RU230112U1 - Pulsed Neutron Generator - Google Patents
Pulsed Neutron Generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU230112U1 RU230112U1 RU2024126749U RU2024126749U RU230112U1 RU 230112 U1 RU230112 U1 RU 230112U1 RU 2024126749 U RU2024126749 U RU 2024126749U RU 2024126749 U RU2024126749 U RU 2024126749U RU 230112 U1 RU230112 U1 RU 230112U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- diode
- switch
- anode
- neutron tube
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 74
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 43
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 39
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 6
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 abstract description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 14
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 deuterium ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к импульсному нейтронному генератору и может быть использована для ядерно-физических исследований. Устройство содержит мишень нейтронной трубки, электрически контактирующую с чашеобразным экраном, а также соединённый с входом первичной обмотки высоковольтного трансформатора накопительный конденсатор, к выводу которого подключён анод коммутатора. Катод коммутатора соединён с выходом первичной обмотки высоковольтного трансформатора, поджигающий электрод коммутатора соединён с помощью высоковольтного провода с внутренним выводом высоковольтного проходного изолятора. Причём параллельно коммутатору подключена защитная резистивно-диодная цепь, состоящая из последовательно соединённого резистора защитной резистивно-диодной цепи и диода защитной резистивно-диодной цепи. Катод диода защитной резистивно-диодной цепи соединён с анодом коммутатора, параллельно защитной резистивно-диодной цепи подключён сглаживающий конденсатор, параллельно которому подключён диодный выпрямительный мост из высоковольтных диодов. Техническим результатом является повышение ресурса работы высоковольтных диодов выпрямительного диодного моста, находящегося в высоковольтном источнике питания импульсного нейтронного генератора, за счёт снижения тепловой нагрузки. 2 ил. The utility model relates to a pulsed neutron generator and can be used for nuclear physics research. The device contains a neutron tube target electrically contacting a cup-shaped screen, as well as a storage capacitor connected to the input of the primary winding of a high-voltage transformer, to the terminal of which the anode of the switch is connected. The cathode of the switch is connected to the output of the primary winding of the high-voltage transformer, the ignition electrode of the switch is connected by means of a high-voltage wire to the internal terminal of the high-voltage feedthrough insulator. In this case, a protective resistive-diode circuit is connected in parallel to the switch, consisting of a series-connected resistor of the protective resistive-diode circuit and a diode of the protective resistive-diode circuit. The cathode of the diode of the protective resistive-diode circuit is connected to the anode of the switch, a smoothing capacitor is connected in parallel to the protective resistive-diode circuit, in parallel to which a diode rectifier bridge of high-voltage diodes is connected. The technical result is an increase in the service life of high-voltage diodes of the rectifier diode bridge, located in the high-voltage power source of the pulse neutron generator, due to a decrease in the thermal load. 2 fig.
Description
Полезная модель относится к устройствам для генерации нейтронов, в частности к генераторам импульсов нейтронного излучения, и может быть использована для проведения ядерно-физических исследований, изучения радиационной стойкости, например, электронной аппаратуры, калибровки детекторов ионизирующих излучений.The utility model relates to devices for generating neutrons, in particular to neutron radiation pulse generators, and can be used to conduct nuclear physics research, study radiation resistance, for example, of electronic equipment, and calibrate ionizing radiation detectors.
Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий размещённые коаксиально в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой и межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненной на каркасе в виде полого цилиндра из феррита с металлическим дном, соединённым с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки, параллельно вторичной обмотке высоковольтного трансформатора соединена дополнительная обмотка, намотанная проводом с высоким удельным сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью, соединённая одним концом с металлическим дном, а другим с началом вторичной обмотки (Патент РФ №148720, МПК H05H 5/00, 10.12.2014).A pulsed neutron generator is known, comprising a neutron tube, a storage capacitor and a high-voltage transformer with a multi-row secondary winding and inter-row insulation protruding beyond the rows, placed coaxially in a sealed housing filled with a liquid dielectric, made on a frame in the form of a hollow cylinder made of ferrite with a metal bottom connected to the end of the secondary winding of the transformer and to the target part of the neutron tube, an additional winding is connected in parallel to the secondary winding of the high-voltage transformer, wound with a wire with high specific resistance and high magnetic permeability, connected at one end to the metal bottom, and at the other to the beginning of the secondary winding (Patent of the Russian Federation No. 148720, IPC H05H 5/00, 12/10/2014).
