RU174217U1

RU174217U1 - Pulsed neutron generator

Info

Publication number: RU174217U1
Application number: RU2017118229U
Authority: RU
Inventors: Лариса Петровна Абакумова; Владимир Тимофеевич Бобылев; Юрий Петрович Кузнецов
Priority date: 2017-05-25
Filing date: 2017-05-25
Publication date: 2017-10-09

Abstract

Полезная модель относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначена для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов.Техническим результатом является уменьшение габаритов и массы генератора.Технический результат достигается тем, что импульсный нейтронный генератор содержит размещенные в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор, разделительный дроссель и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой с многослойной бумажно-пленочной изоляцией, выполненный на замкнутом магнитопроводе, имеющем два сердечника и два ярма из электротехнической стали, выход трансформатора соединен с чашеобразным экраном и расположенной в нем вакуумной нейтронной трубкой, продольные оси обмоток трансформатора расположены перпендикулярно продольным осям нейтронной трубки и корпуса, первичная и вторичная обмотки высоковольтного трансформатора выполнены на одном сердечнике замкнутого магнитопровода, на другом сердечнике выполнена еще одна высоковольтная обмотка, соединенная с анодом нейтронной трубки и источником зарядного напряжения и выполняющая функцию разделительного дросселя. 2 ил.The utility model relates to the field of physical instrumentation, in particular to neutron radiation sources, and is intended for use in the development of neutron and x-ray generators. The technical result is to reduce the size and mass of the generator. The technical result is achieved by the fact that the pulsed neutron generator contains placed in a sealed enclosure, filled with liquid dielectric, neutron tube, storage capacitor, isolation choke and high-voltage transformer with multiple bottom secondary winding with multilayer paper-film insulation, made on a closed magnetic circuit having two cores and two yokes of electrical steel, the transformer output is connected to a cup-shaped screen and a vacuum neutron tube located in it, the longitudinal axis of the transformer windings are perpendicular to the longitudinal axis of the neutron tube and the housing, the primary and secondary windings of the high voltage transformer are made on one core of a closed magnetic circuit, on the other core at another high-voltage winding is connected to the anode of the neutron tube and the charging voltage source and functioning as a separating choke. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначена для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов.The utility model relates to the field of physical instrumentation, in particular to neutron radiation sources, and is intended for use in the development of neutron and x-ray generators.

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 дополнительный объем.Known pulsed neutron generator containing a neutron tube, a high voltage transformer, storage capacitors, an ion source power capacitor and an isolation choke. The generator is made according to a bipolar scheme for switching on a neutron tube, in which accelerating voltage pulses of different polarity with an amplitude of 60 kV are applied to the target and the source of the neutron tube. Copyright certificate SU 708939, IPC H05G 1/00, 04/30/1994. To prevent the accelerating voltage from getting into the power supply, a separation choke is made in the form of a separate unit. An additional volume is required to accommodate the isolation choke.

Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор, разделительный 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. Генератор выполнен по схеме включения нейтронной трубки с заземленной мишенью, в которой ионный источник нейтронной трубки и конденсатор питания ионного источника находятся под полным ускоряющим напряжением от 100 до 150 кВ. Для предотвращения попадания ускоряющего напряжения в блок питания служит разделительный дроссель, выполненный в виде отдельного узла. (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). Генератор имеет большие размеры и вес. Последовательное и соосное расположение высоковольтного трансформатора, накопительного конденсатора, конденсатора питания ионного источника, разделительного дросселя и нейтронной трубки приводит к существенному увеличению размеров генератора.Known pulsed neutron generator containing placed in a sealed enclosure, filled with a liquid dielectric, a neutron tube, a capacitor, an isolation choke and a high voltage transformer with a multi-row secondary winding with multilayer paper-film insulation, protruding outside the rows made on the core of ferromagnetic material, the output which is connected to a cup-shaped screen and a neutron tube located therein. The generator is made according to the scheme of switching on a neutron tube with a grounded target, in which the ion source of the neutron tube and the power capacitor of the ion source are under a full accelerating voltage from 100 to 150 kV. To prevent the accelerating voltage from getting into the power supply, a separation choke is made in the form of a separate unit. (Serially produced ING-013BT tube block. Collection of materials of the Intersectoral scientific and technical conference “Portable neutron generators and technologies based on them.” - NL Dukhov All-Russian Research Institute of Automatics, 2004. - P. 73). The generator is large and heavy. The sequential and coaxial arrangement of the high-voltage transformer, storage capacitor, ion source power capacitor, isolation choke and neutron tube leads to a substantial increase in the size of the generator.

