Газонаполненная нейтронная трубка

Авторы патента:

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

Владельцы патента RU 2777013:

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

Изобретение относится к запаянным нейтронным трубкам и может быть использовано в генераторах нейтронов для исследования геофизических и промысловых скважин, анализа состава веществ, лучевой терапии. Технический результат - увеличение потока нейтронов трубки. В запаянной нейтронной трубке, включающей трубчатый высоковольтный изолятор, на одном конце которого герметично закреплены ускоряющий электрод и мишень, а на другом конце по своему внешнему диаметру герметично закреплено кольцо. К кольцу по его внутреннему диаметру соосно с ним прикреплена труба, на противоположном кольцу конце трубы закреплен антикатод в форме диска с отверстием для извлечения ионов. Внутри трубы соосно с ней размещен стакан, в котором находится цилиндрический магнит. Края стакана герметично соединены с кольцом, в полости трубы между антикатодом и дном стакана соосно с ним размещен анод, имеющий форму кольца. На кольце установлен кольцевой магнит, прижатый одним полюсом к кольцу. К противоположному полюсу магнита прижата съемная крышка, цилиндрический магнит упирается в крышку в её центральной части. Полюсы цилиндрического и кольцевого магнитов, прижатых к крышке, противоположны. Крышка, кольцо, труба и антикатод выполнены из магнитомягкого материала, стакан выполнен из немагнитного материала. 1 ил.

Известна запаянная нейтронная трубка, содержащая трубчатый высоковольтный изолятор с размещенным на одном торце источником ионов с антикатодом с отверстием для извлечения ионов, ускоряющий электрод и мишень, размещенные на другом торце. Патент Российской Федерации № 2540983, МПК H05H 3/06, 10.02.2015. Недостатком нейтронной трубки является низкий поток нейтронов из-за значительного пробега ионов от антикатода к мишени. Ионы, прошедшие отверстие в антикатоде, ускоряются к мишени между антикатодом и ускоряющим электродом и далее движутся к мишени без ускорения. Пробег ионов составляет величину, приблизительно равную длине высоковольтного изолятора, и существенно превышает длину ускоряющего промежутка между антикатодом и ускоряющим электродом. Это приводит к неоправданным потерям в пучке ионов на той части пути, где ускорение отсутствует, и в результате этого к уменьшению потока нейтронов.

Известна запаянная нейтронная трубка, содержащая трубчатый высоковольтный изолятор с размещенным на одном его торце источником ионов с антикатодом с отверстием для извлечения ионов; в объеме изолятора, соосно с ним, размещена мишень. Патент Российской Федерации № 2366030, МПК H01J 27/04, 27.08.2009. Недостатком данной трубки является большое расстояние от мишени до торца трубки, что снижает плотность потока нейтронов на облучаемом образце.

Известна запаянная нейтронная трубка, включающая трубчатый высоковольтный изолятор, на одном торце которого герметично закреплены ускоряющий электрод и мишень, а на другом торце герметично, по своему внешнему диаметру, закреплено кольцо; к кольцу, по его внутреннему диаметру, соосно с ним, прикреплена труба, на противоположном кольцу конце трубы закреплен антикатод в форме диска с отверстием для извлечения ионов, внутри трубы, соосно с ней, размещен стакан, в котором находится цилиндрический магнит, края стакана герметично соединены с кольцом, в полости трубы, между антикатодом и дном стакана, соосно с ним, размещен анод, имеющий форму кольца. Патент Российской Федерации № 2583000, МПК H05H 3/06, 27.04.2016. Данное техническое решение принято в качестве прототипа. Недостатком прототипа является низкий поток нейтронов из-за низкой эффективности горения разряда в области антикатода. В прототипе используется торцевой магнит, размещенный с внешней стороны катода. Напряженность магнитного поля максимальна на поверхности катода и резко падает к поверхности антикатода. По этой причине газовый разряд горит, в основном, у катода. Это снижает эффективность горения разряда в области отверстия антикатода и уменьшает извлекаемый ток ионов. Уменьшение тока ионов приводит к уменьшению потока нейтронов трубки.

Предложенное техническое решение устраняет этот недостаток.

Техническим результатом является увеличение потока нейтронов трубки.

