ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР НЕЙТРОНОВ

Полезная модель относится к области нейтронных источников, конкретно к устройствам для генерации импульсных нейтронных потоков.
Известны импульсные генераторы нейтронов, с магнитной изоляцией электронов между ускоряющими дейтроны электродами [1,2]. Данные генераторы состоят из вакуумной ускорительной трубки с анодом и катодом, выполненным в виде постоянного магнита с продольной намагниченностью с дейтерированной нейтронообразующей мишенью на его внутренней цилиндрической поверхности, а также из генератора импульсных напряжений на основе высоковольтного трансформатора и накопительной емкости.
Однако, недостатком данного устройства является проблема концентрации магнитного потока в области мишени вакуумной ускорительной трубки, определяемая внешним радиусом магнита.
1
2
1
2
2
1
2
1
1
Этих недостатков лишено техническое решение, описанное в работе [3], взятое за прототип. Импульсный генератор нейтронов, содержащий источник ускоряющего напряжения и вакуумную ускорительную трубку, включающую внешний пустотелый цилиндрический катод диаметром D, на внутренней поверхности которого расположена нейтронообразующая мишень, соосный катоду анод в виде цилиндра Фарадея диаметром d с глухим и выходным торцами и источник дейтронов внутри цилиндра Фарадея, содержит также источник тока и соединенный с источником тока проводник в форме кольца диаметром D, с продольным размером t, расположенный так, что его центральная плоскость совпадает с плоскостью выходного торца цилиндра Фарадея и с плоскостью торца начала катода, и перпендикулярна оси симметрии катода, при этом диаметры D, D и d удовлетворяют соотношениям 0,25d≈D, 0,80D<D<1,02D , а размер t удовлетворяет неравенству: 0,01D≤t≤0,02D.
Недостатком данного устройства является его низкий энергетический КПД, связанный с достаточно большим электронным током, протекающим через зазор между анодом и катодом, так как отсутствует эффективная изоляция тока электронов в ускоряющем промежутке вследствие того, что силовые линии кольца с током частично соединяют ускоряющий промежуток.
Технический результат предлагаемой полезной модели направлен на увеличение коэффициента полезного действия импульсного генератора нейтронов (ИГН) и количества генерируемых нейтронов за счет применения механического заземленного препятствия для эффективного подавления электронного тока в ускоряющем дейтроны промежутке и увеличения количества генерируемых нейтронов.
1
2
Технический результат достигается тем, что в импульсном генераторе нейтронов, содержащем источник ускоряющего напряжения и вакуумную ускорительную трубку, включающую пустотелые цилиндрические внешний катод с внутренним диаметром D и с нейтронообразующей мишенью на его внутренней поверхности и соосный катоду анод с внешним диаметром d, с глухим и выходным торцами и с источником дейтронов внутри его, дополнительно введены размещенный вокруг катода постоянный магнит, а внутри катода установлена соединенная с ним металлическая диафрагма с внутренним диаметром D и толщиной l, расположенная в плоскости выходного торца анода, а именно между анодом и катодом, причем размеры  удовлетворяют соотношениям:
Сущность полезной модели заключается в том, что данная совокупность элементов: анод, источник дейтронов позволяют эмитировать дейтроны, источник ускоряющего напряжения, вакуумная ускорительная трубка, позволяют сформировать ускоренный пучок дейтронов, направляемый в сторону нейтронообразующей мишени с существенным подавлением тока электронов, движущихся в сторону анода в ускоряющем промежутке вакуумной ускорительной трубки с помощью диафрагмы определенной расчетами геометрической формы. За счет ядерного взаимодействия дейтронов с поверхностью нейтронообразующей мишени происходит эмиссия нейтронов.
Конкретный вариант исполнения устройства поясняется чертежом, представленным на фиг. 1, где раскрыта схема расположения основных элементов импульсного генератора нейтронов: 1 - источник ускоряющего напряжения, 2, 5 - диэлектрический корпус вакуумной ускорительной трубки (высоковольтный изолятор), 3 - пустотелый цилиндрический внешний катод, 4 - нейтронообразующая мишень, 6 - источник дейтронов, 7 - анод, 8 - металлическая диафрагма, 9 - постоянный магнит.
ИГН работает следующим образом. Согласно схеме, представленной на фиг. 1. На поверхности источника дейтронов 6 образуется плазма, состоящая из дейтронов и электронов. В момент образования плазмы источник ускоряющего напряжения 1 формирует положительный импульс высоковольтного напряжения в диапазоне от 100 до 200 кВ на аноде 7, при этом катод 3, подключенный к источнику ускоряющего напряжения 1, находится под нулевым потенциалом. В результате подачи импульса высоковольтного напряжения на анод 7, между анодом 7 и катодом 3 возникает ускоряющее электрическое поле, вдоль которого по направлению к катоду движутся дейтроны с током ~1 кА в течение импульса, длительностью ~0,5 мкс. При столкновении дейтронов с поверхностью нейтронообразующей мишени, содержащей тяжелые изотопы водорода, происходит ядерная реакция деления, в результате которой генерируются нейтроны. Электроны, которые также являются продуктом реакции, начинают двигаться в сторону анода 7, частично подавляются магнитным полем постоянного магнита, а также экранируются диафрагмой 8, соединенной с катодом и находящейся под потенциалом земли. Таким образом, увеличивается КПД ИГН
10
12
При вышеуказанных размерах вакуумной ускорительной трубки и параметрах источника ускоряющего напряжения ожидаемый нейтронный выход за импульс на реакции D+Т составит 5⋅10 и поток нейтронов более 10 в секунду.
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет расширить функциональные возможности ИГН за счет увеличения коэффициента полезного действия и количества генерируемых нейтронов при увеличении частоты следования импульсов ИГН, что делает возможным использовать предлагаемый ИГН в различных установках нейтронного облучения, в частности предназначенных для обнаружения и досмотра опасных предметов и делящихся элементов.
Источники информации:
1. А.Н. Диденко, А.Е. Шиканов, К.И. Козловский, В.Л. Шатохин, Д.Д. Пономарев // ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2014, том 40, №10, с. 1-10.
2. Патент РФ №149963, МПК Н05Н 3/06. Ионный триод для генерации нейтронов / Вовченко Евгений Дмитриевич, Дулатов Али Каюмович, Исаев Антон Алексеевич, Козловский Константин Иванович, Лемешко Борис Дмитриевич, Прокуратов Илья Александрович, Шиканов Александр Евгеньевич; НИЯУ МИФИ, заявлено 14.07.2014; Опубл. 27.01.2015, Бюл. №3.
3. Патент РФ №179236, МПК Н05Н 3/06. Импульсный генератор нейтронов К.И. Козловский, Е.Д. Вовченко, М.И. Лисовский, А.А. Плеханов, В.И. Ращиков. НИЯУ МИФИ, заявлено 27.12.2017 г., опубликовано 07.05.2018 г., Бюлл. №13.