Известен также импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор, дроссель и высоковольтный трансформатор. Высоковольтный трансформатор выполнен на сердечнике замкнутого магнитопровода из электротехнической стали, продольные оси обмоток которого расположены перпендикулярно продольной оси нейтронной трубки и корпуса. Патент на полезную модель RU 155328, МПК G21G 4/00, 10.10.2015). Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.Also known is a pulsed neutron generator containing placed in a sealed enclosure filled with a liquid dielectric, a neutron tube, a storage capacitor, a choke and a high voltage transformer. The high-voltage transformer is made on the core of a closed magnetic circuit made of electrical steel, the longitudinal axis of the windings of which are perpendicular to the longitudinal axis of the neutron tube and the housing. Utility Model Patent RU 155328, IPC G21G 4/00, 10/10/2015). This technical solution is selected as a prototype.

Прототип имеет большие размеры и массу. Дроссель - сложное электротехническое изделие, для размещения которого требуется дополнительное места.The prototype is large and large. The throttle is a complex electrical product, which requires additional space to accommodate.

Техническим результатом является уменьшение габаритов и массы генератора.The technical result is to reduce the size and weight of the generator.

Технический результат достигается тем, что импульсный нейтронный генератор содержит размещенные в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор, разделительный дроссель и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой с многослойной бумажно-пленочной изоляцией, выполненный на замкнутом магнитопроводе, имеющем два сердечника и два ярма из электротехнической стали, выход трансформатора соединен с чашеобразным экраном и расположенной в нем вакуумной нейтронной трубкой, продольные оси обмоток трансформатора расположены перпендикулярно продольным осям нейтронной трубки и корпуса, первичная и вторичная обмотки высоковольтного трансформатора выполнены на одном сердечнике замкнутого магнитопровода, на другом сердечнике выполнена еще одна высоковольтная обмотка, соединенная с анодом нейтронной трубки и источником зарядного напряжения и выполняющая функцию разделительного дросселя.The technical result is achieved by the fact that the pulsed neutron generator contains placed in a sealed enclosure filled with a liquid dielectric, a neutron tube, a storage capacitor, a separation choke and a high voltage transformer with a multi-row secondary winding with multilayer paper-film insulation, made on a closed magnetic circuit having two cores and two yokes of electrical steel, the transformer output is connected to a bowl-shaped screen and a vacuum neutron tube located in it, the longitudinal axes of the transformer windings are perpendicular to the longitudinal axes of the neutron tube and the case, the primary and secondary windings of the high voltage transformer are made on one core of a closed magnetic circuit, another high voltage winding connected to the anode of the neutron tube and the charging voltage source and acting as a separation choke is made on the other core.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где: 1 - металлический корпус, 2 - нейтронная трубка, 3 - высоковольтный трансформатор, 4 - ярмо замкнутого магнитопровода, 5 - сердечники замкнутого магнитопровода, 6 - первичная обмотка высоковольтного трансформатора, 7 - вторичная многорядная обмотка высоковольтного трансформатора, 8 - высоковольтная обмотка трансформатора, выполняющая функции разделительного дросселя, 9 - бумажно-пленочная изоляция, 10 - конденсатор источника питания нейтронной трубки, 11 - накопительный конденсатор, 12 - чашеобразный металлический экран, 13 - крышка генератора, 14 - температурный компенсатор, 15 - герметичный высоковольтный проходной изолятор.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where: 1 - a metal case, 2 - a neutron tube, 3 - a high voltage transformer, 4 - a yoke of a closed magnetic circuit, 5 - cores of a closed magnetic circuit, 6 - a primary winding of a high voltage transformer, 7 - a secondary multi-row winding of a high voltage transformer, 8 - high-voltage winding of the transformer, performing the functions of a separation choke, 9 - paper-film insulation, 10 - capacitor of a neutron tube power source, 11 - storage capacitor, 12 - bowl-shaped the first metal screen 13 - Generator cover, 14 - the temperature compensator 15 - sealed high-voltage bushing.