Технический результат достигается тем, что в запаянной нейтронной трубке, включающей трубчатый высоковольтный изолятор, на одном конце которого герметично закреплены ускоряющий электрод и мишень, а на другом конце по своему внешнему диаметру герметично закреплено кольцо, к кольцу по его внутреннему диаметру соосно с ним прикрепрена труба, на противоположном кольцу конце трубы закреплен антикатод в форме диска с отверстием для извлечения ионов, внутри трубы соосно с ней размещен стакан, в котором находится цилиндрический магнит, края стакана герметично соединены с кольцом, в полости трубы между антикатодом и дном стакана соосно с ним размещен анод, имеющий форму кольца, на кольце установлен кольцевой магнит, прижатый одним полюсом к кольцу, к противоположному полюсу магнита прижата съемная крышка, цилиндрический магнит упирается в крышку в её центральной части. Полюсы цилиндрического и кольцевого магнитов, прижатых к крышке, противоположны. Крышка, кольцо, труба и антикатод выполнены из магнитомягкого материала, стакан выполнен из немагнитного материала. Благодаря такому решению увеличивается напряженность магнитного поля в области отверстия в антикатоде, в её центральной части, полюс цилиндрического магнита замыкаются с полюсом кольцевого магнита, увеличивается концентрация ионов в этой области и увеличивается ток ионов, что приводит к увеличению потока нейтронов трубки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлена запаянная нейтронная трубка, где 1 - трубчатый высоковольтный изолятор, 2 - ускоряющий электрод и мишень, 3 - кольцо, 4 - труба, 5 - антикатод, 6 - стакан, 7 - анод, 8 - цилиндрический магнит, 9 - кольцевой магнит, 10 - крышка. Трубка включает высоковольтный трубчатый изолятор 1, на одном из торцов которого герметично закреплены ускоряющий электрод и мишень 2. На другом торце изолятора 1 по своему внешнему диаметру герметично закреплено кольцо 3. К кольцу 3 по его внутреннему диаметру соосно с ним, прикреплена труба 4. На противоположном кольцу конце трубы 4 закреплен антикатод 5 в форме диска с отверстием для извлечения ионов. Внутри трубы 4 соосно с ней размещен стакан 6, в котором находится цилиндрический магнит 9. Края стакана 6 герметично соединены с кольцом 3. В полости трубы 4 между антикатодом 5 и дном стакана 6 соосно с ним размещен анод 7, имеющий форму кольца. На кольце 3 установлен кольцевой магнит 9, прижатый одним полюсом к кольцу 3. К противоположному полюсу магнита 9 прижата съемная крышка 10. Цилиндрический магнит 8 упирается в крышку 10 в её центральной части. Полюсы цилиндрического магнита 8 и кольцевого магнита 9, прижатых к крышке 10, противоположны. Крышка 10, кольцо 3, труба 4 и антикатод 5 выполнены из магнитомягкого материала. Стакан 6 выполнен из немагнитного материала.

Устройство работает следующим образом.

На анод источника ионов подается положительное относительно катода и антикатода напряжение. В газоразрядной камере между катодом и антикатодом, торцевым и кольцевым магнитами создается магнитное поле. Магнитные силовые линии одного из полюсов кольцевого магнита замыкаются с противоположным полюсом цилиндрического магнита в промежутке между катодом и антикатодом. Такое замыкание обеспечивают кольцо, труба и антикатод, выполненные из магнитомягкого материала, что приводит к увеличению напряженности магнитного поля в области отверстия антикатода. Крышка из магнитомягкого материала обеспечивает замыкание противоположных полюсов кольцевого магнита и цилиндрического магнита, что уменьшает рассеивание магнитных линий вне объема источника ионов. Увеличивается эффективность горения разряда в области отверстия антикатода, что приводит к увеличению тока ионов и потока нейтронов трубки. Через отверстие в антикатоде, ионы из разряда попадают в объем трубчатого высоковольтного изолятора и ускоряются к мишени. В мишени в результате термоядерных реакций образуются нейтроны.

Запаянная нейтронная трубка, включающая трубчатый высоковольтный изолятор, на одном конце которого герметично закреплены ускоряющий электрод и мишень, а на другом конце по своему внешнему диаметру герметично закреплено кольцо, к кольцу по его внутреннему диаметру соосно с ним прикреплена труба, на противоположном кольцу конце трубы закреплен антикатод в форме диска с отверстием для извлечения ионов, внутри трубы соосно с ней размещен стакан, в котором находится цилиндрический магнит, края стакана герметично соединены с кольцом, в полости трубы между антикатодом и дном стакана соосно с ним размещен анод, имеющий форму кольца, отличающаяся тем, что на кольце установлен кольцевой магнит, прижатый одним полюсом к кольцу, к противоположному полюсу магнита прижата съемная крышка, цилиндрический магнит упирается в крышку в её центральной части, полюсы цилиндрического и кольцевого магнитов, прижатых к крышке, противоположны, крышка, кольцо, труба и антикатод выполнены из магнитомягкого материала, стакан выполнен из немагнитного материала.

Группа изобретений относится к медицине. Система нейтронозахватной терапии содержит устройство генерации нейтронов и узел формирования пучка, причем устройство генерации нейтронов содержит ускоритель и мишень, при этом пучок заряженных частиц, генерированный посредством ускорения ускорителем, взаимодействует с мишенью для генерации нейтронного пучка, узел формирования пучка содержит отражатель, замедлитель, поглотитель тепловых нейтронов, радиационный экран и выход пучка, замедлитель выполнен с возможностью замедления нейтронов, генерируемых из мишени, до диапазона энергии надтепловых нейтронов, отражатель окружает замедлитель и выполнен с возможностью направлять отклоненные нейтроны обратно к замедлителю для увеличения интенсивности пучка надтепловых нейтронов, поглотитель тепловых нейтронов используется для поглощения тепловых нейтронов во избежание избыточного дозирования в поверхностных нормальных тканях во время лечения, радиационный экран используется для экранирования утекающих нейтронов и фотонов для уменьшения дозы нормальной ткани в области, не подвергающейся облучению.

