ГАЗОНАПОЛНЕННАЯ НЕЙТРОННАЯ ТРУБКА

Полезная модель относится к классу Международной Патентной Классификации G21: «ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА И ТЕХНИКА», к подклассу G21G - «Преобразование химических элементов; источники радиоактивности», к группе G21G 4/02 - «источники нейтронов», а именно к изготовлению электродов и мишеней нейтронных трубок для генерации потоков нейтронов, и может быть использована при разработке генераторов нейтронов для исследования геофизических и промысловых скважин.
Известна малогабаритная газонаполненная нейтронная трубка с вторично-эмиссионным (холодным) катодом, содержащая ионный источник, ионно-оптическую систему, состоящую из фокусирующего и ускоряющего электродов, генератор рабочего газа (дейтерий, либо смесь дейтерий-тритий) и мишень, в которой проходят ядерные реакции с образованием нейтронов. В.С. Васин, В.А. Тукарев, Т.О. Хасаев, Р.Х. Якубов, Научная сессия МИФИ-2005, Сборник научных трудов, т.5, Москва 2005, 212-213, аналог. Недостатком является невысокий ресурс нейтронной трубки (около 200 часов), нестабильный нейтронный поток, который обусловлен деградацией высоковольтного изолятора и деструкцией сорбционного слоя мишени.
Известна газонаполненная нейтронная трубка, работающая в импульсно-частотном режиме, которая содержит герметичный заземленный металлический корпус, высоковольтный изолятор, расположенный за мишенью, газоразрядный источник ионов с кольцевой цилиндрической магнитной системой, установленной в вакуумном объеме трубки, аксиальную ионно-оптическую систему, генератор рабочего газа (дейтерий) и насыщенную тритием мишень, Патент США №6141395, МПК: G21B 1/00, H05H 3/06, 2000 г. прототип.
Поверхность изолятора экранирована от прямого попадания распыленных атомов металлов размещением изолятора за мишенью. Нейтронная трубка имеет большие поперечные размеры. При работе нейтронной трубки происходит обеднение тритием активной области мишени, в процессе работы снижается нейтронный поток.
Данная полезная модель исключает указанные недостатки.
Модификация поверхности высоковольтных электродов нейтронной трубки с помощью покрытия TiN уменьшает автоэмиссию, снижает коэффициент вторичной ионно-электронной. Для материалов, используемых в качестве конструкционных в газонаполненных нейтронных трубках (нержавеющая сталь, ковар, никель и др.), в результате такой обработки поверхности снижается коэффициент распыления. Увеличен ресурс работы ускорительной трубки и генерация повышенного нейтронного потока.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности и ресурса работы нейтронной трубки, а также повышение нейтронного потока в процессе ее работы.
Технический результат достигается тем, что в газонаполненной нейтронной трубке, содержащей трубчатый высоковольтный изолятор, источник ионов, ионно-оптическую электродную систему и мишень, поверхности высоковольтных электродов ионно-оптической системы, подвергающиеся воздействию ускоренных ионов рабочего газа, покрыты слоем материала нитридом титана, толщиной не менее 1 мкм
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1, 2 и 3.
На фиг. 1 схематично представлена ионно-оптическая система нейтронной трубки, где: 1 - высоковольтный электрод; 2 - мишень; 3 - низковольтный электрод; 4 - покрытие TiN; стрелкой показано направление движения потока частиц в трубке.
На фиг. 2 представлены экспериментальные результаты, и зависимости изменения нейтронного потока от времени наработки дейтериевых газонаполненных нейтронных трубок с покрытием TiN и без TiN покрытия.
На фиг. 3 представлены экспериментальные результаты, и зависимости изменения нейтронного потока от времени наработки дейтериевых газонаполненных нейтронных трубок с покрытием TiN.
По результатам исследований двух дейтериевых газонаполненных нейтронных трубок с покрытием TiN на высоковольтных электродах ионно-оптической системы получены следующие результаты:
- нейтронный поток у трубки, содержащей покрытие, на момент окончания ресурсных испытаний выше на 40% по сравнению с трубкой, не имеющей покрытия.
- ресурсная наработка у трубок с покрытием составляет (310-330) часов, что выше средней наработки трубок без покрытия в среднем на 20%.
- по результатам проведения рентгеноспектрального анализа поверхностей конструкционных элементов (электроды, стекло, мишень) ресурсных трубок с покрытием ПК установлено, что на конструкционных узлах отсутствуют элементы, входящие в состав покрытия, что свидетельствует о крайне малом (незначительном) распылении покрытия при работе нейтронной трубки.