ГАЗОНАПОЛНЕННАЯ НЕЙТРОННАЯ ТРУБКА
GAS-FILLED NEUTRON TUBE

Изобретение относится к отпаянным нейтронным трубкам и может быть использовано в генераторах нейтронов для проведения неразрушающего элементного анализа вещества и проведения исследований нейтронно-радиационными методами, в т.ч. для проведения геофизических исследований нефтегазовых скважин.
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, ионнооптическая 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 A1.
Известна газонаполненная нейтронная трубка с ионным источником Пеннинга с термокатодом, выполненная в виде герметичной металлостеклянной колбы. В колбе расположены мишень, ионнооптическая система, источник ионов, генератор рабочего газа и газопоглотитель. Газопоглотитель 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. Такое выполнение газонаполненной нейтронной трубки позволяет повысить электрическую прочность ионнооптической системы трубки с ионным источником Пеннинга и горячим катодом, а также увеличить нейтронный поток и ресурс. (Патент Российской Федерации №2372755, МПК Н05Н 3/06, 2008 г. - прототип.)
Все вышеперечисленные нейтронные трубки страдают общим недостатком - 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.
Процесс образования области запыления хорошо виден на Фото 1 - фотографии нейтронной трубки на начальной стадии запыления (затемнение внутренней поверхности прозрачной стеклянной колбы).
На Фото 2 показаны крупным планом следы от электрических пробоев и утечек по запыленной области. При таких пробоях и электрических утечках нейтронная трубка полностью приходит в негодность.
Настоящее изобретение предназначено для снижения эффекта запыления внутренней поверхности герметичной колбы.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и ресурса работы нейтронной трубки.
Технический результат достигается тем, что газонаполненная нейтронная трубка с источником Пеннинга, выполненная в виде герметичной колбы, в которой расположены мишень, ионнооптическая система, источник ионов и генератор рабочего газа, отличается тем, что на внутренней поверхности герметичной колбы в зоне электродов ионнооптической системы нанесена насечка, увеличивающая площадь внутренней поверхности герметичной колбы. Насечка может быть выполнена синусоидальной формы, например с амплитудой и периодом 1 мм.
Область запыления внутренней поверхности герметичной колбы расположена между фокусирующим и ускоряющим электродами ионнооптической системы. Очевидно, что плотность запыления внутренней поверхности при прочих равных условиях обратно пропорциональна площади запыления. В свою очередь электрическое сопротивление и электрическая прочность изоляции обратно пропорциональны плотности запыления. Таким образом, увеличение внутренней поверхности герметизирующего баллона уменьшает плотность его запыления и, соответственно, увеличивает электрическое сопротивление и электрическую прочность изоляции.
При выполнении насечки синусоидальной формы с амплитудой и периодом 1 мм на длине 20 мм площадь осаждения материала электродов увеличивается на 40%, что эквивалентно снижению плотности напыленного слоя на 40% и, соответственно, пропорциональному увеличению срока запыления внутренней поверхности до образования электрического пробоя.
Сущность описываемого устройства поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично представлен поперечный разрез нейтронной трубки.
Газонаполненная нейтронная трубка с источником Пеннинга выполнена в виде герметичной колбы 1 (например, стеклянной или металлокерамической) с металлокерамической ножкой 2. Внутри колбы 1 размещены мишень 3, иоонооптическая система 4, источник 5 ионов, генератор 6 рабочего газа, катод 7 и антикатод 8 с отверстием для выхода ионов в ионнооптическую систему, анод 9. Устройство содержит магнит 10, фокусирующий электрод 11 и ускоряющий электрод 12 ионнооптической системы. На внутренней поверхности герметичной колбы 1 в зоне электродов 11 и 12 ионнооптической системы нанесена насечка 13, увеличивающая площадь внутренней поверхности герметичной колбы.
Насечка (позиция 13) на внутренней поверхности герметизирующей колбы 1 в области колбы, более всего подверженной запылению, увеличивает площадь, снижая, тем самым, плотность напыленного слоя. Благодаря этому электрическая прочность трубки дольше сохраняется и, как следствие, увеличивается ресурс и надежность работы нейтронной трубки. Изготовленная по такой технологии нейтронная трубка с синусоидальной насечкой глубиной и шагом 1 мм при испытаниях на ресурс отработала в 1,5 раз дольше нейтронной трубки, изготовленной без насечки.