Импульсный нейтронный генератор
Владельцы патента RU 2551840:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)
Изобретение относится к источникам нейтронного излучения и предназначено для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов. Заявленный импульсный нейтронный генератор содержит размещенные коаксиально в герметичном корпусе (1), залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку (2), накопительный конденсатор (9) и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой (5) и межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненной на каркасе в виде полого цилиндра из феррита с металлическим дном (4). При этом дно соединено с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки. Параллельно с вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора введена дополнительная обмотка (6), намотанная проводом с высоким удельным сопротивлением, соединенная одним концом с металлическим дном, а другим - с началом вторичной обмотки. Техническим результатом является повышение стабильности и срока службы генератора, а также уменьшение его габаритов. 1 ил.
Изобретение относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначено для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов.
Известен генератор импульсного потока ионизирующего излучения нейтронов, содержащий расположенные по оси металлического корпуса высоковольтный трансформатор с чашеобразным электродом, в котором размещена ускорительная трубка со схемой ее питания, выполненной на накопительном конденсаторе, включенном между высоковольтным источником питания и первичной обмоткой высоковольтного импульсного трансформатора. Авторское свидетельство СССР №679082, МПК Н05Н 1/00, 1973 г.
В этом генераторе высоковольтный трансформатор расположен последовательно с ускорительной трубкой, а для уменьшение напряженности и обеспечения равномерного электрического поля в него введен распределитель электрического поля, выполненный в виде полого усеченного конуса из изоляционного материала, на котором выполнена обмотка из провода с высоким удельным сопротивлением, размещенная коаксиально ускорительной трубке и соединенная одним концом с чашеобразным электродом, а другим - с торцом корпуса.
Последовательное расположение высоковольтного трансформатора относительно ускорительной трубки приводит к существенному увеличению размеров генератора.
Известен 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 феррита 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.
Авторское свидетельство СССР №1158023, МПК Н05Н 5/00, 1994. г. (выбран в качестве прототипа).
В известном генераторе существенно снижены градиенты напряженности электрического поля за счет перевода электрического поля на концах рядов от типа «острие - плоскость» к типу «плоскость - плоскость». Однако при длительной работе генератора и выработке ресурса иногда происходит несрабатывание источника нейтронной трубки. Сопротивление нейтронной трубки в таком режиме составляет сотни МОм, при этом возникает режим «холостого хода» высоковольтного трансформатора, а напряжение на вторичной обмотке достигает 200-220 кВ. Для исключения электрического пробоя необходимо или создавать мощную изоляцию, что увеличивает габаритно-весовые характеристики генератора, или уменьшать амплитуду ускоряющего напряжения, что приводит к снижению выхода нейтронов.
Техническим результатом изобретения являются повышение стабильности, срока службы генератора и уменьшение габаритов.
Технический результат достигается тем, что в импульсном нейтронном генераторе, содержащем размещенные коаксиально в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой и межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненной на каркасе в виде полого цилиндра из феррита с металлическим дном, соединенным с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки, параллельно с вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора введена дополнительная обмотка, намотанная проводом с высоким удельным сопротивлением, соединенная одним концом с металлическим дном, а другим - с началом вторичной обмотки.
На чертеже представлен импульсный нейтронный генератор, где 1 - металлический корпус, 2 - нейтронная трубка, 3 - ферритовый сердечник, 4 - металлическое дно, 5 - вторичная многорядная обмотка, 6 - дополнительная обмотка, намотанная проводом с высоким удельным электрическим сопротивлением, 7 - первичная обмотка, 8 - элементы питания ионного источника, 9 - накопительный конденсатор, 10 - крышка генератора, 11 - температурный компенсатор, 12 - высоковольтный герметичный проходной изолятор.
Генератор выполнен в металлическом корпусе 1, залитом жидким диэлектриком, внутри которого размещена нейтронная трубка 2, высоковольтный импульсный трансформатор, содержащий цилиндрический полый ферритовый сердечник 3, закрытый металлическим дном 4. На сердечнике расположена вторичная многорядная обмотка 5. Одновременно с намоткой вторичной обмотки, параллельно с ней на некотором расстоянии, наматывается и дополнительная обмотка 6 проводом с высоким удельным сопротивлением. Величина сопротивления дополнительной обмотки выбирается из расчета приблизительно 25-30 кОм, т.е. сопротивление несколько больше, чем сопротивление нейтронной трубки при срабатывании ионного источника. Сопротивление нейтронной трубки при срабатывании составляет приблизительно 10-15 кОм.
С целью предотвращения снижения ускоряющего импульса величина сопротивления дополнительной обмотки выбирается приблизительно в два раза больше сопротивления нейтронной трубки при срабатывании.
Намотка дополнительной обмотки производится, например, никель-хромовым проводом ПЭВНХ-2 ТУ16-502.008-82. Число витков дополнительной обмотки равно числу витков основной обмотки.
Поверх вторичной обмотки мотается первичная обмотка 7. Коаксиально нейтронной трубке расположены элементы питания ионного источника 8 и накопительный конденсатор 9.
Для обеспечения электрической прочности и теплового режима генератор залит жидким диэлектриком. На крышке генератора 10 установлен температурный компенсатор 11 и высоковольтный герметичный проходной изолятор 12. В качестве жидкого диэлектрика в генераторе использовано конденсаторное масло ТКП.
Генератор работает следующим образом.
При подаче импульса запуска на управляющий электрод ионного источника нейтронной трубки 2 происходит разряд накопительного конденсатора 8 на первичную обмотку 7 импульсного высоковольтного трансформатора. При этом на вторичной обмотке 5 трансформатора формируется импульс напряжения амплитудой (100-150) кВ и передается через дно 4 на мишенный электрод трубки 2. Одновременно ионный источник нейтронной трубки 2 производит ионы дейтерия, которые ускоряются в направлении мишени.
При бомбардировке мишени нейтронной трубки 2 ионами дейтерия в результате ядерной реакции T(d, n) Не4 образуются нейтроны.
При работе генератора в нормальном режиме дополнительная обмотка не оказывает влияния на формирование ускоряющего напряжения, так как основная обмотка имеет на порядки меньшее сопротивление.
При работе генератора в то время, когда источник ионов нейтронной трубки не срабатывает, режима «холостого хода» высоковольтного трансформатора не происходит, так как вторичная обмотка подключена к параллельной дополнительной обмотке с высоким сопротивлением, т.е. к нагрузке 25-30 кОм.
Таким образом, стабилизируется напряжение на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора, что приводит к стабилизации нейтронного выхода и увеличению срока службы генератора при минимальных габаритах.
Импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные коаксиально в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой и межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненной на каркасе в виде полого цилиндра из феррита с металлическим дном, соединенным с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки, отличающийся тем, что параллельно с вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора введена дополнительная обмотка, намотанная проводом с высоким удельным сопротивлением, соединенная одним концом с металлическим дном, а другим - с началом вторичной обмотки.