На фиг. 1 представлен продольный разрез импульсного нейтронного генератора.In FIG. 1 shows a longitudinal section through a pulsed neutron generator.

На фиг. 2 представлен поперечный разрез А-А.In FIG. 2 shows a cross section AA.

Генератор выполнен по схеме включения нейтронной трубки с заземленной мишенью. Генератор размещен в герметичном металлическом корпусе 1, залитом жидким диэлектриком, внутри корпуса установлена нейтронная трубка 2, высоковольтный импульсный трансформатор 3 на замкнутом магнитопроводе. Замкнутый магнитопровод имеет два ярма 4 и два сердечника 5 выполненные из пластин электротехнической стали.The generator is made according to the scheme of switching on a neutron tube with a grounded target. The generator is placed in a sealed metal case 1, filled with a liquid dielectric, a neutron tube 2 is installed inside the case, a high-voltage pulse transformer 3 on a closed magnetic circuit. The closed magnetic circuit has two yokes 4 and two cores 5 made of plates of electrical steel.

На одном сердечнике 5 симметрично относительно его торцов расположена первичная обмотка 6, а поверх первичной - вторичная многорядная обмотка 7, намотанные проводом ПЭВ с многослойной бумажно-пленочной изоляцией 9. Начала Н2 вторичной многорядной 7 и H1 первичной 6 обмоток соединены с металлическим корпусом 1 генератора и мишенным электродом М нейтронной трубки 2. Конец К2 вторичной многорядной обмотки 7 соединен с чашеобразным металлическим экраном 12 и катодом К нейтронной трубки 2.The primary winding 6 is located symmetrically with respect to its ends on one core 5, and the secondary multi-row winding 7, wound with a PEV wire with multilayer paper-film insulation 9, is located on top of the primary core 9. The beginnings of H2 of the secondary multi-row 7 and H1 of the primary 6 windings are connected to the metal housing 1 of the generator and the target electrode M of the neutron tube 2. The end K2 of the secondary multi-row winding 7 is connected to a bowl-shaped metal screen 12 and the cathode K of the neutron tube 2.

На другом сердечнике 5 расположена еще одна высоковольтная обмотка трансформатора 8, намотанная с многослойной бумажно-пленочной изоляцией 9, выполняющая функции разделительного дросселя. Один конец Кдр. обмотки 8 соединен с анодом нейтронной трубки, другой Ндр. - с внешним источником зарядного напряжения Uист.On the other core 5 is another high-voltage winding of the transformer 8, wound with a multilayer paper-film insulation 9, acting as a separation choke. One end of the Cdr. winding 8 is connected to the anode of a neutron tube, another Ndr. - with an external source of charging voltage Uist.

Обмотки 6, 7, 8 наматываются в одном технологическом процессе проводом ПЭВ совместно с бумажно-пленочной изоляцией 9.The windings 6, 7, 8 are wound in one technological process with a PEV wire together with paper-film insulation 9.

Продольные оси обмоток высоковольтного трансформатора 3 расположены перпендикулярно осям нейтронной трубки 2 и корпуса нейтронного генератора 1. Благодаря такому расположению обмоток высоковольтного трансформатора по отношению к корпусу, отсутствует эффект «короткозамкнутого витка», обусловленный близостью корпуса.The longitudinal axis of the windings of the high-voltage transformer 3 is located perpendicular to the axes of the neutron tube 2 and the case of the neutron generator 1. Due to this arrangement of the windings of the high-voltage transformer with respect to the case, there is no "short-circuit" effect due to the proximity of the case.

Внутри корпуса 1 размещены конденсатор питания ионного источника нейтронной трубки 10, накопительный конденсатор 11.Inside the housing 1 there is a power capacitor of the ion source of the neutron tube 10, a storage capacitor 11.

