Генератор нейтронов
NEUTRON GENERATOR

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.
Известен генератор нейтронов, содержащий проводящий заземленный корпус, заполненный трансформаторным маслом с расположенной в нем запаянной нейтронной трубкой и источником ускоряющего напряжения, включенным между мишенью и заземленным корпусом. Боголюбов Е. П., Пресняков Ю. К., Рыжков В. И. и др. Нейтронные генераторы ВНИИА на газонаполненных нейтронных трубках и их применение. – В Сб. Международной научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе, Москва. 2004. – с.78. Недостатком генератора является низкая величина потока из-за перегрева источника ионов и мишени при увеличении тока ионов и ускоряющего напряжения. Для увеличения потока нейтронов необходимо увеличить ток ионов на мишени. Конструкция генератора не позволяет принудительно охлаждать мишень и источник ионов, что ограничивает величину тока ионов и потока нейтронов.
Известен генератор нейтронов, включающий источник излучения, представляющий собой проводящий заземленный корпус, заполненный трансформаторным маслом, с расположенной в нем запаянной нейтронной трубкой, мишень которой соединена с корпусом и охлаждается водой, а источник ионов размещен в контейнере, изолированном от корпуса и соединенном высоковольтным кабелем с отдельным источником ускоряющего напряжения, отдельный охладитель масла, соединенный с источником излучения гибкими шлангами, с маслонасосом и теплообменником, охлаждаемым проточной водой. Кирьянов Г. И., Малинин Ю. Н., Сыромуков С. В. Генератор нейтронов НГМ-17 и ускорительная трубка УТ-02. – Сб. «Вопросы Атомной науки и техники», Сер. «Радиационная техника», вып.2(42), 1990. – С. 27–33. Недостатком генератора является низкая надежность и значительные габариты. Низкая надежность является следствием сложности обезгаживания и вакуумной заливки с высокотемпературной дегазацией охладителя трансформаторным маслом. Это приводит к уменьшению электрической прочности трансформаторного масла и увеличению вероятности высоковольтных пробоев в устройстве. Значительные габариты аналога являются следствием отдельного размещения источника излучения, охладителя трансформаторного масла и источника ускоряющего напряжения.
Известен генератор нейтронов, содержащий проводящий заземленный корпус, заполненный жидким диэлектриком, например 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. Патент Российской Федерации № 2540328, МПК H05H 3/06, 10.02.2015. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа являются низкий поток нейтронов из-за перегрева источника ионов при увеличении извлекаемого тока в результате отсутствия принудительного охлаждения источника ионов, находящегося под высоким потенциалом.
Для увеличения потока нейтронов необходимо увеличить количество ионов извлекаемых из источника и ускоряемых на мишень трубки генератора. Для этого требуется увеличить мощность источника ионов трубки. Увеличение мощности приводит к нагреванию источника ионов и увеличению газовыделения из его электродов. Это ведет к росту давления в трубке, высоковольтному пробою и выходу трубки из строя. Теплоотвод от источника ионов является недостаточным из-за его размещения в замкнутом проводящем контейнере, находящимся под высоким потенциалом и обеспечивающем защиту схемы от высоковольтных пробоев.
Техническим результатом изобретения является увеличение потока нейтронов без увеличения габаритов генератора нейтронов.
