Импульсный нейтронный генератор

Авторы патента:

H05H3/06 - генерирование нейтронных пучков (мишени для проведения ядерных реакций H05H 6/00; источники нейтронов G21G 4/02)

G01V5/10 - с использованием источников нейтронного излучения

Владельцы патента RU 2614240:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Изобретение относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначено для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов. Технический результат - расширение функциональных и эксплуатационных возможностей нейтронного генератора. 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, и параллельно с вторичной обмоткой трансформатора дополнительную обмотку, намотанную проводом с высоким удельным сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью, нейтронная трубка снабжена дополнительным управляемым трехэлектродным источником ионов, мишенный электрод размещен посередине корпуса нейтронной трубки и имеет две симметричные мишени, насыщенные одним или разными изотопами водорода, вторичная обмотка трансформатора и дополнительная обмотка выполнены в виде двух симметричных усеченных конусов, имеющих общее малое основание, при этом крайние витки обмоток, расположенных на малом основании, подключены к мишенному электроду, а крайние витки, расположенные на больших основаниях, подключены к корпусу нейтронного генератора. 1 ил.

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 уменьшения 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. Генератор может производить нейтроны энергий только 14 МэВ или 2,5 МэВ.

Известен 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, выполненный 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 и высокой магнитной проницаемостью, соединенная одним концом с металлическим дном, а другим - с началом вторичной обмотки. Патент на изобретение РФ №25518840, МПК Н05Н 1/00, прототип.

Недостатком прототипа является то, что генератор производит нейтроны только одного типа: либо 2,5 МэВ, либо 14 МэВ и имеет ограниченный ресурс работы.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных и эксплуатационных возможностей нейтронного генератора.

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, и параллельно с вторичной обмоткой трансформатора дополнительную обмотку, намотанную проводом с высоким удельным сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью, нейтронная трубка снабжена дополнительным управляемым трехэлектродным источником ионов, мишенный электрод размещен посередине корпуса нейтронной трубки и имеет две симметричные мишени, насыщенные одним или разными изотопами водорода, вторичная обмотка трансформатора и дополнительная обмотка выполнены в виде двух симметричных усеченных конусов, имеющих общее малое основание, при этом крайние витки обмоток, расположенных на малом основании, подключены к мишенному электроду, а крайние витки, расположенные на больших основаниях, подключены к корпусу нейтронного генератора.

На чертеже представлен предложенный импульсный нейтронный генератор, где 1 - металлический корпус, 2 - нейтронная трубка, 3 - ферритовый сердечник, 4 - изоляционная каркас, 5 - металлическое кольцо, 6 - вторичная обмотка трансформатора, 7 - дополнительная обмотка, 8 - бумажно-пленочная изоляция, 9 - первичная обмотка трансформатора, 10 - накопительный конденсатор, 11 - контактная пружина, 12 - элементы питания ионного источника, 13 - корпус нейтронной трубки, 14 - управляемые трехэлектродные источники ионов, 15 - мишенный электрод нейтронной трубки, 16 - накладная мишень насыщенная тритием (дейтерием), 17 - накладная мишень насыщенная дейтерием (тритием), 18 - крышка генератора, 19 - температурный компенсатор, 20 - 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, соединенный через металлическое кольцо 5 с изоляционным каркасом 4. На этой сборке расположена вторичная обмотка 6 и параллельно с ней одновременно намотанная проводом с высоким удельным сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью дополнительная обмотка 7. Вторичная обмотка трансформатора 6 и дополнительная обмотка 7 выполнены в виде двух симметричных усеченных конусов, имеющих общее малое основание, при этом крайние витки обмоток, расположенные на малом основании, подключены к металлическому кольцу 5 и через контактную пружину 11 - к мишенному электроду 15, а крайние витки, расположенные на больших основаниях, подключены к корпусу 1 нейтронного генератора. Такое расположение вторичной обмотки трансформатора 6 и дополнительной обмотки 7 позволяет равномерно снизить напряжение от высоковольтного мишенного электрода 15 к корпусу 1 генератора, что обеспечивает в генераторе благоприятную конфигурацию электрического поля и отсутствие градиентов напряженности.

Число витков дополнительной обмотки равно числу витков основной обмотки, обе обмотки наматываются одновременно в противоположные стороны совместно с бумажно-пленочной изоляцией. Так образуются два симметричных усеченных конуса, имеющих общее малое основание.

Поверх вторичной обмотки 6 мотается первичная обмотка 9. Коаксиально нейтронной трубке расположены элементы питания ионного источника 12 и накопительный конденсатор 10. Нейтронная трубка 2 содержит дополнительный управляемый трехэлектродный источник ионов 14, а мишенный электрод 15 содержит две симметричные накладные мишени 16 и 17, расположенные посередине корпуса нейтронной трубки, и насыщены одним или разными изотопами водорода.

