Импульсная нейтронная трубка Советский патент 1980 года по МПК H05H5/02 G21G4/02 

1

Предлагаемое изобретение относится к радиационной технике, а конкретно к малогабаритным устройствам для генерации импульсных нейтронных потоков, широко используемых в различных областях прикладной ядерной физики, в особенности, в ядерной геофизике.

Известны малогабаритные отпаянные нейтронные трубки, в которых нейтроны образуются при взаимодействии ускоренных дейтронов с твердой мишенью, содержащей изотоп водорода . Эти трубки содержат систему цилиндрических соосных ускоряющих электродов, внутри одного из которых (анода) расположен ионный источник, а внутри другого (катода) перпендикулярно оси сие-. темы, нейтрбнябобразующая мишень. Минимальный диаметр таких трубок -3-4 см, что позволяет их ;исполъзовать например, при нейтронном каротаже скважин. Поток генератора на базе таких трубок не превышает Ю нейтр. . в секунду. Повышение потока Boavfожно

лишь за счет увеличения радиальных размеров. Использование лазерного ионного источника с лучшими эмиссионными характеристиками неэ(})фективно в трубках с малым диаметром (3-4 см) из-за ограничения, накладываемого на плотность тока ускоряемых дейтронов законом трех вторых .

,дИзвестна импульсная нейтронная

трубка, которая может быть выбрана в качестве прототипа Т2. Она содержит в отпаянном объеме систему цилиндрических ускоряющих электродов, разме,5 щенных коаксиально по отношению друг , к другу. Внутри подо.го анода находится искровой ионный источник, на внутренней поверхности катода, охватьюающего анод, размещена нейтроно-образующая мишень,

20 а перед ней сетчатый электрод для

подавления электронной эмиссии с анода. Вакуум в трубке поддерживается системой нераспыляемых газопоглотителей. Поток трубки при ускоряющем напряжении -2ОО кВ может дсюптгать Ю нейтр/с. Диаметр трубки ,5 см. Уменьшение диаметра этой трубки возможно лишь за счет увеличения площади поверхности плазмы, с которой извлекаются ионы, в соответствии с законом трех вторых. При этом можно надеяться, что нейтронный поток будет оставаться на прежнем уровне. Однако это приведет к уменьшению пробойной прочности трубки и увеличению ее длины, что сделает практически невозможным использование прибора в малогабаритной аппаратуре, а также пр напряжении л. 200кВ,| позволяющим дос тигать потоки л 10 нейтр/с. Цепь предлагаемого изобретения уменьшение радиального размера трубк Поставленная цель достигается тем, что вне корпуса трубки и соосно с ним расположена секция кольцевых магнитных элементов полностью охватывающи электродную систему, при этом граница обпж;ти ускорения составляет с осью магнитных элементов прямой уГол. Возможность уменьшения радиуса нейтронной трубки при сохранении вели чины нейтронного потока обусловлена следующим. Магнитное поле, создавабэи кольцевыми элементами в анодной области формирует на выходе анода плазменный поток с высокой плотностью дейтронов направленный вдоль оси элек родов. В то же время магнитное поле препятствует движению электронов от катода к аноду и плазменному потоку, находящемуся под потенциалом анода. Такая изоляция электронов повышает электрическую прочность межэлектрод- ного промежутка, подаопяет увеличить плотность тока ионов, извлекаемых из плазмы, а так же исключить из конструкции трубки антидинатронный элект род. Все это дает возможность эффектив ускорять большую часть дейтронов до энергий 2ОО каВ в трубке с диаметро см и получать при этом потоки . Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где изображена импульсная нейтронная трубка в случае использова ния в ней лазерного ионного источника Трубка состоит из цилиндрического металлостеклянного корпуса 1 с оптическим вводом 2, цилиндрического катода 3, являющегося частью корпуса и внут ренняя поверхность которого насьгшена тяжелым изотопом водорода, цилиндри84ческого анода 4, часть которогмэ охватывается катодом и внутри которого расположена плазмообразующая мишень 5 ионного источника, газопоглотителей 6 и секции кольцевых магнитных элементов 7. Трубка работает следующим образом. Сфокусированное лазерное излучение вводится через оптический ввод 2 и воздействует на поверхность мишени 5 ионного источника. Образовавшаяся лазерная плазма с ионами дейтерия, расширяясь, заполняет внутрианодное пространство. Синхронно с образованием плаэмы между анодом 4 и катодом 3, с помощью внешнего источника высокого напряжения, создается ускоряющее элект рическое поле. Магнитное поле создается электродов с помощью кольцевых элементов /постоянных магнитов или соленоидов/. Это поле в области образо- вания и расширения плазмы фокусирует ее вдоль оси трубки, образуя направленный поток плазмы, истекающий из анода ао внутрикатодную область, где с боковой поверхности плазмы происходит извлечение и последующее ускорение ионов к катоду. Обратныйток электронов, вызываемый автоэлектронной, взрывной или вторичной эмиссией подавляется магнитньп 1 полем, не нагружает источник ускоряющего 1|апряжения и не вызывает быстрого пробоя ускоряющего промежутка. Ускоренные дейтроны бомбардируют внутраннюю поверхность катода, вызывая в результате ядерной реакции поток быстрых нейтронов. Аналогичным образом работает трубка при использовании в ней ионного и6точника другого типа, например, искрового, только в этом случае конструкция содержит дополнительные электрические вводы для питания ионного источника, кроме того отсутствует оптический ввод. Предлагаемое изобретение позволит существенно уменьшить радиальные размеры излучателей нейтронов цри сохранении нейтронного потока. Это обстоятельство даст возможность расширить применение нейтронных генераторов в рудной геофизике, увеличить разрешающую «способность нейтронного каротажа нефтяных и газовых скважин. Кроме того можно повысить эффективность нейтронного активационного анализа и инженерно-физических исследований в реакторостроении Формула изобретения Импульсная нейтронная трубка, содержащая вакуумный корпус, систему 576 цилиндрических ускоряющих электродов, ионный источник, расположенный внутри одного из этих электродов, нейтроно-обрааующую мишень, расположенную на внутренней псдаерхности другого электрода, отличающаяся тем, что, с делью уменьшения радиального размера трубки, вне корпуса и соосно с ним расположена секция кольцевых магнитных ....,, ...сп.11л iiuviDucDjMA MaitiMiTibix элементов, полностью охватывающих электродную систему, при этом границы 8 области ускорения составляют с осью магнитных эпементов прямой угол. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Сборник Скважинные генераторы нейтроне , М.,ОНТИ ВНИИЯГГ, 1973,с.81. 2.Беспалов Д. Ф. и др. В сб. Ядерно-геопогнческие исследования в -nutjptiir-iwj iurn4eciuie исследования в обсаженных скважинах , труды ВНИИЯГТ вып 23, М., 1975.с. 142 (прототип).