ГАЗОНАПОЛНЕННАЯ НЕЙТРОННАЯ ТРУБКА

Полезная модель относится к нейтронным трубкам и может быть использована в генераторах нейтронов для проведения неразрушающего элементного анализа вещества и проведения исследований нейтронно-радиационными методами.
Известна нейтронная трубка, которая представляет собой миниатюрный линейный ускоритель ионов, с одной стороны которого расположен ионный источник, а с другой - мишень. Генерация нейтронов происходит в результате реакции (d, n), при бомбардировке ускоренными ионами мишени. Получаемые при этом нейтроны имеют энергию 2,5 МэВ для реакции D(d, n)Не3 и 14 МэВ для реакции T(d, n)Не4. Нейтронная трубка имеет три основных узла: ионный источник, ионно-оптическая система, мишенный узел. В качестве ионного источника в трубке применен ионный источник типа Пеннинга с холодным катодом. Рабочий газ (дейтерий либо смесь дейтерия и трития) содержится в натекателе (генераторе рабочего газа). На анод ионного источника подают модуляционное напряжение с частотой следования f от 400 Гц до 10 кГц с длительностью от 100 до 20 мкс соответственно. Сборник материалов межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе» (М.: ВНИИА, 2003, с. 12).
Известна газонаполненная нейтронная трубка, содержащая герметичную оболочку, источник ионов типа Пеннинга, источник газа (натекатель), ускоряющий электрод, мишень, высоковольтный изолятор, газопоглотитель (патент США US 2009/0108192).
За прототип выбрана газонаполненная нейтронная трубка с ионным источником Пеннинга с термокатодом, выполненная в виде герметичной металлостеклянной колбы, в которой расположены мишень, ионно-оптическая система, источник ионов, генератор рабочего газа и газопоглотитель, который установлен на одном из вводов ножки газонаполненной нейтронной трубки, содержит встроенный термоподогреватель и выполнен в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой от 100 до 350 мг (патент Российской Федерации №2372755, опубл. 10.11.2009 г.).
Все вышеперечисленные нейтронные трубки имеют общий недостаток - в процессе работы вследствие расфокусировки пучка ионов, извлекаемых из источника ионов, часть пучка попадает на внутренние поверхности фокусирующего и ускоряющего электродов. Помимо увеличения тока трубки за счет образования вторичных электронов, это приводит к распылению электродов и, соответственно, к запылению внутренней стенки герметичной колбы напротив фокусирующего и ускоряющего электродов. В результате запыления образуется проводящий слой и, как следствие, электрический пробой по внутренней поверхности герметизирующей колбы. При таких пробоях и электрических утечках нейтронная трубка полностью приходит в негодность.
Техническим результатом полезной модели является увеличение ресурса и производительности устройства в результате, снижения эффекта запыления внутренней поверхности герметичной колбы.
Технический результат достигается газонаполненной нейтронной трубкой с ионным источником Пеннинга с термокатодом, выполненным в виде герметичной металлостеклянной колбы, в которой расположены мишень, ионно-оптическая система, источник ионов, генератор рабочего газа и газопоглотитель, установленный на одном из вводов ножки газонаполненной нейтронной трубки, содержащей встроенный термоподогреватель и выполненный в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой от 100 до 350 м, при этом ионно-оптическая система состоит из фокусирующего электрода, ускоряющего электрода и дополнительного электрода, установленного по всему внутреннему диаметру металлостеклянной колбы.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично представлен поперечный разрез устройства, где: 1 - термокатод, 2 - металлостеклянная колба, 3 - мишень, 4 - ионно-оптическая система, 5 - источник ионов, 6 - генератор рабочего газа, 7 - газопоглатитель, 8 - ножка газонаполненной нейтронной трубки, 9 - термоподогреватель, выполненный в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана, 10 - фокусирующего электрода, 11 - ускоряющего электрода, 12 - дополнительного электрода.
Через термокатод ионного источника пропускается электрический ток величиной 2 А при напряжении порядка 6 В. Термокатод излучает термоэлектроны и обеспечивает при подаче на анод напряжения 200 В электронный ток величиной около 20 мА. Одновременно с включением термокатода с вольфрамовой спиралью на термогазопоглотитель подают напряжение величиной порядка 7 В (ток, протекающий через термогазопоглотитель, составляет величину порядка 0,45 А), что обеспечивает температуру термогазопоглотителя в виде титановой втулки порядка 700°C.
Образуемые в источнике ионов ионы дейтерия и трития поступают в ионнооптическую систему трубки, ускоряются и, бомбардируя мишень, обеспечивают, на основе ядерной реакции T(d,n)He4, образование 14-МэВ нейтронов в мишени.
9
Термогазопоглотитель в нагретом состоянии обеспечивает поглощение при температуре 700°C выделяемых при работе трубки остаточных газов, таких как кислород, азот, углекислый газ, окислы азота. Газонаполненная нейтронная трубка с источником Пеннинга способна при напряжении 120-125 кВ и среднем токе порядка 350 мкА генерировать нейтронные потоки выше 2.10 н/с и обеспечить среднюю наработку порядка 200 ч.
Для увеличения срока службы газонаполненной нейтронной трубки с ионным источником применялся дополнительный электрод, установленный по всему внутреннему диаметру металлостеклянной колбы между фокусирующим и ускоряющим электродом.
Использование дополнительного электрода снижает запыление внутренней поверхности герметичной колбы материалами электродов за счет их катодного распыления. Данные использования дополнительного электрода приведены в таблице 1.
Использование дополнительного электрода в ионно-оптической системе позволяет повысить ресурс, увеличить производительность и уменьшить энергопотребление устройства в 1,5 раза.