Импульсный нейтронный генератор // 2776026

Изобретение относится к импульсному нейтронному генератору. Генератор содержит размещенные в металлическом корпусе, залитом жидким диэлектриком, вакуумную нейтронную трубку со схемой питания ионного источника и схемой формирования импульса ускоряющего напряжения, включающей накопительный конденсатор, сопротивление смещения, дроссель, нагрузочное сопротивление, высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой, выполненной на замкнутом магнитопроводе.

Генератор нейтронов // 2775001

Изобретение относится к генератору нейтронов. Генератор содержит проводящий заземленный корпус, заполненный трансформаторным маслом, с расположенным в нем проводящим контейнером, в котором размещен блок питания источника ионов, источником ускоряющего напряжения, включенным между проводящим заземленным корпусом и проводящим контейнером, нейтронную трубку, мишень которой соединена с корпусом, а источник ионов размещен на фланце нейтронной трубки в объеме контейнера и подключен к блоку питания.

Система нейтрон-захватной терапии // 2745081

Группа изобретений относится к медицине. Предложена система нейтрон-захватной терапии, в которой может быть эффективно использовано пространство и можно одновременно лечить множество пациентов, причем путь передачи пучка не может быть чрезмерно увеличен для гарантии небольших потерь.

Система нейтрон-захватной терапии // 2717364

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системе нейтрон-захватной терапии. Система содержит блок формирования пучка, содержащий вход пучка, генератор нейтронов, расположенный в блоке формирования пучка, который выполнен с возможностью вступать в ядерную реакцию с падающим пучком протонов из входа пучка для получения нейтронов, замедлитель, смежный с генератором нейтронов, при этом замедлитель выполнен с возможностью замедлять нейтроны до энергий надтепловых нейтронов, отражатель, окружающий генератор нейтронов и замедлитель, выполненный с возможностью отводить отклоненные нейтроны назад для усиления интенсивности пучка надтепловых нейтронов, выход пучка и по меньшей мере один подвижный элемент, выполненный с возможностью удаления от генератора нейтронов или приближения к нему, при этом подвижный элемент выполнен с возможностью перемещения между первым положением и вторым положением, причем, когда подвижный элемент находится в первом положении, генератор нейтронов является заменяемым, а когда подвижный элемент находится во втором положении, генератор нейтронов является незаменяемым.

Мощный источник нейтронов, использующий ядерную реакцию синтеза, протекающую при бомбардировке нейтронообразующей газовой мишени ускоренными ионами дейтерия // 2707272

Изобретение относится к устройству получения нейтронов и может быть использовано, как в фундаментальных, так и в прикладных исследованиях: в ядерной физике, спектрометрии, нейтронографии, медицине, системах безопасности, дефектоскопии и т.д. В устройстве используется источник ионов на основе ЭЦР разряда с квазигазодинамическим режимом удержания, плазма в котором поддерживается микроволновым излучением гиротрона миллиметрового диапазона длин волн, и система формирования и ускорения ионов.

Способ генерации проникающего излучения // 2686099

Изобретение относится к способe генерации нейтронного излучения и может применяться при создании источников излучения для калибровки рентгеновских датчиков, определения радиационной стойкости элементов электронной аппаратуры и в других целях. В способе предусмотрено формирование разряда с плазменным фокусом путем подачи высоковольтного импульса на разрядную камеру, заполненную изотопами водорода, при этом газ в разрядной камере предварительно ионизируют путем подачи на электроды газоразрядной камеры высоковольтного импульса, после чего воздействуют основным высоковольтным импульсом в межэлектродном промежутке.

Ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией // 2653840

Ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией относится к физике и технике ускорителей и может быть применен для получения пучков заряженных частиц для ионной имплантации, нейтронозахватной терапии рака или для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ. Высоковольтный источник питания повернут на 180° (перевернут), внутрь него вставлена газовая часть проходного изолятора, высоковольтный и промежуточные электроды ускорителя соединены непосредственно с соответствующими секциями высоковольтного источника питания, отпадает необходимость применения проходного изолятора с омическим делителем.

Способ генерации импульсов нейтронов // 2643523

Изобретение относится к способам генерации импульсных потоков быстрых нейтронов, в частности к способам, используемым в отпаянных ускорительных трубках, и может быть использовано в ускорительной технике или в геофизическом приборостроении, например в импульсных генераторах нейтронов народно-хозяйственного назначения при исследовании скважин методами импульсного нейтронного каротажа.

Конфигурация плавающего промежуточного электрода для устройств скважинного генератора ядерных излучений // 2642835

Изобретение относится к области генерирования радиации в скважинах для ядерного каротажа. Генератор ядерного излучения для функционирования в скважинах содержит источник заряженных частиц, материал мишени и ускорительную колонну между источником заряженных частиц и материалом мишени.