Импульсный нейтронный генератор Советский патент 1990 года по МПК H05H3/06 

объясняется стремлением обеспечить возможно более равномерные электрические поля в генераторе и необходимостью предохранить относительйо низковольтные ( кВ) элементы генератора - накопительный конденсатор, коммутирующий элемент и схему питания ионного источника трубки от воздействир высоковольтных (и 100-200 кВ) полей импульсного высоковольтного трансформатора и нейтронной трубки

Следствием такого конструктивного выполнения известных генераторов является относительно низкий удельный энергетический выход нейтронов. Это объясняется тем, что ввиду большой длины соединительных проводов в контуре, состоящем из последовательно соединенных накопительного ковденсатора, первичной обмотки импульсного высоковольтного трансформатора и коммутирующего элемента, их индуктивность оказывается сравнимой с И1ЗДУКтивностью намагничивания трансформатора и При срабатывании коммутатора весьма значительная (до 60-80%) част запасенной в «накопительном конденсаторе энергии остается в контуре и не передается в трубку, Неиспользованг ная в трубке энергия выделяется в виде тепла, что илнзждает для предотвращения перегрева генератора вводить дрполнителыйш элементы для отвода тепла и тем увеличивает объем и вес генератора. Кроме того, известных генераторах плотность заполнения объема функциональными элементами электрической схекы относительн невысокая, поскольку диаметр генератора определяется диаметром нейтронн трубки,-В результате объем и вес генератора увеличиваются за счет дополнительных изоляционных и конструкцио материалов и крепежных деталей,

Все это не позволяет использовать известные импульсные нейтрошп 1е генераторы для решения ряда задач, где требуется обеспечить большой нейтронный выход при охфаниченной

мощности источника питания и жестких ограничениях объема и массы.

Целью изобретения является уменьшение объема, веса,и увеличение уделного энергетического выхода импульсных нейтронных генераторово

Сущность изобретения заключается в том, что накопительный конденсатор и коммутирукщий элемент размещены внутри полого цилиндрического сердечника импульсного высоковольтного трансформатора, выполненного на металлическом каркасе, а разрядный контур из последовательно соединенных накопительного ковденсатора,первичной обмотки трансформатора и коммутирующего элемента образован путем непосредственного контакта друг с другом электродов входящих в контур элементов без использования соединительных проводово Для предохранения от воздействия высоковольтного поля трансформатора накопительный конден-сатор, коммутирукщий элемент и сер-, дечник трансформатора закрыты экраном образованным металлическими обоймами каркаса трансформатора и первичной обмоткой, размещенной между обоймами, причем вторичная обмотка трансформатора намотанаповерх первичной. Передача ускорякщего напряжения с высоковольтного трансформатора на трубку осуществлена с помощью высоковольтного контакта, выполненного в виде металлического цилиндра, использованного и для выравнивания электрического поля в генераторе.

На изображена конструкция и импульсного нейтронного генератора; на фиг,2 - его электрическая схема

Предлагаемый импульсный нейтронный генератор выполнен в цилиндрическом металлическом корпусе I (), внутри которого размещены нейтронная трубка 2, импульсный высоковольтный трансформатор на полом цилиндрическом сердечнике 3, на котором намота.на первичная обмотка 4 и поверх первичной - вторичная обмотка 5 с бумажно-пленочной изоляцией 6; накопительный конденсатор 7 и коммутирующий элемент 8„

р.

Каркас импульсного высоковольтного трансформатора выполнен из двух изолированных друг от друга металлических обойм 9 и 10, к которым подключены выводы первичной обмотки 4 трансформатора, размещенной между обоймами Обойма 9 выполнена в виде чайи с большим радиусом закругления и имеет с внутренней стороны выступ,на котором жестко укреплен анодный электрод коммутирунлцего элемента 8, Вывод вторичной (, высоковольтной ) обмотки 5 подключен к BHcoKOBOjfbTHOMy электроду

11, выполненному в виде цилидцра с поперечной перегородкой, внутренняя часть которой повторяет конфигурацию обоймы 9, и закрепленному на изоляторе 12о С противоположной стороны внутрь экрана входит и электрически соединяется с ним мишенный электрод 13 нейтронной трубки 2 Накопительный конденсатор 7 образован цилиндрическим катодным электродом 14 коммутирующего элемента 8 (одна обкладка) и изолированной от электрода 14 споем диэлектрика обоймой 10 каркаса трансформатора (вторая обкладка) Для увеличения емкости в мощных генераторах конденсатор 7 может быть навит на электроде 14 из двух изолирован1ых друг от друга металлических лент, при этом одна лента укрепляется на электроде 14, а другая на обойме 10, Элементы схемы 15 питания ионного источника размещены в каркасе 6, использованном и для жесткого крепления нейтронной трубки 2„

