СИСТЕМА ПИТАНИЯ ГЕНЕРАТОРА ИМПУЛЬСНОГО ПОТОКА ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ Советский патент 1994 года по МПК G21G4/02 

Изобретение относится к области физического приборостроения и предназначено для использования при разработке схем питания импульсных источников ионизирующего излучения на запаянных ускорительных трубках с заземленной мишенью.

Известны схемы питания генератора нейтронов, где мишень ускорительной трубки находится под потенциалом, равным или близким к нулю, и отличающиеся в основном способом включения источника трубки.

Известна схема питания генератора нейтронов, которая содержит импульсный высоковольтный трансформатор, накопительный конденсатор в цепи первичной обмотки трансформатора, конденсатор питания источника трубки, зарядный резистор этого конденсатора источника трубки. Поджиг ионного источника трубки здесь осуществляется частью ускоряющего напряжения, выделяющегося на омическом делителе, образованном из резистора в цепи зарядки конденсатора питания ионного источника и резистора в цепи поджига источника трубки. Одним из основных недостатков такой схемы является несовпадение по времени максимума амплитуды импульса тока при срабатывании источника и максимума амплитуды высоковольтного ускоряющего импульса. Это влечет за собой значительное снижение нейтронного выхода - одного из главных параметров генератора.

Известна схема, в которой поджиг ионного источника трубки осуществляется от отдельного импульсного трансформатора. Такая схема позволяет сдвигать импульс поджига относительно ускоряющего напряжения и получать от трубки более высокий нейтронный выход. Но изоляция такого поджигающего трансформатора (между первичной и вторичной обмотками) должна быть рассчитана на полное ускоряющее напряжение (до 160 кВ).

Такое решение усложняет схему и конструкцию, требует значительного увеличения габаритов генератора и энергопотребления.

В схеме, взятой за прототип, также имеется ускоряющий трансформатор, накопительный конденсатор в цепи первичной обмотки высоковольтного трансформатора, конденсатор питания источника трубки. В качестве зарядного элемента для конденсатора источника питания используется высоковольтный дроссель (нелинейная индуктивность), выполняющий в то же время роль буферного элемента, препятствующего проникновению высокого напряжения в источник питания.

Поджиг ионного источника в этой схеме осуществляется импульсом напряжения, образующимся на дополнительной обмотке высоковольтного трансформатора. Эта схема также не лишена недостатков: для осуществления необходимой задержки момента срабатывания ионного источника относительно высоковольтного импульса требуется менять число витков основной и дополнительной обмоток ускоряющего трансформатора. Такое изменение обмоток в сильной степени ограничено или же невозможно вовсе: меняются основные параметры высоковольтного трансформатора (амплитуда, длительность, фронт импульса), усложняется его изоляция и конструкция.

Кроме того, дополнительная обмотка расположена на высоковольтной стороне вторичной обмотки и разделена с первичной полной изоляцией трансформатора (до 160 кВ). Как следствие, слабая связь между первичной и дополнительной обмотками и появление нестабильности импульса поджига по амплитуде и крутизне фронта, а это вызывает в свою очередь разброс момента срабатывания ионного источника и нестабилность нейтронного выхода.

Целью изобретения является повышение выхода нейтронов в импульсе без увеличения энергопотребления и габаритных размеров.

Цель достигается тем, что в системе питания генератора импульсного потока ионизирующего излучения, содержащей импульсный высоковольтный трансформатор, накопительный конденсатор в цепи первичной обмотки трансформатора, конденсатор питания ионного источника и высоковольтный дроссель, последний содержит дополнительную секцию, включенную параллельно поджигающему промежутку ионного источника трубки, а между основной и дополнительной секциями включен конденсатор питания ионного источника.

На чертеже изображена предлагаемая электрическая схема.

Схема содержит ускорительную трубку 1 (в данном случае нейтронную), конденсатор 2 питания ионного источника, высоковольтный импульсный трансформатор ускоряющего напряжения 3 с выходной обмоткой 4, накопительный конденсатор 5 в цепи первичной обмотки 6 ускоряющего трансформатора, высоковольтный дроссель 7 с основной секцией намотки 8 и дополнительной секцией намотки 9.

Ускоряющее напряжение в запаянной нейтронной трубке прикладывается между мишенью 10 и катодом ионного источника 11. Основной искровой промежуток ионного источника образован анодом 12 и катодом 11, поджигающий промежуток - электродом 13 и катодом 11.

Обмотка высоковольтного дросселя 7, выполненная в виде двух секций 8 и 9, образует высоковольтный индуктивный делитель напряжения, причем дополнительная секция 9 подсоединена к поджигающему промежутку 11, 13 источника трубки и одним концом 13 к высоковольтному выводу трансформатора 3, а между секциями 8 и 9 включен конденсатор 2 питания ионного источника. Кроме того, конденсатор 2 и высоковольтный дроссель 7 представляют собой интегральную конструкцию и выполнены на одном каркасе (сердечнике). Это дает возможность сократить длину разрядного контура в цепи источника трубки и уменьшить габариты конструкции, что позволяет исключить влияние паразитных емкостей и индуктивностей соединительных проводов, сократить потери энергии в разрядном контуре, усилить электропрочность высоковольтного узла и повысить надежность всего устройства.

Необходимая амплитуда импульса поджига ионного источника и временная задержка между импульсом ускоряющего напряжения и моментом срабатывания ионного источника обеспечиваются соответствующим выбором числа витков секции 8 и секции 9 высоковольтного дросселя 7. Число витков в этом случае и соответственно временной сдвиг в отличие от прототипа можно изменять в довольно широких пределах.

Генератор импульсного потока ионизирующего излучения с предлагаемой системой питания работает следующим образом. В исходном состоянии конденсаторы 2 и 5 заряжены соответственно до напряжения источников питания U_ист и U_зар (обычно в пределах 3-5 кВ).

При срабатывании коммутирующего устройства 14 накопительный конденсатор 5 разряжается через первичную обмотку 6 высоковольтного трансформатора 3. На вторичной обмотке 4 этого трансформатора образуется высоковольтный (до 160 кВ) импульс напряжения, который прикладывается к ускоряющему зазору 10, 11, трубки 1. Одновременно с этим часть напряжения (10-15 кВ) этого импульса, формируемого в секции 9 высоковольтного дросселя 7, прикладывается к поджигающему промежутку 13, 11 ионного источника и пробивает его с некоторой задержкой относительно ускоряющего импульса. Это вызывает срабатывание основного разрядного промежутка 12, 11 ионного источника, разрядку через него конденсатора 2 и образование ионов дейтерия. Ионы дейтерия, ускоряясь в основном зазоре трубки 10, 11, бомбардируют мишень 10, в результате чего происходит ядерная реакция T(d, n)He⁴ и образование нейтронов.

Предложенная система питания генератора импульсного потока ионизирующего излучения позволяет достигнуть более высокий выход нейтронов за импульс без ухудшения остальных параметров генератора (ресурс работы, частота следования), без увеличения энергопотребления и габаритных размеров.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ГЕНЕРАТОРА ИМПУЛЬСНОГО ПОТОКА ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащая импульсный высоковольтный трансформатор, накопительный конденсатор в цепи первичной обмоткой трансформатора, конденсатор питания ионного источника, высоковольтный дроссель, отличающаяся тем, что, с целью повышения выхода нейтронов в импульсе без увеличения энергопотребления и габаритных размеров, высоковольтный дроссель содержит дополнительную секцию, включенную параллельно поджигающему промежутку ионного источника трубки, а между основной и дополнительной секциями включен конденсатор питания ионного источника.