ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР Советский патент 1994 года по МПК H05H3/00 

Изобретение относится к области физического приборостроения и может быть использовано при конструировании нейтронных и рентгеновских генераторов.

Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий в корпусе нейтронную трубку, импульсный высоковольтный трансформатор с первичной и вторичной многорядовыми обмотками, намотанными на полый ферритовый сердечник [1] . Однако в указанном генераторе трансформатор и трубка расположены последовательно друг за другом соосно. Такое расположение трансформатора относительно трубки приводит к существенному увеличению размеров генератора, что не позволяет использовать известный генератор для решения задач, где требуется обеспечить большой нейтронный выход при жестких ограничениях размеров и массы.

Известен также генератор нейтронов, содержащий в металлическом корпусе нейтронную трубку с элементами питания ее источника и формирователь импульсов ускоряющего напряжения, состоящий из трансформатора, расположенного снаружи трубки коаксиально с ней, причем первичная обмотка трансформатора размещена поверх вторичной обмотки.

Высоковольтный трансформатор намотан на диэлектрическом каркасе с полостью для размещения в ней нейтронной трубки. Вторичная обмотка трансформатора выполнена однорядной в виде двух усеченных конусов, имеющих общее большое основание. Такое выполнение вторичной обмотки трансформатора обеспечивает в нем наиболее благоприятную конфигурацию электрического поля и отсутствие значительных градиентов потенциала [2] . Однако существенным недостатком данного генератора является то, что расположить вторичную обмотку в один ряд при достаточно большом числе витков вторичной обмотки и ограничениях по габаритам генератора не удается.

Кроме того, при коаксиальном расположении нейтронной трубки и трансформатора магнитное поле внутри диэлектрического каркаса отрицательно влияет на работу нейтронной трубки, а именно приводит к увеличению числа разрядов и уменьшению интегрального выхода нейтронов.

Наиболее близким к заявляемому техническим решением является нейтронный генератор, содержащий в металлическом корпусе нейтронную трубку с элементами питания ее 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 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 [3] .

Однако при выполнении многорядовой обмотки крайние витки образуют с корпусом электрическое поле типа острие-плоскость, способствующее возникновению в этих районах повышенных градиентов напряженности. Это приводит к увеличению вероятности пробоя изоляции и выхода генератора из строя. Применение известных способов уменьшения этих напряженностей, а именно увеличение диаметра провода обмотки, использование металлических экранов приводит к значительному усложнению процесса намотки и сборки трансформатора, к увеличению толщины трансформатора и, в конечном итоге, габаритов генератора.

Целью изобретения является увеличение срока службы и электрической прочности нейтронного генератора за счет снижения напряженности электрического поля в изоляционных промежутках.

Цель достигается тем, что в импульсном нейтронном генераторе, содержащем 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, причем металлическое дно каркаса электрически соединено с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки части слоев межрядной изоляции, выступающие за пределы рядов, с внутренней стороны выполнены с электропроводящим покрытием, электрически соединенным с крайними в ряду витками обмоточного провода.

В качестве материала каркаса высоковольтного трансформатора может быть выбран феррит, при этом на торце каркаса, противоположном металлическому дну, размещено кольцо из металла, электрически соединенное с отводом вторичной обмотки.

Таким образом, после загиба металлизированного диэлектрика совместно с изоляцией на металлическое дно образуются чашеобразные металлизированные экраны, подключенные к крайним в рядах виткам обмоточного провода и расположенные между металлическим дном и корпусом генератора, параллельно им, что дает возможность изменить электрические поля в этих местах по типу "плоскость-плоскость", снизить градиенты напряженности электрического поля и значительно увеличить электропрочность генератора и срок его службы.

Подсоединение части витков вторичной обмотки к кольцу, имеющему электрический контакт по всему торцу феррита, дает возможность зафиксировать потенциал этого торца, который выбирается из условия уменьшения градиентов потенциала в сердечнике и изоляции нейтронного генератора.

