КАСКАДНЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ БЛОКА ИЗЛУЧАТЕЛЯ НЕЙТРОНОВ
NEUTRON EMITTING UNIT CASCADE MULTIPLIER

Изобретение относится к области физического приборостроения, в частности к малогабаритным источникам нейтронного излучения, предназначенным для проведения геофизических исследований нефтяных, рудных и газовых месторождений нейтронными методами.
Известны конструкции (см., например, конструкцию серийно выпускаемого излучателя нейтронов ИНГ-06 «Сборник материалов межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе», Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им Н.Л. Духова 2004 г, с. 80), содержащий нейтронную трубку, схему питания мишени нейтронной трубки с каскадным умножителем напряжения, высоковольтным трансформатором, ограничительным высоковольтным резистором и термокомпенсатором сильфонного типа, где используется печатный монтаж для элементов умножителя напряжения.
Также известен нейтронный генератор МФНГ-601 разработки ООО НЛП Энергия («Сборник материалов межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе», Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им Н.Л. Духова, 2013 г., с. 123), содержащий нейтронную трубку, схему питания мишени нейтронной трубки с каскадным умножителем напряжения, высоковольтным трансформатором, ограничительным высоковольтным резистором и термокомпенсатором сильфонного типа.
Общим недостатком этих конструкций с использованием печатного монтажа высоковольтных элементов схемы умножения является ненадежность указанного решения, т.к. фольговые элементы печатного монтажа, имеющие толщину ~30 мкм и ориентированные в сторону корпуса прибора, создают повышенную напряженность электрического поля, способную привести к пробою диэлектриков изоляции. Дополнительные меры по усилению электропрочности (экраны, увеличение зазоров, усложнение изоляции) усложняют и удорожают конструкцию излучателя.
Прототипом является известный «Блок излучателя нейтронов» (патент РФ RU 2399977 C1, МПК G21G 4/02, опубликован 20.09.2010), содержащий нейтронную трубку, схему питания нейтронной трубки с умножителем напряжения и высоковольтным трансформатором на входе и температурный компенсатор.
Высоковольтный умножитель выполнен каскадным и каждый каскад представляет собой отдельный модуль, состоящий из двух коаксиально расположенных цилиндрических конденсаторов, последовательно соединенных с цилиндрическими конденсаторами других каскадов. Каскады умножителя напряжения и элементы источника питания соединены между собой плавающими контактами «штырь-гнездо». Однако соединение между собой каскадов умножителя и высоковольтного трансформатора с ним с помощью контактов «штырь-гнездо» имеет ряд недостатков. Ненадежность соединения «штырь-гнездо» в осевом направлении при извлечении сборки из корпуса приводит к их расстыковке. Дополнительные элементы конструкции, способствующие более прочному соединению между собой модулей умножителя и трансформатора, существенно усложняют и удорожают конструкцию блока излучателя. Кроме этого монтаж высоковольтных диодов в полости между коаксиально расположенными конденсаторами повышающей и выравнивающей колонны делает его сложным со свободно расположенными диодными цепями по огибающей диаметра конденсаторов повышающей колонны, что в свою очередь приводит к ослаблению механической прочности конструкции. Кроме этого высоковольтные диоды расположены в замкнутом объеме модулей умножителя, что в условиях отсутствия теплообмена может приводить к их перегреву.
Недостатками прототипа являются сложность монтажа каскадного умножителя и малая прочность всей конструкции блока излучателя.
Техническим результатом изобретения является упрощение монтажа каскадного умножителя и повышение прочности всей конструкции блока излучателя.
Технический результат достигается тем, что каскадный умножитель блока излучателя нейтронов, каждый каскад которого состоит из высоковольтных диодов, высоковольтного пленочного конденсатора повышающей и высоковольтного пленочного конденсатора выравнивающей колонны, дополнительно содержит две монтажные платы из нефольгированного стеклотекстолита с отверстиями, в которых зажаты металлические шарики в количестве 2М+2, где М=1, 2,…, причем на одной плате высоковольтные диоды в количестве 2М, где М=1, 2,…, соединены друг с другом последовательно паяным соединением на металлических шариках, на другой плате паяным соединением на металлических шариках последовательно соединены между собой высоковольтные пленочные конденсаторы повышающей колонны, а высоковольтные пленочные конденсаторы выравнивающей колонны, соединенные между собой на металлических шариках последовательно при помощи пайки, закреплены таким образом, чтобы в их полости оказались монтажные платы с высоковольтными пленочными конденсаторами повышающей колонны, запаянные на металлических шариках.
В конструкцию добавлены две платы из нефольгированного стеклотекстолита, в которых зажаты металлические шарики, и, в отличие от прототипа, вся нагрузка будет ложиться на добавленные платы и шарики, максимально снижая нагрузку на выводы высоковольтных диодов и высоковольтных конденсаторов, тем самым увеличивая прочность конструкции не только умножителя, но и всего блока. Пайка на надежно зажатых металлических шариках значительно облегчает монтаж высоковольтных диодов и высоковольтных конденсаторов повышающей и выравнивающей колонн, в отличие от применяемого контакта «штырь-гнездо», так как контакт «штырь-гнездо», использованный в прототипе, очень сложен.
