ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначена для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов.
Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий нейтронную трубку, высоковольтный трансформатор, накопительные конденсаторы, конденсатор питания ионного источника и разделительный дроссель. Генератор выполнен по биполярной схеме включения нейтронной трубки, в которой на мишень и источник нейтронной трубки подаются импульсы ускоряющего напряжения разной полярности амплитудой 60 кВ. Авторское свидетельство SU 708939, МПК H05G 1/00, 30.04.1994. Для предотвращения попадания ускоряющего напряжения в блок питания служит разделительный дроссель, выполненный в виде отдельного узла. Для размещения разделительного дросселя требуется место.
Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий вакуумную нейтронную трубку и электрическую схему питания вакуумной нейтронной трубки, состоящую из двух высоковольтных трансформаторов, накопительного конденсатора, схемы формирования ускоряющего импульса, конденсатора источника питания нейтронной трубки и зарядного дросселя, размещенных в герметичном корпусе, в котором все элементы электрической схемы питания вакуумной нейтронной трубки выполнены в виде тел вращения с центральными отверстиями, соединены между собой механически и электрически с помощью резьбовых электрических контактов с центральными отверстиями, а с вакуумной нейтронной трубкой - через чашеобразные резьбовые втулки с центральным и боковыми отверстиями, установленные на мишени и аноде вакуумной нейтронной трубки, вакуумная нейтронная трубка и электрическая схема питания помещены в полый тонкостенный цилиндр с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра герметичного корпуса. Между наружной стенкой тонкостенного цилиндра и внутренней стенкой герметичного корпуса образована наружная полость, заполненная жидким диэлектриком, сообщающаяся с внутренней полостью, образованной центральными отверстиями в охлаждаемых элементах электрической схемы питания вакуумной нейтронной трубки. Патент на изобретение RU 2368024, МПК G21G 4/02, 20.09.2009.
Генератор имеет ограниченный ресурс работы из-за невысокого КПД высоковольтного трансформатора, большие размеры (длину) за счет разделительного дросселя. Последовательное расположение высоковольтных трансформаторов и нейтронной трубки также приводит к существенному увеличению размеров генератора.
Известен также импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные в герметичном металлическом корпусе, залитом диэлектриком, накопительный конденсатор, зарядный дроссель, вакуумную нейтронную трубку, конденсатор источника питания вакуумной нейтронной трубки, электрическую схему ее питания, состоящую из двух высоковольтных трансформаторов с многорядными вторичными обмотками и многослойной бумажно-пленочной изоляцией, выполненных на замкнутых сердечниках из электротехнической стали, выход которых соединен с чашеобразными экранами и расположенной в них вакуумной нейтронной трубкой, а также установленные на крышке генератора температурный компенсатор и высоковольтный герметичный проходной изолятор. Патент на полезную модель RU 155328, МПК G21G 4/00, 10.10.2015. Данное решение принято в качестве прототипа.
Указанный генератор имеет большие размеры, вес. Дроссель - электротехническое изделие с большими размерами, для размещения которого требуется место.
Задачей полезной модели является разработка малогабаритного нейтронного генератора.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение габаритных размеров и веса генератора.
Технический результат достигается тем, что импульсный нейтронный генератор содержит размещенные в герметичном металлическом корпусе, залитом диэлектриком, накопительный конденсатор, зарядный дроссель, вакуумную нейтронную трубку, конденсатор источника питания вакуумной нейтронной трубки, электрическую схему ее питания, состоящую из двух высоковольтных трансформаторов с многорядными вторичными обмотками и многослойной бумажно-пленочной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выходы которых соединены с чашеобразными экранами и расположенной в них вакуумной нейтронной трубкой. На крышке генератора установлены температурный компенсатор и высоковольтные герметичные проходные изоляторы. Высоковольтные трансформаторы выполнены на замкнутых сердечниках из электротехнической стали, продольные оси обмоток которых расположены перпендикулярно продольной оси нейтронной трубки и корпуса, параллельно вторичной обмотке высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения введена дополнительная обмотка, включенная между анодом нейтронной трубки и источником зарядного напряжения, выполняющая функции разделительного дросселя.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен предложенный импульсный нейтронный генератор, где 1 - металлический корпус, 2 - вакуумная нейтронная трубка, 3 - высоковольтный трансформатор отрицательной полярности импульсов напряжения, 4 - высоковольтный трансформатор положительной полярности импульсов напряжения, 5 - замкнутые магнитопроводы, 6 - сердечники, 7 - первичные обмотки, 8 - вторичные многорядные обмотки, 9 - многослойная бумажно-пленочная изоляция, 10 - чашеобразные металлические экраны, 11 - дополнительная обмотка, 12 - конденсатор источника питания нейтронной трубки, 13 - накопительные конденсаторы, 14 - крышка генератора, 15 - температурный компенсатор, 16 - высоковольтные герметичные проходные изоляторы.