Недостатком является то, что дополнительная обмотка, введённая параллельно вторичной обмотке высоковольтного трансформатора, является отдельным узлом импульсного нейтронного генератора, увеличивающим его габариты и вес.The disadvantage is that the additional winding, introduced parallel to the secondary winding of the high-voltage transformer, is a separate unit of the pulsed neutron generator, increasing its dimensions and weight.
Известен также импульсный нейтронный генератор, содержащий размещённые коаксиально в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой и межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненной на каркасе и параллельно с вторичной обмоткой трансформатора дополнительную обмотку, намотанную проводом с высоким удельным сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью, нейтронная трубка снабжена дополнительным управляемым трёхэлектродным источником ионов, мишенный электрод размещён посередине корпуса нейтронной трубки и имеет две симметричные мишени, насыщенные одним или разными изотопами водорода, вторичная обмотка трансформатора и дополнительная обмотка выполнены в виде двух симметричных усечённых конусов, имеющих общее малое основание, при этом крайние витки обмоток, расположенных на малом основании, подключены к мишенному электроду, а крайние витки, расположенные на больших основаниях, подключены к корпусу нейтронного генератора (Патент РФ №2614240, МПК H05H 3/06, 10.10.2015).Also known is a pulsed neutron generator comprising a neutron tube, a storage capacitor and a high-voltage transformer with a multi-row secondary winding and inter-row insulation protruding beyond the rows, arranged coaxially in a sealed housing filled with a liquid dielectric, made on a frame and in parallel with the secondary winding of the transformer an additional winding wound with a wire with high specific resistance and high magnetic permeability, the neutron tube is equipped with an additional controlled three-electrode ion source, the target electrode is placed in the middle of the neutron tube housing and has two symmetrical targets saturated with one or different hydrogen isotopes, the secondary winding of the transformer and the additional winding are made in the form of two symmetrical truncated cones having a common small base, wherein the outermost turns of the windings located on the small base are connected to the target electrode, and the outermost turns located on the large bases, connected to the body of the neutron generator (Patent of the Russian Federation No. 2614240, IPC H05H 3/06, 10.10.2015).
Недостатком является то, что размещение мишени посередине корпуса нейтронной трубки и бомбардировка её двумя встречными ионными пучками ведёт к повышению тепловой нагрузки на мишень и снижению ресурса нейтронного генератора.The disadvantage is that placing the target in the middle of the neutron tube body and bombarding it with two counter ion beams leads to an increase in the thermal load on the target and a decrease in the service life of the neutron generator.
В качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих конструктивных признаков принят импульсный нейтронный генератор, содержащий размещённые в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор, дроссель и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой с многослойной бумажно-плёночной изоляцией, выполненный на замкнутом магнитопроводе, имеющем два сердечника и два ярма из электротехнической стали, выход вторичной обмотки соединён с чашеобразным экраном и расположенной в нем 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, а на втором сердечнике ещё одна высоковольтная обмотка, намотанная проводом с высоким удельным сопротивлением соединённая с чашеобразным экраном и началом вторичной обмотки и корпусом (Патент РФ №174178, МПК G21G 4/00, 05.10.2017).A pulsed neutron generator is adopted as a prototype based on the greatest number of matching design features, comprising a neutron tube, a storage capacitor, a choke and a high-voltage transformer with a multi-row secondary winding with multilayer paper-film insulation, placed in a sealed housing filled with a liquid dielectric, made on a closed magnetic circuit having two cores and two yokes made of electrical steel, the output of the secondary winding is connected to a cup-shaped screen and a neutron tube located in it, the longitudinal axes of the transformer windings are located perpendicular to the longitudinal axes of the neutron tube and the housing, the primary and secondary windings of the high-voltage transformer are made on one core of the closed magnetic circuit, and on the second core there is another high-voltage winding, wound with a wire with high specific resistance connected to the cup-shaped screen and the beginning of the secondary winding and the housing (Patent RF No. 174178, IPC G21G 4/00, 10/05/2017).