Генератор работает следующим образоМа

Заряженный от внешнего источника питания до напряжения 2-10 кВ накопительный конденсатор 7 при срабатывании коммутируклцего элемента 8 разряжается через коммутирующий элемент 8,.обойму 9, первичную обойму 4 трансформатора и обойму 10, При этом на вторичной обмотке 5 трансформатора формируется импульс напряжения амппитудой 100-200 кВ и передается через высоковольтный контакт I1 на трубку 2, в которой одновременно срабатывает ионный источник. Ионы,дейтерия, ускоренные электрическим полем, бомбардируют мишень трубки, где в реакции T(d,n) не образуются нейтроны.

Таким образом, в контуре из последовательно соединенных первичной обмотки 4 трансформатора, накопительного конденсатора-7 и коммутирующего элемента 8 отсутствуют монтажные провода

Контур образован путем непосредственного контакта друг с другом электродов трансформатора (обойм 9 и 10), коммутирующего элемента 8 ( анода и катода) и накопительного конденсатора 7, что существенно снижает потери энергии в контуре.

Металлические обоймы 9 и 10 каркаса и первичная обмотка 4 трансформатора образуют экран, который препятствует проникновению НзТСОКОВОЛЬТного электрического поля в зону размещения накопительного конденсатора 7 и коммутирующего элемента 8, следовательно, отпадает необходимость их высоковольтной изоляции.

Высоковольтный контакт 11, кроме передачи напряжения со вторичной обмотки 5 трансформатора на трубку 2 выполняет также функцию высоковольтного экрана, существенно уменьшающего напряженность электрического поля между импульсным яысоковольтным трансформатором и корпусом 1 генератора, между трубкой 2 и корпусом 1, между трубкой 2 и трансформатором, что позволяет существенно уменьшить толщину изоляции и, следовательно, объем генератора.

Сравнительные испытания известных и предлагаемого нейтронного генератора показали, что при одинаковом выходе нейтронов предлагаемый генера тор имеет объем в 2-3 раза меньший, массу - в 1,5-2 раза меньше, а удельный энергетический выход нейтронов в 3-4 раза вьшге.

ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР , содержащий нейтронную трубку,'ионный источник со схемой питания, импульсный высоковольтный трансформатор, накопительный конденсатор,и коммутирующий элемент, отличающийся тем, что, с целью увеличения удельного энергетического выхода:нейтронов и уменьшения его габаритных размеров и веса, накопительный конденсатор и коммутирующий элемент размещены внутри импульсно1;о высоковольтного трансформатора, а сердечник указанного трансформатора выполнен в виде полого цилиндра, на торцах кото? рого жестко закреплены меташшчйские обоймы^ являющиеся выводами первичнойИзобретение относится к физическо-* му приборостроению и может быть ис- : пользовано при конструировании нейтронных и рентгеновских генераторов.Импульсные нейтронные и рентгеновские генераторы включают в себя, рбычно, нейтронную либо рентгеновскую ускорительную трубку, импульсный высоковольтный трансформатор, формирующий ускоряющее напряжение на трубку, накопительный конденсатор, являющийся источником энергии генератора при его срабатывании, коммутирунщийобмотки импульсного высоковольтного трансформатора, которая намотана, на внешней поверхности сердечника между обоймами, причем ближняя к нейтронной трубке обойма выполнена в виде чаши с цилиндрическим .выступом на дне, обращенным внутрь чаши, на котором жестко закреплен анодным электродом коммутирующий элемент, а вторая обойма выполнена в виде полого цилиндра и использована в качестве одной обкладки накопительного конденсатора, второй обкладкой которого является цилиндрический катод коммутирующего элемента, изолированный от обоймы слоем диэлектрика, при этом импульсный высоковольтный трансфор-^ матор с накопительным ковденсатором и коммутирующим элементом размещены внутри одной части высоковольтного контакта, выполненного-в виде полого ^ цилиндра с поперечной перегородкой, а в другой части контакта размещена мишень нейтронной трубки.СПэлемент и схему питания ионного источника трубки.исходные параметры генератора (выход нейтронов либо квантов в импульсе, длительность импульса, уДель- ное энергопотребление),габаритно- весовые и механические характеристики в определякяцей степени зависят от его конструктивного выполнения.В известных генераторах элементы электрической схемы размещаются внутри цилиндрического корпуса вдоль, iero оси встык друг с другом. Это1Й*;&.^^