Импульсный генератор нейтронов Советский патент 1983 года по МПК H05H5/02 

Изобретение откосится к радиационной технике и может найти применение в ядерной физике, в реакторостро ении и особенно в ядерной геофизике для проведения каротажа скважин и активационного анализа. Известны импульсные генераторы нейтронов, в которых нейтроны образуются в результате протекания ядерной реакции при бомбардировке мишени содержащей изотопы водорода, ускорен HbUviH до энергии 100 кэВ дейтонами, извлeкae alми из плазмы ионного источ ника. В типичном скважинном генераторе нейтронов 1 излучателем нейтронов является отпаянная малогабаритная ускорительная трубка, внутри которой размещен искро-дуговой источник ионов и нейтронообразуюгцая мишень. Кроме гбго, генератор содержит источ ник импульсного ускоряквдего напряжения, блок питания ионного источника и блок синхронизации импульсов ускорякяцего напряжения и ионного источни ка , Опыт эксплуатации такого генератора выявил значительную нестабильность выходных параметров и ограничение на вейт ронный поток. ( В значительной степени эти недостатки устраняются путем использования в ускорительной трубке лазерного источника ионов, в котором плазма об разуотся при воздействии излучения лазера на дейтерийсодержащую. мишень Однако из-за широкого углового распределения дейтонов лазерной,плазмы и их рекомбинации Б процессе разлета плазг и доля дейтонов, ускоренных к нейтронообразугацей машени от общего числа частиц в плазме составляет величину 1%, что снижает эффективность генератора. Наиболее блиэк.ой к предлагаемому импульсный генератор нейтронов 2, содержащий отпаянную ускорительную трубку с плазмообразуюсдей и нейтроне образующей мииенями, оптическим -и электрическими вводами, а также лазер, фокусирукяцую линзу, источник ускоряющего напряжения на базе импульсного трансформатора, лазерный коммутатор и блок зарядки. Включение управляемого лазером KoivuyiyTaTopa в цепь первичной обмотки трансформатора позволяет получить оптимальную синхронизацию ускоряклцего импульса с моментом прихода плазменного сгустка в межэлектродную ускоряющую область. Такой генератор может давать поток нейтронов Ю н/с, но из-за широко го углового распределения дейтонов лазерного ионного источника увеличение нейтронного выхода может быть достигнуто лишь путемувеличения мощ ности лазера и габаритов как ускорительной трубки, так и всего генерато ра в целом. Для скважинного варианта генератора, где имеются ограничения на радиальные габариты прибора, такое решение не приемлемо. Целью изобретения является увеличение нейтронного потока при сохранении габаритов генератора. Поставленная цель достигается тем, что в генераторе, содержащем отпаянную ускорительную трубку с ионным источником, например лазерным, расположенным в ее торцевой части, и газопоглотителями, источник ускоряющего напряжения на базе импульсного высоковольтного трансформатора, систему синхронизации ускоряющего импульса и импульса ионного источника, трансформатор импульсного источника ускоряющего напряжения снабжен разомкнутым броневым магнитопроводом, расположенным соосно с трубкой, причем торец центральной разомкнутой части магнитопровода примыкает к той части трубки, где расположен ионный источник. В случае использования лазерного ионного источника внутри трубки в той торцевой части, к которой примыкает магнитопровод, размещается лишь лазерная плазмообразующая мишень. Такое расположение магнитопровода и ионного источника приводит к тому, что движение плазмы происходит в быстронарастакадем продольном магнитном поле. На чертеже показана схема предлагаемого генератора нейтронов с отпаянной ускорительной трубкой с лазерным ионным источником. Генератор содержит лазер 1, оптическую систему 2, отпаянную ускорительную трубку 3 с анодрм 4, плазмообразующей мишенью 5,нейтронообразующей ми1иенью-катодом 6,антидинатронной сеткой 7,оптическим 8 и электрическими 9 вводами, газопоглотителями 10, источник импульсного ускоряющего напряжения с блоком 11 зарядки, емкостным накопителем 12, лазерным коммутатором 13 и импульсным трансформатором, содержащим броневой магнитопровод 14, низковольтную 15 и высоковольтную 16 обмотки, а также делительный резистор 17 для получения напряжения смещения на сетке 7. Импульсный генератор нейтронов работает следующим образом. Генерируемый лазером 1 импульс излучения проходит через оптическую систему 2, где часть излучения отводится к лазерному ко1упиутатору 13, а остальная часть фокусируется на мишень 5, При воздействии лазерного излучения на мишень образуется дейтерийсодержащий плазменный сгусток,раэлетагацийся от мишени 5 внутри аноа 4. Отведенная часть лазерного излучения включает коммутатор 13, что азывает разряд емкостного накопителя 12, заряженного от блока 11, через низковольтную обмотку трансфор-г матора 15. Одновременно с этим в магнитопроводе 14 начинает нарастать магнитный поток, пронизывающий и область внутрианодного пространства с лазерной плазмой. Воздействие на плазму такого магнитного поля увеличивает число непрорекомбинировавших ионов дейтерия и сужает их угловое распределение, делая его более направленным вдоль оси трубки. Одновременно с нарастанием магнитного потока в магнитопроводе 14 в высоковольтной, обмотке 16 трансформатора, подключенной через ввод 9 к аноду 4, возбуждается импульс ускоряющего напряжения. При этом, как показывает расчет, процесс воздействия магнитного поля на плазму и процесс возбуждения высоковольтного импульса протекают достаточно эффективно, если характерный поперечный размер цент ральной части магнитопровода d удовлетворяет неравенству d г В , где 2 расстояние мезкду торцом центральной

разомкнутой части магнитопровода и плазмообразующей мишенью трубки 3.

Дейтоны вытягиваются с поверхности вытекающего из анода плазменного сгустка и ускоряются к нейтронообразующей мишени 4, вызывая на ней ядерную реакцию с образованием нейтррнов Антидинатроннай сетка 7 уменьшает iTOK вторичных электронов из-за создания напряжения смещения между ней и катодом при протекании ионного тока через резистор i7. Газопоглотители 10 обеспечивают в отпаянном объеме трубки необходимый рабочий

Описанный импульсный генератор нейтронов за счет более эффективной работы источника дейтонов позволит; не менее, чем на порядок увеличить нейтронный поток при сохранении радиальных размеров трубки и мощности лазера. Использование малогабаритных генераторов с потоком 10 н/с повысит эффективность методов нейтронного каротажа скважин и других ядерногеофизических исследований.

ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР НЕЙТРОНОВ, содержащий отпаянную ускорительную трубку с нейтронообразуюсцей миэо^N5 35 О