На фиг. 2 представлен разрез А-А, где 5 - замкнутый магнитопровод, 6 - сердечник, 7 - первичная обмотка высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения, 8 - вторичная многорядная обмотка высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения, 9 - многослойная бумажно-пленочная изоляция, 11 - дополнительная обмотка.
На фиг. 3 представлена электрическая схема генератора, где 2 - вакуумная нейтронная трубка, 3 - высоковольтный трансформатор отрицательной полярности импульсов, 4 - высоковольтный трансформатор положительной полярности импульсов, 11 - дополнительная обмотка, 12 - конденсатор источника питания нейтронной трубки, 13 - накопительные конденсаторы; К2 - концы вторичных обмоток высоковольтных трансформаторов 3, 4; Н доп. обм., К доп. обм. - начало и конец дополнительной обмотки высоковольтного трансформатора положительной полярности напряжения импульсов; Uист., Uзар - высоковольтные проходные изоляторы.
Генератор выполнен в металлическом корпусе 1, залитом жидким диэлектриком, внутри которого размещена нейтронная трубка 2, высоковольтные импульсные трансформаторы отрицательной и положительной полярности импульсов напряжения 3 и 4, содержащие замкнутые магнитопроводы 5. На сердечниках 6 симметрично относительно их торцов расположены первичные обмотки 7 и поверх первичных -вторичные многорядные обмотки 8 намотанные одновременно с многослойной бумажно-пленочной изоляцией 9, выходящей за пределы рядов. Магнитопроводы 5 и сердечники 6 выполнены из электротехнической стали, например, Э310.
Выводы вторичных обмоток К2 соединены с чашеобразными экранами 10, внутри которых размещена мишенная М и анодная А часть нейтронной трубки 2. Вывод Н доп. обм. дополнительной обмотки 11 соединен через высоковольтный герметичный проходной изолятор 16 с источником зарядного напряжения Uист. Вывод К доп. обм. дополнительной обмотки 11 соединен с анодом А нейтронной трубки 2.
Высоковольтные трансформаторы 3, 4 выполнены на замкнутых магнитопроводах, продольные оси обмоток 7 и 8 которых расположены перпендикулярно продольной оси нейтронной трубки 2 и корпуса нейтронного генератора 1. Одновременно с намоткой вторичной обмотки 8 высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения в одном технологическом процессе совместно с бумажно-пленочной изоляцией 9 наматывается проводом ПЭВ-2 дополнительная обмотка 11.
Внутри корпуса 1 размещен конденсатор источника питания нейтронной трубки 12, накопительные конденсаторы 13.
Для обеспечения электрической прочности генератор залит жидким диэлектриком. На крышке генератора 14 установлен температурный компенсатор 15 и высоковольтные герметичные проходные изоляторы 16 (Uист. и Uзар.), через которые осуществляется питание и управление генератором.
В качестве жидкого диэлектрика в генераторе использовано трансформаторное масло ТКп.
Благодаря такому выполнению вторичной обмотки 8 высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения и дополнительной обмотки 11, дополнительная обмотка выполняет функцию разделительного дросселя.
Такое решение освобождает от необходимости выполнения разделительного дросселя, как самостоятельного конструктивного элемента в отдельном технологическом процессе. Это позволяет уменьшить габаритные размеры и вес генератора.
Генератор работает следующим образом.
При срабатывании коммутирующего элемента (на фиг. 1 не показан) накопительные конденсаторы 13, заряженные до напряжения 4,5 кВ, разряжаются через первичные обмотки трансформаторов 3 и 4. На вторичных обмотках формируются импульсы напряжения 50-60 кВ длительностью 4 мкс отрицательной и положительной полярности и подаются на анод и катод импульсной нейтронной трубки 2. Одновременно формируется импульс напряжения поджига ионного источника, в результате которого происходит разряд конденсатора источника 12 через анод и катод нейтронной трубки 2. Образовавшиеся ионы дейтерия бомбардируют мишенный электрод вакуумной нейтронной трубки 2. На мишени в результате реакции  образуются нейтроны с энергией 14 МэВ.
Одновременно дополнительная обмотка 11 высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения препятствует попаданию высоковольтного импульса напряжения 60 кВ на источник зарядного напряжения Uист. (на фиг. 1 не показан).
Таким образом, создание импульсного нейтронного генератора в соответствии с предложенным техническим решением позволило уменьшить его габариты и массу приблизительно на 20% за счет выполнения дополнительной обмоткой высоковольтного трансформатора положительной полярности импульсов напряжения функций разделительного дросселя.