ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР
PULSE NEUTRON GENERATOR

Изобретение относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначено для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов.
Известен малогабаритный генератор нейтронов, содержащий нейтронную трубку и высоковольтный источник напряжения питания, выполненный на накопительном конденсаторе, включенном между высоковольтным источником питания и первичной обмоткой высоковольтного импульсного трансформатора (в случае биполярного питания нейтронной трубки - первичными обмотками высоковольтных импульсных трансформаторов). Геофизическая аппаратура. Недра, вып. 43, 1970 г., с. 132-146. Однако этот генератор нейтронов имеет большие габариты и малый ресурс работы.
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. Генератор имеет малый ресурс работы.
Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор, дроссель и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой с многослойной бумажно-пленочной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненной на сердечнике из ферромагнитного материала, выход которой соединен с чашеобразным экраном и расположенной в нем нейтронной трубкой. Серийно выпускаемый блок трубки ИНГ-013БТ. Сборник материалов Межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе», Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова, 2004. с. 73, выбран в качестве прототипа.
Прототип имеет ограниченный ресурс работы из-за невысокого КПД высоковольтного трансформатора, большие размеры. Последовательное и соосное расположение высоковольтного трансформатора и нейтронной трубки приводит к существенному увеличению размеров генератора.
Для обеспечения электрической прочности между рядами вторичной обмотки высоковольтного трансформатора необходимо значительное выступание бумажно-пленочной изоляции за пределы рядов обмотки (приблизительно на 25-30 мм), что приводит к увеличению длины генератора.
КПД высоковольтного трансформатора прототипа невысок, так как обмотки трансформатора намотаны на разомкнутом ферромагнитном сердечнике.
Кроме того, соосное расположение обмоток трансформатора и корпуса отрицательно влияет на КПД высоковольтного трансформатора, так как корпус образует ″короткозамкнутый виток″ по отношению к обмоткам высоковольтного трансформатора. Для уменьшения влияния корпуса на параметры высоковольтного трансформатора между ними установлен экран из ферромагнитного материала большой толщины, что ведет к увеличению габаритов.
Задачей изобретения является разработка малогабаритного, нейтронного генератора с большим ресурсом работы.
Техническим результатом изобретения являются повышение ресурса работы генератора и уменьшение габаритов.
Технический результат достигается тем, что импульсный нейтронный генератор содержит размещенные в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор, дроссель и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой с многослойной бумажно-пленочной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выход которой соединен с чашеобразным экраном и расположенной в нем нейтронной трубкой. Высоковольтный трансформатор выполнен на замкнутом сердечнике из электротехнической стали, продольные оси обмоток которого расположены перпендикулярно продольной оси нейтронной трубки и корпуса. Части слоев межрядовой изоляции вторичной обмотки, выступающей за пределы рядов, надрезаны с обеих сторон послойно равномерно по диаметру, причем надрезы в последующем слое размещены между надрезами в предыдущем слое. Надрезанная часть изоляции завернута на наружную поверхность обмотки трансформатора и закреплена.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1-4.
На фиг. 1 представлен предложенный импульсный нейтронный генератор, где: 1 - металлический корпус, 2 - нейтронная трубка, 3 - высоковольтный трансформатор, 4 - замкнутый магнитопровод, 5 -сердечник, 6 - первичная обмотка, 7 - вторичная многорядная обмотка, 8 - многослойная бумажно-пленочная изоляция, 9 - чашеобразный металлический экран, 10 - надрезы, 11 - зарядный дроссель, 12 - конденсатор источника питания нейтронной трубки, 13 - накопительный конденсатор, 14 - крышка генератора, 15 - температурный компенсатор, 16 - герметичный проходной изолятор.
На фиг. 2 представлен разрез А-А фиг. 1, где 4 - замкнутый магнитопровод, 5 - сердечник, 6 - первичная обмотка высоковольтного трансформатора, 7 - вторичная многорядная обмотка высоковольтного трансформатора, 8 - многослойная бумажно-пленочная изоляция, 9 - чашеобразный металлический экран, 10 - надрезы.