Для обеспечения электрической прочности и теплового режима генератор залит жидким диэлектриком. В качестве жидкого диэлектрика в генераторе использовано трансформаторное масло ТКп. На крышке генератора 18 установлен температурный компенсатор 19 и высоковольтный герметичный проходной изолятор 20.

Генератор работает следующим образом.

При подаче импульса запуска на управляющий электрод ионного источника нейтронной трубки 2 происходит разряд накопительного конденсатора 10 на первичную обмотку 9 импульсного высоковольтного трансформатора. При этом на вторичной обмотке 6 трансформатора формируется импульс напряжения амплитудой (100-150) кВ и передается через металлическое кольцо 5 и контактную пружину 11 на мишенный электрод трубки 15. Одновременно ионный(е) источник(и) нейтронной трубки 2 производит(ят) ионы дейтерия, которые ускоряются в направлении мишени 15(16).

При бомбардировке мишени 16 в результате ядерной реакции Д(d, n)Не3 образуются нейтроны с энергией 2,5 МэВ, при бомбардировке мишени 17 в результате ядерной реакции T(d, n)Не4 образуются нейтроны с энергией 14 МэВ.

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенное техническое решение позволяет расширить функциональные возможности нейтронного генератора.

Генератор может производить нейтроны различных энергий - 14 МэВ и 2,5 МэВ по выбору пользователя. Кроме того, можно задать режим работы генератора с одновременной и последовательной работой ионных источников.

При насыщении мишеней одним типом изотопа водорода может быть увеличен поток нейтронов при одновременной работе ионных источников, по крайней мере, в два раза, а при последовательной работе ионных источников увеличить ресурс работы по сравнению с прототипом.

При работе генератора в нормальном режиме дополнительная обмотка 7 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 6 подключена к параллельной дополнительной обмотке 7 с высоким сопротивлением, т.е. к нагрузке 30-40 кОм. Таким образом, стабилизируется напряжение на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора и существенно снижаются градиенты напряженности электрического поля за счет введения обмоток 6 и 7, выполненных в виде двух симметричных усеченных конусов, имеющих общее малое основание, что позволяет увеличить ускоряющее напряжение и выход нейтронов в импульсе.

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, и параллельно с вторичной обмоткой трансформатора дополнительную обмотку, намотанную проводом с высоким удельным сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью, отличающийся тем, что нейтронная трубка снабжена дополнительным управляемым трехэлектродным источником ионов, мишенный электрод размещен посередине корпуса нейтронной трубки и имеет две симметричные мишени, насыщенные одним или разными изотопами водорода, вторичная обмотка трансформатора и дополнительная обмотка выполнены в виде двух симметричных усеченных конусов, имеющих общее малое основание, при этом крайние витки обмоток, расположенных на малом основании, подключены к мишенному электроду, а крайние витки, расположенные на больших основаниях, подключены к корпусу нейтронного генератора.

Универсальная нейтронная трубка с электротермическими инжекторами рабочего газа // 2601961

Изобретение относится к вакуумным и газонаполненным нейтронным трубкам и может быть использовано, например, в нейтронных трубках, предназначенных для исследования скважин методами нейтронного каротажа.

Запаянная нейтронная трубка // 2583000

Изобретение относится к запаянным нейтронным трубкам и может быть использовано в генераторах нейтронов для проведения неразрушающего элементного анализа вещества и проведения исследований нейтронно-радиационными методами, в том числе для проведения геофизических исследований нефтегазовых скважин.

Ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией // 2582588

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть применено для получения пучков заряженных частиц для ионной имплантации, нейтронозахватной терапии рака или для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ.

Способ богданова создания и поддержания тока в плазме и устройство для его реализации // 2563574

Изобретение относится к средствам создания и поддержания тока в плазме. В заявленном изобретении предусмотрено создание вакуумированного объема средствами вакуумной откачки в токамаке в объеме, ограниченном катушкой тороидального магнитного поля.

Импульсный генератор нейтронов // 2556038

Изобретение относится к области прикладной ядерной физики, конкретно, к устройствам для генерации импульсных нейтронных потоков, предназначенных для использования в прикладных задачах науки и техники, например, для геофизических применений.

Запаянная нейтронная трубка // 2540983

Изобретение относится к устройствам для получения нейтронов и может быть использовано для нейтронного анализа для лучевой нейтронной терапии, а также для моделирования нейтронных полей термоядерных устройств.

Генератор нейтронов // 2540328

Изобретение относится к генераторам нейтронов и может быть использовано для нейтронного анализа веществ, материалов и изделий, для лучевой нейтронной терапии, а также для моделирования нейтронных полей термоядерных устройств.