Недостатком прототипа является малый ресурс работы высоковольтных диодов выпрямительного диодного моста, находящегося в высоковольтном источнике питания импульсного нейтронного генератора.The disadvantage of the prototype is the short service life of the high-voltage diodes of the rectifier diode bridge, located in the high-voltage power source of the pulsed neutron generator.
Это происходит из-за того, что при работе импульсного нейтронного генератора происходит переход нереализованной для производства нейтронов части электрической энергии в тепловую, оказывающую деструктивное воздействие на высоковольтные диоды выпрямительного диодного моста, находящегося в высоковольтном источнике питания импульсного нейтронного генератора.This occurs because, during operation of the pulsed neutron generator, the portion of electrical energy that is not used to produce neutrons is converted into thermal energy, which has a destructive effect on the high-voltage diodes of the rectifier diode bridge located in the high-voltage power source of the pulsed neutron generator.
Техническим результатом является повышение ресурса работы высоковольтных диодов выпрямительного диодного моста, находящегося в высоковольтном источнике питания импульсного нейтронного генератора.The technical result is an increase in the service life of high-voltage diodes of a rectifier diode bridge located in a high-voltage power source of a pulsed neutron generator.
Технический результат достигается тем, что импульсный нейтронный генератор, содержащий размещённые в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку, накопительный конденсатор, высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой с многослойной бумажно-плёночной изоляцией, выполненный на замкнутом магнитопроводе, имеющем два сердечника и два ярма из электротехнической стали, выход вторичной обмотки соединён с чашеобразным экраном и расположенной в нем вакуумной нейтронной трубкой, продольные оси обмоток высоковольтного трансформатора расположены перпендикулярно продольным осям нейтронной трубки и герметичного корпуса, первичная и вторичная обмотки высоковольтного трансформатора выполнены на одном сердечнике замкнутого магнитопровода, накопительный конденсатор соединён с входом первичной обмотки высоковольтного трансформатора, мишень нейтронной трубки электрически контактирует с чашеобразным экраном, к выводу накопительного конденсатора подключён анод коммутатора, катод коммутатора соединён с выходом первичной обмотки высоковольтного трансформатора, поджигающий электрод коммутатора соединён с помощью высоковольтного провода с внутренним выводом высоковольтного проходного изолятора включения коммутатора, параллельно коммутатору подключена защитная резистивно-диодная цепь, состоящая из последовательно соединённого резистора защитной резистивно-диодной цепи и диода защитной резистивно-диодной цепи, причём катод диода защитной резистивно-диодной цепи соединён с анодом коммутатора, параллельно защитной резистивно-диодной цепи подключён сглаживающий конденсатор, параллельно сглаживающему конденсатору подключён диодный выпрямительный мост, состоящий из четырёх одинаковых высоковольтных диодов, причём катод первого высоковольтного диода и анод второго высоковольтного диода подключены к входу вторичной обмотки тороидального трансформатора, анод третьего высоковольтного диода и катод четвёртого высоковольтного диода подключены к выходу вторичной обмотки тороидального трансформатора, катод второго высоковольтного диода и катод третьего высоковольтного диода подключены к выводу сглаживающего конденсатора, вход первичной обмотки тороидального трансформатора подключён к внутреннему выводу проходного изолятора начала обмотки, выход первичной обмотки тороидального трансформатора подключён к внутреннему выводу проходного изолятора конца обмотки, конденсатор питания ионного источника нейтронной трубки соединён между анодом нейтронной трубки и катодом нейтронной трубки, зарядный резистор подключён между анодом нейтронной трубки и анодом коммутатора, поджигающий электрод нейтронной трубки соединён с помощью высоковольтного провода с внутренним выводом высоковольтного проходного изолятора включения ионного источника, выходы первичной и вторичной обмоток высоковольтного трансформатора, катод нейтронной трубки, катод коммутатора, вывод резистора защитной резистивно-диодной цепи, анод первого высоковольтного диода, анод четвёртого высоковольтного диода, а также вывод сглаживающего конденсатора соединены с внутренним выводом проходного изолятора общей шины; при этом диодный выпрямительный мост, сглаживающий конденсатор, тороидальный трансформатор, защитная резистивно-диодная