора 1, без увеличения габаритов нейтронной трубки, приводит к росту эффективности ионизации газа в разряде за счет увеличения времени жизни электронов в газе.

В результате число извлекаемых из источника и ускоряемых на мишень 2 ионов и поток нейтронов увеличиваются.

Таким образом, достигается заявленный технический результат, а именно увеличение потока нейтронов трубки.

Изобретение относится к запаянным нейтронным трубкам и может быть использовано в генераторах нейтронов для исследования геофизических и промысловых скважин, для лучевой нейтронной терапии, а также для моделирования нейтронных полей термоядерных устройств. Запаянная нейтронная трубка содержит полый цилиндрический изолятор, на одном конце которого герметично закреплена мишень, на другом конце полого цилиндрического изолятора герметично и аксиально ему закреплен источник ионов, состоящий из заземленного металлического корпуса, являющегося анодом, расположенных аксиально аноду в объеме источника ионов катода и антикатода с центральным отверстием для извлечения ионов. Анод служит манжетой полого цилиндрического изолятора, катод, размещенный в объеме манжеты аксиально ей, имеет форму диска минимальной толщины, достаточной для обеспечения герметичности трубки, и закреплен на трубе, расположенной аксиально манжете. В объеме трубы расположен цилиндрический постоянный магнит. Труба герметично соединена с манжетой через кольцевой изолятор. Техническим результатом является увеличение потока нейтронов трубки. 2 ил.

Запаянная нейтронная трубка, содержащая полый цилиндрический изолятор, на одном конце которого герметично закреплена мишень; на другом конце полого цилиндрического изолятора герметично и аксиально ему закреплен источник ионов, состоящий из заземленного металлического корпуса, являющегося анодом, расположенных аксиально аноду в объеме источника ионов катода и антикатода с центральным отверстием для извлечения ионов, отличающаяся тем, что анод служит манжетой полого цилиндрического изолятора, катод, размещенный в объеме манжеты аксиально ей, имеет форму диска минимальной толщины, достаточной для обеспечения герметичности трубки, и закреплен на трубе, расположенной аксиально манжете; в объеме трубы расположен цилиндрический постоянный магнит; труба герметично соединена с манжетой через кольцевой изолятор.