Маломощные генераторы нейтронов // 2502239

Изобретение относится к генератору нейтронов и способу его конструирования. Генератор включает в себя решетку, выполненную с возможностью выработки ионизируемого газа при нагреве электронами, сталкивающимися с ней.

Способ генерирования импульсного потока частиц высокой энергии и источник частиц для осуществления такого способа // 2496284

Изобретение относится к области плазменной техники. Способ генерирования импульсного потока высокоэнергичных частиц, содержащий следующие этапы: инициирование ионной плазмы на первом электроде (111) в вакуумной камере (110) и обеспечение возможности развития указанной плазмы по направлению ко второму электроду (112) в указанной вакуумной камере, подача короткого импульса высокого напряжения между указанными электродами в промежутке времени, при котором указанная ионная плазма находится в переходном состоянии с пространственным распределением ионов или электронов на расстоянии от указанного второго электрода, с целью ускорения указанных распределенных ионов или электронов по направлению к указанному второму электроду, благодаря чему генерируется высокоэнергетический поток заряженных частиц, в то же время преодолевается предел тока, связанный с пространственным зарядом, обычного вакуумного диода и генерирование указанных частиц высокой энергии на указанном втором электроде (112).

Приемник нейтронного излучения на основе сцинтиллятора, содержащего эльпасолит, предназначенный для применения на нефтяных месторождениях // 2608614

Использование: для регистрации нейтронов с использованием эффекта сцинтилляции в скважинах и других областях применения на нефтяных месторождениях. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют позиционирование в скважине, по меньшей мере, одного сцинтиллятора, содержащего эльпасолит, причем эльпасолит представлен формулой Cs2LiMN6, где M представляет собой, по меньшей мере, один элемент из группы, содержащей иттрий и лантан, и N представляет собой, по меньшей мере, один элемент из группы, содержащей хлор и бром, подают нейтроны в область геологической формации, находящуюся вблизи скважины; принимают оптическое излучение от сцинтиллятора, генерирующего оптическое излучение в результате взаимодействия с нейтронами, отраженными от геологической формации; и преобразуют оптическое излучение, поданное сцинтиллятором, в электрический сигнал, принимают электрический сигнал в процессоре и применяют процессор, сконфигурированный для применения метода дискриминации по форме импульсов для различения: а) форм импульсов, полученных в результате взаимодействия между нейтронами и сцинтиллятором, и b) форм импульсов, полученных в результате взаимодействия между гамма-излучением и сцинтиллятором.

Способы и системы для обнаружения надтепловых и тепловых нейтронов // 2607335

Использование: для измерения свойств пласта. Сущность изобретения заключается в том, что инструмент для измерения свойств пласта содержит корпус инструмента, источник нейтронов для излучения нейтронов, расположенный внутри корпуса инструмента, нейтронный детектор, расположенный внутри корпуса инструмента на расстоянии от источника нейтронов, и нейтронный защитный экран, расположенный в рабочем положении относительно нейтронного детектора, причем указанный нейтронный защитный экран имеет наружную поверхность и ограничивает внутренний объем, при этом нейтронный защитный экран выполнен с возможностью предотвращения проникновения нейтронов, имеющих энергию ниже первого заданного порога, от наружной поверхности во внутренний объем.

Способ определения эффективности гидроразрыва пласта скважины // 2604247

Изобретение относится к разработке нефтяных залежей и может быть применено для проведения геолого-технических мероприятий по увеличению добычи нефти. Способ заключается в том, что до осуществления ГРП проводят предварительные комплексные геофизические исследования скважины (ГИС) и производят закачку в интервалы перфорации поочередно жидкости разной минерализации с выполнением ГИС после каждой закачки.

Способ подсчета запасов углеводородов в коллекторах доманиковых отложений // 2602424

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при подсчете запасов углеводородов в коллекторах доманиковых отложений. Технический результат - подсчет запасов углеводородов в коллекторах доманиковых отложений на основании проведения геофизических исследований существующих скважин.

Нейтронное измерение с использованием нескольких источников, устройство, система для его осуществления и их применение // 2586450

Использование: для оценки формаций, смежных со стволом скважины. Сущность изобретения заключается в том, что описан прибор нейтронного каротажа с мульти-источником.

