ЗАПАЯННАЯ НЕЙТРОННАЯ ТРУБКА
SEALED NEUTRON TUBE

Изобретение относится к запаянным нейтронным трубкам и может быть использовано в генераторах нейтронов для проведения неразрушающего элементного анализа вещества и проведения исследований нейтронно-радиационными методами, в том числе для проведения геофизических исследований нефтегазовых скважин.
4
Известна нейтронная трубка, которая представляет собой миниатюрный ускоритель ионов, включающий трубчатый изолятор, с одной стороны которого расположен ионный источник, а с другой - ускоряющий электрод и мишень. Генерация нейтронов происходит в результате реакции 3H(d, n)He, при бомбардировке ускоренными ионами дейтерия насыщенной тритием мишени. Источник ионов имеет центральное отверстие для извлечения ионов, расположенное напротив отверстия в ускоряющем электроде, имеющем форму стакана, обращенного дном к источнику ионов. Сборник материалов межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». М.: ВНИИА, 2003, с. 12.
Известна газонаполненная нейтронная трубка, содержащая полый аксиально симметричный изолятор, на одном конце которого герметично закреплен источник ионов, а на другом - мишень и ускоряющий электрод. Патент США №4996017, МПК G21B 1/02, 1991 г.
Известна газонаполненная нейтронная трубка, выполненная в виде трубчатого высоковольтного изолятора на одном конце которого закреплен источник ионов, а на другом конце закреплен ускоряющий электрод и мишень. Патент Российской Федерации №2372755, МПК Н05Н 3/06, 2009 г.
Известна запаянная нейтронная трубка, содержащая трубчатый изолятор, на одном конце которого закреплен источник ионов с центральным отверстием для извлечения ионов, на другом конце закреплена мишень и ускоряющий электрод в виде стакана с центральным отверстием в дне для прохождения ионов, размещенный в полости трубчатого изолятора дном в сторону источника ионов. Изолятор имеет насечку на внутренней поверхности между источником ионов и ускоряющим электродом. Патент Российской Федерации №2451433, МПК Н05Н 3/06, 2012 г., прототип.
Все вышеперечисленные нейтронные трубки обладают общим недостатком - в процессе работы вследствие расфокусировки пучка ионов, извлекаемого из источника ионов, часть ионов попадает на кромку отверстия ускоряющего электрода. Это приводит к распылению электрода и к неравномерному запылению внутренней поверхности трубчатого высоковольтного изолятора около ускоряющего электрода. В результате запыления, на внутренней поверхности трубчатого изолятора, в области высоких напряжений образуется проводящий кольцевой слой металла, не связанный электрически с потенциалами электродов трубки. В процессе работы трубки к ней прикладывается высокое напряжение. Между электродами трубки текут токи, в трубке возникает тормозное излучение. В результате этих процессов кольцевой проводящий слой на внутренней поверхности трубчатого изолятора, образованный распылением кромки ускоряющего электрода, приобретает электрический заряд. Это приводит к возникновению неоднородностей в высоковольтном поле трубки и является причиной пробоев. Высоковольтные пробои являются основной причиной выхода трубки из строя и сокращения ее ресурса. В прототипе использование внутренней насечки на трубчатом изоляторе уменьшает скорость образования проводящего кольцевого слоя, однако приводит к увеличению напряженности поля на остриях насечки, увеличивая вероятность пробоя, и не устраняет главный недостаток конструкции, отсутствие электрического контакта напыленного кольцевого слоя с одним из электродов трубки. В результате отсутствия такого контакта заряд, возникающий в напыленном слое, может покинуть его только в результате электрического пробоя. Высоковольтный пробой трубки может привести к выходу ее из строя.
Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и увеличение ресурса запаянной нейтронной трубки.
Технический результат достигается тем, что в запаянной нейтронной трубке, содержащей трубчатый изолятор, на одном конце которого герметично закреплен источник ионов с центральным отверстием для извлечения ионов, на другом конце закреплена мишень и ускоряющий электрод с центральным отверстием для прохождения ионов, размещенный в полости трубчатого изолятора, трубчатый изолятор имеет аксиальную внутреннюю проточку со стороны мишени, а ускоряющий электрод имеет форму усеченного конуса и введен в проточку до упора внешней поверхности конуса во внутренний край проточки.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлен поперечный разрез запаянной нейтронной трубки, где: 1 - трубчатый изолятор, на одном конце которого закреплен источник ионов 2 с центральным отверстием 3 для извлечения ионов, на другом конце закреплена мишень 4 и ускоряющий электрод 5 с центральным отверстием 6 для прохождения ионов, размещенный в полости трубчатого изолятора 1. Трубчатый изолятор 1 имеет аксиальную внутреннюю проточку 7 со стороны мишени 4, а ускоряющий электрод 5 имеет форму усеченного конуса и введен в проточку 7 до упора внешней поверхности конуса 8 во внутренний край 9 проточки.
Запаянная нейтронная трубка работает следующим образом.
К трубчатому изолятору 1 между источником ионов 2 и ускоряющим электродом 5 прикладывается ускоряющее напряжение. Ионы дейтерия извлекаются из источника ионов 2 в сторону мишени 4. Часть ускоренных ионов проходит отверстие 6 в ускоряющем электроде 5 и попадает на мишень 4. Часть ионов попадает на поверхность ускоряющего электрода 5, обращенную к источнику ионов 4. В результате бомбардировки ионами, извлеченными из отверстия 3, внешней поверхности 8 ускоряющего электрода 5, имеющей форму усеченного конуса, происходит его распыление. Распыляемые с внешней поверхности ускоряющего электрода 5 атомы двигаются по разным направлениям и по прямолинейным траекториям. Распыленные атомы попадают на внутреннюю поверхность трубчатого изолятора и создают на ней кольцевой напыленный слой. Трубчатый изолятор 1 имеет аксиальную внутреннюю проточку 7 со стороны мишени 4, а ускоряющий электрод 5 имеет форму усеченного конуса и введен в проточку до упора внешней поверхности конуса 8 во внутренний край проточки 9. Поэтому атомы, распыляемые с внешней поверхности ускоряющего электрода 5, имеющей форму конуса 8, двигаясь по прямолинейным траекториям, могут попадать в область контакта внутреннего края проточки 9 с внешней поверхностью ускоряющего электрода 8. В результате этого в этой области создается проводящий слой, обеспечивающий электрический контакт между ускоряющим электродом 5 и проводящим кольцевым слоем, формирующимся на внутренней поверхности трубчатого изолятора 1. Таким образом, обеспечивается электрическая связь между напыленным кольцевым слоем и ускоряющим электродом 5. Это предотвращает накопление зарядов на поверхности напыленного слоя. Если бы конструкцией трубки не были бы созданы условия для непрерывного стекания образующегося заряда через контакт между кольцевым напыленным слоем на внутренней поверхности трубчатого изолятора и ускоряющим электродом, то стекание этого заряда происходило бы в результате периодических пробоев по поверхности изолятора. Это привело бы к возникновению дефектов на поверхности диэлектрика с последующей потерей им электрической прочности и с выходом трубки из строя.
Предложенная конструкция позволяет исключить накопление электрического заряда в напыленном слое на внутренней поверхности высоковольтного изолятора трубки и благодаря этому повысить надежность и увеличить ресурс запаянной нейтронной трубки.