цепь, накопительный конденсатор, коммутатор, высоковольтный трансформатор, зарядный резистор, нейтронная трубка, конденсатор питания ионного источника нейтронной трубки закреплены внутри герметичного корпуса; при этом на герметичном корпусе закреплены: высоковольтный проходной изолятор включения ионного источника, высоковольтный проходной изолятор включения коммутатора, проходной изолятор начала обмотки, проходной изолятор конца обмотки, проходной изолятор общей шины.The technical result is achieved in that the pulse neutron generator, comprising a neutron tube, a storage capacitor, a high-voltage transformer with a multi-row secondary winding with multilayer paper-film insulation, located in a sealed housing filled with a liquid dielectric, made on a closed magnetic circuit having two cores and two yokes made of electrical steel, the output of the secondary winding is connected to a cup-shaped screen and a vacuum neutron tube located in it, the longitudinal axes of the windings of the high-voltage transformer are located perpendicular to the longitudinal axes of the neutron tube and the sealed housing, the primary and secondary windings of the high-voltage transformer are made on one core of the closed magnetic circuit, the storage capacitor is connected to the input of the primary winding of the high-voltage transformer, the target of the neutron tube is in electrical contact with the cup-shaped screen, the anode of the commutator is connected to the terminal of the storage capacitor, the cathode of the switch is connected to the output of the primary winding of the high-voltage transformer, the ignition electrode of the switch is connected by means of a high-voltage wire to the internal terminal of the high-voltage feedthrough insulator of the switch, a protective resistive-diode circuit is connected in parallel to the switch, consisting of a series-connected resistor of the protective resistive-diode circuit and a diode of the protective resistive-diode circuit, wherein the cathode of the diode of the protective resistive-diode circuit is connected to the anode of the switch, a smoothing capacitor is connected in parallel to the protective resistive-diode circuit, a diode rectifier bridge consisting of four identical high-voltage diodes is connected in parallel to the smoothing capacitor, wherein the cathode of the first high-voltage diode and the anode of the second high-voltage diode are connected to the input of the secondary winding of the toroidal transformer, the anode of the third high-voltage diode and the cathode of the fourth high-voltage diodes are connected to the output of the secondary winding of the toroidal transformer, the cathode of the second high-voltage diode and the cathode of the third high-voltage diode are connected to the terminal of the smoothing capacitor, the input of the primary winding of the toroidal transformer is connected to the internal terminal of the feedthrough insulator of the beginning of the winding, the output of the primary winding of the toroidal transformer is connected to the internal terminal of the feedthrough insulator of the end of the winding, the power supply capacitor of the ion source of the neutron tube is connected between the anode of the neutron tube and the cathode of the neutron tube, the charging resistor is connected between the anode of the neutron tube and the anode of the switch, the ignition electrode of the neutron tube is connected by means of a high-voltage wire to the internal terminal of the high-voltage feedthrough insulator of the ion source, the outputs of the primary and secondary windings of the high-voltage transformer, the cathode of the neutron tube, the cathode of the switch, the terminal of the resistor of the protective resistive-diode circuit, the anode of the first high-voltage diode, the anode the fourth high-voltage diode, as well as the terminal of the smoothing capacitor are connected to the internal terminal of the feedthrough insulator of the common bus; wherein the diode rectifier bridge, the smoothing capacitor, the toroidal transformer, the protective resistive-diode circuit, the storage capacitor, the switch, the high-voltage transformer, the charging resistor, the neutron tube, the power supply capacitor of the ion source of the neutron tube are fixed inside the sealed housing; wherein the following are fixed on the sealed housing: the high-voltage feedthrough insulator of the ion source, the high-voltage feedthrough insulator of the switch, the feedthrough insulator of the beginning of the winding, the feedthrough insulator of the end of the winding, the feedthrough insulator of the common bus.
