ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

Полезная модель 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 H05H 1/00, 1973 г.
В 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 H05H 5/00 1985. г., (выбран в качестве прототипа).
В прототипе 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 не срабатывание 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 полезной модели являются повышение стабильности, срока службы генератора и уменьшение габаритов.
Технический результат достигается тем, что в генераторе нейтронов, 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 и высокой магнитной проницаемостью, соединенная одним концом с металлическим дном, а другим с началом вторичной обмотки.
На чертеже представлен предложенный генератор импульсного потока ионизирующего излучения, 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 и высокой магнитной проницаемостью. 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 трубки при срабатывании составляет приблизительно 10-15 кОм.
Дополнительная обмотка 6 выполнена проволокой из сплавов прецизионных магнито-мягких с высокой магнитной проницаемостью и одновременно повышенным удельным сопротивлением, например, проволокой марки 50 НХС или 81 НМА ГОСТ 10160-75. Такое выполнение обмотки улучшает магнитную связь обмоток высоковольтного трансформатора 2, повышает его КПД, что приводит к увеличению срока службы генератора и уменьшению его габаритов.
Сопротивление дополнительной обмотки 6 выбирается приблизительно в два раза больше сопротивления нейтронной трубки при срабатывании. Число витков дополнительной обмотки 6 равно числу витков основной обмотки. Поверх вторичной обмотки 5 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)He4 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.