На фиг. 3 представлено расположение обмоток трансформатора на сердечнике, где 4 - замкнутый магнитопровод, 5 - сердечник, 6 - первичная обмотка высоковольтного трансформатора, 7 - вторичная многорядная обмотка высоковольтного трансформатора, 8 - многослойная бумажно-пленочная изоляция, 10 - надрезы.
На фиг. 4 представлен вид Б фиг. 3, где 4 - замкнутый магнитопровод, 5 - сердечник, 8 - многослойная бумажно-пленочная изоляция, 10 - надрезы.
К2 - выход вторичной обмотки соединен с чашеобразным металлическим экраном 9.
Генератор размещен в металлическом корпусе 1, залитом жидким диэлектриком, внутри которого установлена нейтронная трубка 2, высоковольтный импульсный трансформатор 3, содержащий замкнутый магнитопровод 4. На сердечнике 5 симметрично относительно его торцов расположена первичная обмотка 6 и поверх первичной - вторичная многорядная обмотка 7, намотанная одновременно с многослойной бумажно-пленочной изоляцией 8, выходящей за пределы рядов. Многослойная бумажно-пленочная изоляция приблизительно на 25-30 мм выступает за пределы рядов с двух сторон.
Магнитопровод 4 и сердечник 5 выполнены из электротехнической стали (например, Э310).
Часть слоев многослойной бумажно-пленочной изоляции 8, выходящая за пределы рядов, надрезана послойно равномерно по диаметру, причем надрезы 10 в последующем слое размещены между надрезами 10 в предыдущем слое и надрезанная часть изоляции завернута на наружную поверхность трансформатора и закреплена технологически, например, нитками.
После сборки нитки удаляются, а завернутая часть изоляции удерживается замкнутым магнитопроводом 4 и элементами конструкции.
Такое выполнение загибов формирует барьерную электрическую изоляцию вторичной обмотки высоковольтного трансформатора, находящегося под полным напряжением трансформатора (100-120) кВ относительно первичной низковольтной обмотки и магнитопровода, находящегося под потенциалом корпуса генератора. Выход вторичной обмотки К2 соединен с чашеобразным экраном 9, внутри которого размещена анодная часть нейтронной трубки.
Высоковольтный трансформатор 3 выполнен на сердечнике 5, продольные оси обмоток 6 и 7 которого расположены перпендикулярно продольной оси нейтронной трубки 2 и корпуса нейтронного генератора 1.
Внутри корпуса 1 размещен накопительный конденсатор 13, зарядный дроссель 11, элементы питания ионного источника конденсатор 12.
Для обеспечения электрической прочности генератор залит жидким диэлектриком. На крышке генератора 14 установлен температурный компенсатор 15 и высоковольтный герметичный проходной изолятор 16. В качестве жидкого диэлектрика в генераторе использовано трансформаторное масло ТКП.
Благодаря такому расположению обмоток высоковольтного трансформатора по отношению к корпусу эффект ″короткозамкнутого витка″ отсутствует, а КПД предложенного трансформатора в два раза выше прототипа, создается более равномерное электрическое поле, в результате удается обеспечить оптимальный рабочий режим для ускорительной трубки, повысить ресурс работы генератора при минимальных размерах и меньших энергозатратах.
Генератор работает следующим образом.
При подаче импульса запуска на управляющий электрод ионного источника нейтронной трубки 2 происходит разряд накопительного конденсатора 13 на первичную обмотку 6 импульсного высоковольтного трансформатора 3. При этом на вторичной обмотке 7 трансформатора формируется импульс напряжения положительной полярности амплитудой (100-150) кВ и передается через чашеобразный металлический экран 9 на анодный 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) Не4 образуются нейтроны.
Таким образом, создание импульсного нейтронного генератора в соответствии с предложенным техническим решением позволило уменьшить его габариты и массу приблизительно на 30%, обеспечить оптимальный рабочий режим для ускорительной трубки, повысить ресурс работы, за счет снижения потерь на эффект ″короткозамкнутого витка″, введения загибки изоляции высоковольтного трансформатора, выполнения его на замкнутом сердечнике из электротехнической стали с перпендикулярным расположением продольных осей обмоток трансформатора и корпуса генератора.