Схема импульсного нейтронного генератора приведена на фиг. 1.The diagram of the pulsed neutron generator is shown in Fig. 1.
На фиг. 2 показана смоделированная в Micro-Cap зависимость среднего тока на высоковольтных диодах от времени, где: А - Средний ток на высоковольтных диодах 8.1-8.4 без защитной резистивно-диодной цепи 12, коммутатор 16 выключилсяFig. 2 shows the dependence of the average current on high-voltage diodes on time, simulated in Micro-Cap, where: A - Average current on high-voltage diodes 8.1-8.4 without protective resistor-diode circuit 12, switch 16 turned off
B - Средний ток на высоковольтных диодах 8.1-8.4 с защитной резистивно-диодной цепью 12, коммутатор 16 выключилсяB - Average current on high-voltage diodes 8.1-8.4 with protective resistor-diode circuit 12, switch 16 turned off
С - Средний ток на высоковольтных диодах 8.1-8.4 с защитной резистивно-диодной цепью 12, коммутатор 16 не выключилсяWITH - Average current on high-voltage diodes 8.1-8.4 with protective resistive-diode circuit 12, switch 16 did not turn off
Принятые обозначения:Accepted designations:
1 - высоковольтный проходной изолятор включения ионного источника, 2 - высоковольтный проходной изолятор включения коммутатора 16, 3 - проходной изолятор начала обмотки, 4 - проходной изолятор конца обмотки, 5 - проходной изолятор общей шины, 6 - тороидальный трансформатор, 7 - диодный выпрямительный мост, 8.1-8.4 - высоковольтный диод, 9 - сглаживающий конденсатор, 10 - диод защитной резистивно-диодной цепи, 11 - резистор защитной резистивно-диодной цепи, 12 - защитная резистивно-диодная цепь, 13 - анод коммутатора 16, 14 - поджигающий электрод коммутатора 16, 15 - накопительный конденсатор, 16 - коммутатор, 17 - катод коммутатора 16, 18 - высоковольтный трансформатор, 19 - зарядный резистор, 20 - мишень нейтронной трубки 21, 21 - нейтронная трубка, 22 - анод нейтронной трубки, 23 - поджигающий электрод нейтронной трубки 21, 24 - катод нейтронной трубки 21, 25 - герметичный корпус, 26 - конденсатор питания ионного источника нейтронной трубки 21.1 - high-voltage feed-through insulator of ion source switching, 2 - high-voltage feed-through insulator of switch 16, 3 - feed-through insulator of winding start, 4 - feed-through insulator of winding end, 5 - feed-through insulator of common bus, 6 - toroidal transformer, 7 - diode rectifier bridge, 8.1-8.4 - high-voltage diode, 9 - smoothing capacitor, 10 - diode of protective resistive-diode circuit, 11 - resistor of protective resistive-diode circuit, 12 - protective resistive-diode circuit, 13 - anode of switch 16, 14 - igniting electrode of switch 16, 15 - storage capacitor, 16 - switch, 17 - cathode of switch 16, 18 - high-voltage transformer, 19 - charging resistor, 20 - target neutron tube 21, 21 - neutron tube, 22 - neutron tube anode, 23 - igniting electrode of neutron tube 21, 24 - cathode of neutron tube 21, 25 - sealed housing, 26 - power supply capacitor of ion source of neutron tube 21.