На чертеже изображена конструкция генератора.

Генератор размещен в герметичном корпусе 1, залитым жидким диэлектриком. Внутри корпуса размещены нейтронная трубка 2 со схемой питания ионного источника 3, накопительный конденсатор 4, импульсный высоковольтный трансформатор с первичной обмоткой 5 и вторичной многорядной обмоткой 6, которая намотана на полом диэлектрическом каркасе. Каркас состоит из полого цилиндрического феррита 7, металлического чашеобразного дна 8 и металлического кольца 9, закрепленных жестко на торцах феррита.

Металлическое чашеобразное дно 8, закрывающее один торец феррита, соединено с выходом вторичной обмотки и имеет электрический контакт с мишенной частью трубки. Кольцо 9 подсоединено перемычкой 10 к началу последнего ряда вторичной обмотки.

При ускоряющем напряжении на мишенной части трубки порядка 100-120 кВ феррит сердечника оказывается нагруженным на напряжение порядка 25-30 кВ, которое заведомо меньше пробивного для данного феррита.

В зависимости от расчетной напряженности, типа феррита и длины его цилиндрической части кольцо 9 может быть подключено к одному из крайних витков любого другого ряда обмотки. Этим исключается неопределенность в картине электрических полей и пробои по ферриту сердечника.

Крайние витки 11 провода в рядах вторичной обмотки со стороны металлического дна намотаны совместно с одним слоем металлизированной диэлектрической ленты 12 (например, металлизированная лавсанная пленка или металлическая фольга с конденсаторной бумагой), металлизированной частью, контактирующей с проводом. Лента расположена так, что один ее край находится под крайним в ряду витком провода, а другой - в загибаемой части изоляции 13. Ширина ленты, таким образом, приблизительно равна ширине подгибаемой части изоляции. Перед установкой трансформатора в корпус генератора 1 изоляции 13 загибается на металлическое дно каркаса вокруг набора дисков (прокладка) 14 из конденсаторной бумаги в следующей последовательности.

Вначале загибается межрядовая изоляция с лентой металлизированного диэлектрика последнего ряда, ставится прокладка 14, затем загибается межрядовая изоляция с лентой металлизированного диэлектрика предпоследнего ряда и т. д.

Таким образом, отрезки металлизированной ленты диэлектрика после их загибки совместно с изоляцией 13 образуют чашеобразные металлизированные экраны, подключенные к крайним в ряду виткам провода и расположенные между металлическим чашеобразным дном 8 и корпусом генератора 1, параллельно им.

Это дает возможность перевести электрическое поле на концах рядов от типа "острие-плоскость" (как в прототипе) к типу "плоскость-плоскость", что значительно снижает градиенты напряженности электрического поля в генераторе.

Такое конструктивное выполнение генератора позволило увеличить его электрическую прочность без увеличения изоляционных промежутков на участках максимальной напряженности электрического поля и создать генератор нейтронов с минимальными габаритами при достаточно большом сроке службы.

Сравнительные испытания предлагаемого генератора и прототипа показали, что при одинаковом выходе нейтронов предлагаемый генератор имеет в 2-3 раза больший срок службы. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 497932, кл. Н 05 Н 1/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР N 708939, кл. Н 05 G 1/00, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР N 818456, кл. Н 05 Н 5/00, 1979 (прототип).

1. 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, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы и электрической прочности нейтронного генератора за счет снижения напряженности электрического поля в изоляционных промежутках, части слоев межрядной изоляции, выступающие за пределы рядов, с внутренней стороны выполнены с электропроводящим покрытием, электрически соединенным с крайними в ряду витками обмоточного провода. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала каркаса высоковольтного трансформатора выбран феррит, а на торце каркаса, противоположном металлическому дну, размещено металлическое кольцо, электрически соединенное с отводом вторичной обмотки.