Для обеспечения электрической прочности генератор залит жидким диэлектриком. На крышке генератора 13 установлен температурный компенсатор 16 и высоковольтный герметичный проходной изолятор 15. В качестве жидкого диэлектрика в генераторе использовано трансформаторное масло ТКП.To ensure electrical strength, the generator is filled with a liquid dielectric. A temperature compensator 16 and a high-voltage sealed bushing 15 are installed on the cover of the generator 13. Transformer oil TKP is used as a liquid dielectric in the generator.

Генератор работает следующим образом.The generator operates as follows.

При подаче импульса запуска на управляющий электрод коммутатора (на фиг. 1 не показан) происходит разряд накопительного конденсатора 11 на первичную обмотку 6 импульсного высоковольтного трансформатора 3. На вторичной обмотке 7 трансформатора формируется импульс напряжения положительной полярности амплитудой от 100 до 120 кВ и передается через чашеобразный металлический экран 12 на электрод К трубки 2. Для обеспечения срабатывания ионного источника нейтронной трубки формируется импульс напряжения амплитудой от 10 до 12 кВ, который прикладывается к поджигающему промежутку ионного источника нейтронной трубки К - П (катод - поджиг) и вызывает срабатывание ионного источника нейтронной трубки 2 и образование ионов дейтерия, которые ускоряются в направлении мишени. При бомбардировке мишени нейтронной трубки 2 ионами дейтерия в результате ядерной реакции T (d, n) Не4 образуются нейтроны.When a start pulse is applied to the control electrode of the switch (not shown in Fig. 1), the storage capacitor 11 is discharged to the primary winding 6 of the high-voltage pulse transformer 3. A voltage pulse of positive polarity with an amplitude of 100 to 120 kV is generated on the secondary winding 7 of the transformer and transmitted through a bowl-shaped a metal screen 12 on the electrode K of the tube 2. To ensure the operation of the ion source of the neutron tube, a voltage pulse with an amplitude of 10 to 12 kV is generated, which is applied reach the ignition gap of the ion source of the neutron tube K - P (cathode – ignition) and triggers the ion source of neutron tube 2 and the formation of deuterium ions, which accelerate in the direction of the target. When a neutron tube is bombarded with 2 deuterium ions, neutrons are formed as a result of the nuclear reaction T (d, n) He4.

Для предотвращения попадания ускоряющего напряжения в источник питания служит высоковольтная обмотка 8 высоковольтного трансформатора 3, выполняющая функции разделительного дросселя.To prevent the accelerating voltage from entering the power source, the high-voltage winding 8 of the high-voltage transformer 3 serves as an isolation choke.

Благодаря такому техническому решению по расположению обмоток 6, 7 трансформатора 3 на одном сердечнике 5 и высоковольтной обмотки 8, намотанной на втором сердечнике 5 замкнутого магнитопровода, обмотка 8 выполняет функцию разделительного дросселя.Due to this technical solution for the location of the windings 6, 7 of the transformer 3 on one core 5 and the high-voltage winding 8 wound on the second core 5 of the closed magnetic circuit, the winding 8 performs the function of a separation choke.

Таким образом, создание импульсного нейтронного генератора в соответствии с предложенным техническим решением позволило уменьшить его габариты и массу по сравнению с аналогами приблизительно на 15%.Thus, the creation of a pulsed neutron generator in accordance with the proposed technical solution made it possible to reduce its dimensions and mass by approximately 15% compared with analogues.

Claims

A pulsed neutron generator comprising a neutron tube, a storage capacitor, an inductor and a high-voltage transformer with a multi-row secondary winding with multilayer paper-film insulation, made in a closed magnetic circuit having two cores and two yokes of electrical steel, placed in a sealed enclosure filled with liquid dielectric, the transformer output is connected to a bowl-shaped screen and a vacuum neutron tube located in it, the longitudinal axes of the transformer windings are located perp perpendicular to the longitudinal axes of the neutron tube and the casing, characterized in that the primary and secondary windings of the high-voltage transformer are made on one core of a closed magnetic circuit, and another high-voltage winding connected to the anode of the neutron tube and the charging voltage source is made on the other core.