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлена блок-схема блока излучателя нейтронов;
на фиг. 2 представлена схема монтажа высоковольтных диодов на плате умножителя;
на фиг. 3 изображена схема монтажа конденсаторов повышающей колонны (обратная сторона платы умножителя);
на фиг. 4 - общий вид умножителя напряжения и на фиг. 5 показана схема монтажа умножителя напряжения.
Принятые обозначения:
1 - Температурный компенсатор;
2 - Высоковольтный трансформатор;
3 - Блок умножителя напряжения;
4 - Ограничительный резистор;
5 - Теплоотвод;
6 - Нейтронная трубка;
7 - Высоковольтная изоляция;
8 - Металлический корпус;
9 - Трансформаторное масло;
10 - Монтажная плата;
11 - Металлические шарики;
12 - Высоковольтные пленочные конденсаторы повышающей колонны;
13 - Высоковольтные диоды;
14 - Высоковольтные пленочные конденсаторы выравнивающей колонны.
Блок излучателя состоит из нейтронной трубки 6, установленного на ней теплоотвода 5, ограничительного резистора 4, блока умножителя напряжения 3, высоковольтного трансформатора 2 и температурного компенсатора 1, размещенных в металлическом корпусе 8, заполненном трансформаторным маслом 9. Высоковольтная часть блока излучателя отделена от корпуса высоковольтной изоляцией 7.
Элементы конструкции блока умножителя напряжения 3 смонтированы на монтажной плате 10, изготовленной из двух частей на базе нефольгированного стеклотекстолита, между которыми расположены в местах, определяемых топологией монтажа, металлические шарики 11 с отверстиями для фиксации и пайки выводов высоковольтных диодов 13 и конденсаторов 12 и 14. Причем металлические шарики 11 установлены в полости, образованные при сверлении отверстий в плате 10, и зафиксированы между платами 10 неподвижно.
Высоковольтные диоды 13 монтируются на одной стороне монтажной платы 10, а высоковольтные конденсаторы 12 повышающей колонны на другой. При этом согласно электрической и монтажной схемам все диоды 13 и высоковольтные конденсаторы повышающей колонны 12 и выравнивающей колонны 14 соединятся последовательно.
Конденсаторы 14 выравнивающей колонны монтируются коаксиально конденсаторам 12 повышающей колонны, при этом они их экранируют от влияния переменной высокочастотной составляющей, протекающей в повышающей колонне, и снижают паразитные потери. Монтаж высоковольтных диодов 13 производится с использованием массивных металлических шариков 11, которые отбирают на себя часть тепла, выделяемого диодами 13, а следовательно, выполняют роль радиаторов и, учитывая активный теплообмен в открытом объеме масла всей монтажной платы 10, создаются более приемлемые условия для теплообмена.
Высоковольтный трансформатор 2 подключается на вход умножителя напряжения 3 разъемно с помощью резьбового соединения к плате умножителя напряжения 3 и образует совместно с компенсатором 1 единую жесткую конструкцию. Аналогично производится монтаж высоковольтного ограничительного резистора 4 на монтажную плату 10. Таким образом, решается задача легкой установки конструкции, размещаемой внутри корпуса прибора 8, а именно: нейтронной трубки 6, ограничительного резистора 4, блока схемы умножения 3, высоковольтного трансформатора 2 и термокомпенсатора 1 поршневого типа. При этом существенно упрощается монтаж элементов электрической схемы, повышается механическая прочность конструкции и сохраняется ее ремонтопригодность.
Блок излучателя работает следующим образом.
На первичную обмотку трансформатора 2 подается низковольтный сигнал формы меандра с постоянной частотой. Выходной же синусоидальный сигнал, усиленный в N раз, трансформатора 2 поступает на вход каскадного умножителя напряжения 3, высоковольтные конденсаторы 12 повышающей колонны и 14 выравнивающей колонны и высоковольтные диоды 13 которого смонтированы на плате 10 из нефольгированного стеклотекстолита с металлическими шариками 11, расположенными в отверстиях стеклотекстолита. Каскадный умножитель 3 выпрямляет и умножает напряжение, полученный сигнал через ограничительный резистор 4 попадает на нейтронную трубку 6. На трубке установлен теплоотвод 5.
Термокомпенсатор 1 предназначен для компенсации изменения объема жидкого диэлектрика (из-за изменения температуры окружающей среды) путем изменения положения поршня в компенсаторе.
На высоковольтную часть блока излучателя (каскадный умножитель, ограничительный резистор и нейтронная трубка) намотана пленочная высоковольтная изоляция 7.
Весь блок излучателя расположен в металлическом корпусе 8 и залит жидким диэлектриком, например трансформаторным маслом 9.