Скважинное устройство с двухсторонним расположением измерительных зондов // 2578050

Использование: для измерения плотности и пористости породы с использованием нейтронного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что скважинное устройство с двухсторонним расположением измерительных зондов содержит нейтронный источник, расположенный соосно с корпусом скважинного устройства, а также два нейтронных и два гамма-зонда, находящиеся по разные стороны от нейтронного источника, при этом в качестве нейтронного источника применяется нейтронный генератор, каждый нейтронный зонд содержит не менее двух детекторов, которые располагаются между корпусом скважинного устройства и корпусом нейтронного генератора параллельно оси скважинного устройства, одинаково удаленно от оси скважинного устройства и одинаково удаленно от мишени нейтронного генератора, равномерно по углу вокруг оси скважинного устройства, причем детекторы в различных нейтронных зондах повернуты вокруг оси скважинного устройства по отношению друг к другу.

Устройство для радиационного измерения плотности // 2578048

Использование: для бесконтактного измерения плотности вещества с помощью нейтронного и гамма-излучения. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для радиационного измерения плотности включает в себя источник излучения, находящийся на оси блока радиационной защиты и имеющий возможность менять положение с помощью устройства перемещения, сцинтилляционные детекторы со сцинтилляторами, расположенными в одной плоскости в форме соосных с источником излучения и блоком радиационной защиты вставленных друг в друга колец, при этом в качестве источника излучения используется электронный генератор импульсного излучения быстрых нейтронов, подключенный к блоку управления, сцинтилляторы в кольцах дополнительно разбиты на равные угловые сектора, количество угловых секторов составляет не менее двух, каждый из угловых секторов содержит сцинтилляторы для регистрации одного или нескольких видов излучений: эпитепловых или тепловых нейтронов, а также гамма-излучения, сцинтилляторы в кольцах и угловых секторах расположены по отношению друг к другу с зазором, сцинтилляторы, предназначенные для регистрации разных видов излучения, располагаются в каждом кольце чередующимся образом, сцинтилляторы, предназначенные для регистрации определенного вида излучения, располагаются в смежных кольцах по одному радиусу, фотоприемные устройства сцинтилляционных детекторов эпитепловых и/или тепловых нейтронов подключены к временным анализаторам, а фотоприемные устройства сцинтилляционных детекторов гамма-излучения подключены к амплитудным анализаторам, выходы амплитудных и временных анализаторов, а также блок управления подключены к процессору.

Скважинное устройство с двумя зондами из нескольких детекторов // 2574414

Использование: для регистрации нейтронного и гамма-излучений, применяемых для измерения ядерно-физических характеристик породы при каротаже нефтяных и газовых скважин.

Цилиндрический позиционно-чувствительный детектор // 2574323

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано при создании радиационных детекторов. Цилиндрический позиционно-чувствительный детектор содержит множество сцинтилляторов, разделенных отражающим материалом, помещенным между сцинтилляторами, каждый сцинтиллятор находится в оптическом контакте с фотоприемником, при этом сцинтиллятор состоит из одного или нескольких цилиндрических наборов, составленных из сцинтиллирующих волокон, обеспечивающих регистрацию нейтронного или гамма-излучения, сцинтиллирующие волокна снабжены светоотражающими оболочками и светонепроницаемыми покрытиями, противоположные торцы сцинтиллирующих волокон соединены посредством оптических соединителей с двумя волоконными световодами, находящимися с противоположной стороны в оптическом контакте с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом из которых равно или больше числа сцинтиллирующих волокон.

Способ оценки плотности цементного камня в скважинах подземных хранилищ газа без подъема насосно-компрессорных труб // 2547001

Изобретение относится к ядерной геофизики и служит для оценки плотности цементного камня скважин подземных хранилищ газа (ПХГ) в процессе их эксплуатации без подъема насосно-компрессорных труб (НКТ).

Комплексная аппаратура для исследования нефтегазовых скважин и способ регистрации полученных данных // 2624144

Использование: для исследования нефтегазовых скважин. Сущность изобретения заключается в том, что комплексная аппаратура для исследования нефтегазовых скважин включает модуль ядерного каротажа, содержащий спектрометрические зонды с детекторами гамма-излучения радиационного захвата – СНГК, зонды с детекторами тепловых нейтронов - ННК-Т и спектрометрический зонд с детектором естественной радиоактивности - СГК, а также модуль электромагнитного дефектоскопа - ЭД. В процессе работы производят регистрацию интенсивностей гамма-излучения с помощью модуля СНГК и зонда СГК с одновременной периодической регистрацией ЭДС, наведенной в приемной катушке ЭД вихревыми токами, возбуждаемыми в стальных трубах процессом спада электромагнитного поля, вызванного зондирующим импульсом тока намагничивания генераторной катушки, при этом зарегистрированные сигналы модуля СНГК и зонда СГК накапливают, разбивают на фрагменты данных и передают их на поверхность в период каждого цикла подачи зондирующих импульсов тока намагничивания генераторной катушки, после чего фрагменты данных восстанавливают в единый массив в наземной станции. Технический результат: повышение достоверности исследования нефтегазовых скважин. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.