Технический результат достигается тем, что в генераторе нейтронов, содержащем 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, между проводящим заземленным корпусом и источником ускоряющего напряжения размещен маслонасос, источник ионов закрыт кожухом, размещенным так, чтобы между его краем и фланцем трубки оставалась щель для забора трансформаторного масла, кожух имеет выходной штуцер, соединенный диэлектрической трубкой, проходящей через источник ускоряющего напряжения, с входным штуцером маслонасоса, выходной штуцер маслонасоса соединен с трубкой, отводящей трансформаторное масло к внутренней поверхности охлаждаемого с внешней стороны, проводящего заземленного корпуса.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлен генератор нейтронов, где: 1 – охлаждаемый с внешней стороны, например проточной водой, проводящий заземленный корпус; 2 – трансформаторное масло; 3 – проводящий контейнер; 4 – блок питания источника ионов; 5 – источник ускоряющего напряжения; 6 – запаянная нейтронная трубка; 7 – мишень нейтронной трубки; 8 – источник ионов; 9 – фланец нейтронной трубки; 10 – маслонасос; 11 – кожух источника ионов; 12 – щель между кожухом источника ионов и фланцем трубки для забора трансформаторного масла;13 – выходной штуцер кожуха источника ионов; 14 – диэлектрическая трубка; 15 – входной штуцер маслонасоса; 16 – выходной штуцер маслонасоса; 17 – трубка, отводящая масло к внутренней стенке охлаждаемого проводящего корпуса; 18 – змеевик водяного охлаждения проводящего корпуса. Маслонасос 10 размещается в области нулевого потенциала у внутренней поверхности корпуса 1. Корпус 1 охлаждается, например, проточной водой, протекающей по змеевику 18, прижатому к корпусу с внешней стороны. Всасывающий штуцер 15 маслонасоса соединен с выходным штуцером 13 кожуха источника ионов 11. Кожух размещен таким образом, чтобы между его краем и фланцем трубки 9, на котором закреплен источник ионов 8, оставалась щель для прохождения трансформаторного масла 2. Проводящий контейнер 3 соединен с выходом источника 5 и находится под потенциалом ускоряющего напряжения. Входной штуцер маслонасоса 15 соединен с выходным штуцером кожуха источника ионов диэлектрической трубкой 14.
3
4
Генератор работает следующим образом. На источник ионов 8 подается напряжение, и в нем загорается газовый разряд. С помощью источника ускоряющего напряжения 5 на контейнер 3, который выполняет функцию цилиндра Фарадея и защищает схему от высоковольтных пробоев, подается ускоряющее напряжение. Корпус контейнера 3 соединен электрически с фланцем нейтронной трубки 9, являющимся частью источника ионов 8. Напряжение прикладывается между фланцем трубки и мишенью. Ионы извлекаются из источника 8 и ускоряются к мишени. Взаимодействуя с веществом мишени, ионы образуют нейтроны в результате реакции H(d,n)He. Плазма газового разряда и вторичные электроны из мишени, бомбардируемой пучком ионов, нагревают электроды источника. По мере роста температуры источника ионов 8 увеличивается газовыделение из его электродов. Это приводит к увеличению давления в запаянной нейтронной трубке 6. Увеличение давления ведет к уменьшению электрической прочности трубки и может привести к пробою и выходу трубки из строя.
Для исключения этого в объеме проводящего заземленного корпуса 1 между корпусом и источником ускоряющего напряжения 5 непосредственно в среде трансформаторного масла 2 размещен маслонасос 10, соединенный диэлектрической трубкой 14 с кожухом 11, отделяющим источник 8 ионов от окружающего масла. Кожух 11 размещен на фланце 9 нейтронной трубки 6. Между кожухом 11 и фланцем 9 имеется щель 12 для забора масла. При работе насоса 10 масло втягивается под кожух 11 из окружающей среды, омывает источник ионов 8, охлаждая его, и выходит в диэлектрическую трубку 14 через штуцер13 на поверхности кожуха 11. Двигаясь по трубке 14, трансформаторное масло перемещается из области высокого потенциала, где находится источник ионов 8, через объем источника ускоряющего напряжения 5 в область низкого потенциала, где находится насос 10. Из насоса масло через штуцер 16 и трубку 17 выбрасывается на внутреннюю стенку проводящего корпуса 1, охлаждаемого с внешней стороны 18. Пройдя вдоль стенки корпуса 1, масло охлаждается. Охлажденное масло, через технологические отверстия попадает в объем контейнера 3 и используется для охлаждения источника ионов 8.
Предложенное техническое решение позволяет эффективно отвести мощность от источника ионов, находящегося под высоким потенциалом, и, таким образом, увеличить извлекаемый ток ионов и поток нейтронов. Техническое решение дает возможность не использовать в конструкции дополнительное устройство – охладитель масла. Это позволяет увеличить поток нейтронов без увеличения габаритов генератора.