Импульсный нейтронный генератор (фиг. 1), содержащий размещённые в герметичном корпусе 25, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку 21, накопительный конденсатор 15, высоковольтный трансформатор 18 с многорядной вторичной обмоткой с многослойной бумажно-плёночной изоляцией, выполненный на замкнутом магнитопроводе, имеющем два сердечника и два ярма из электротехнической стали, выход вторичной обмотки соединён с чашеобразным экраном и расположенной в нем вакуумной нейтронной трубкой 21, продольные оси обмоток высоковольтного трансформатора 18 расположены перпендикулярно продольным осям нейтронной трубки 21 и герметичного корпуса 25, первичная и вторичная обмотки высоковольтного трансформатора 18 выполнены на одном сердечнике замкнутого магнитопровода, накопительный конденсатор 15 соединён с входом первичной обмотки высоковольтного трансформатора 18, мишень 20 нейтронной трубки 21 электрически контактирует с чашеобразным экраном (на фиг.1 не показан), к выводу накопительного конденсатора 15 подключён анод 13 коммутатора 16, катод 17 коммутатора 16 соединён с выходом первичной обмотки высоковольтного трансформатора 18, поджигающий электрод 14 коммутатора 16 соединён с помощью высоковольтного провода с внутренним выводом высоковольтного проходного изолятора 2 включения коммутатора 16, параллельно коммутатору 16 подключена защитная резистивно-диодная цепь 12, состоящая из последовательно соединённого резистора 11 защитной резистивно-диодной цепи 12 и диода 10 защитной резистивно-диодной цепи 12, причём катод диода 10 защитной резистивно-диодной цепи 12 соединён с анодом 13 коммутатора 16, параллельно защитной резистивно-диодной цепи 12 подключён сглаживающий конденсатор 9, параллельно сглаживающему конденсатору 9 подключён диодный выпрямительный мост 7, состоящий из четырёх высоковольтных диодов 8.1-8.4, причём катод первого высоковольтного диода 8.1 и анод второго высоковольтного диода 8.2 подключены к входу вторичной обмотки тороидального трансформатора 6, анод третьего высоковольтного диода 8.3 и катод четвёртого высоковольтного диода 8.4 подключены к выходу вторичной обмотки тороидального трансформатора 6, катод второго высоковольтного диода 8.2 и катод третьего высоковольтного диода 8.3 подключены к выводу сглаживающего конденсатора 9, вход первичной обмотки тороидального трансформатора 6 подключён к внутреннему выводу проходного изолятора 3 начала обмотки, выход первичной обмотки тороидального трансформатора 6 подключён к внутреннему выводу проходного изолятора 4 конца обмотки, конденсатор 26 питания ионного источника нейтронной трубки 21 соединён между анодом 22 нейтронной трубки 21 и катодом 24 нейтронной трубки 21, зарядный резистор 19 подключён между анодом 22 нейтронной трубки 21 и анодом 13 коммутатора 16, поджигающий электрод 23 нейтронной трубки 21 соединён с помощью высоковольтного провода с внутренним выводом высоковольтного проходного изолятора 1 включения ионного источника, выходы первичной и вторичной обмоток высоковольтного трансформатора 18, катод 24 нейтронной трубки 21, катод 17 коммутатора 16, вывод резистора 11 защитной резистивно-диодной цепи 12, анод первого высоковольтного диода 8.1, анод четвёртого высоковольтного диода 8.4, а также вывод сглаживающего конденсатора 9 соединены с внутренним выводом проходного изолятора 5 общей шины; все вышеупомянутые соединения элементов являются электрическими.A pulse neutron generator (Fig. 1) comprising a neutron tube 21, a storage capacitor 15, a high-voltage transformer 18 with a multi-row secondary winding with multilayer paper-film insulation, arranged in a sealed housing 25 filled with a liquid dielectric, made on a closed magnetic circuit having two cores and two yokes made of electrical steel, the output of the secondary winding is connected to a cup-shaped screen and a vacuum neutron tube 21 located in it, the longitudinal axes of the windings of the high-voltage transformer 18 are located perpendicular to the longitudinal axes of the neutron tube 21 and the sealed housing 25, the primary and secondary windings of the high-voltage transformer 18 are made on one core of the closed magnetic circuit, the storage capacitor 15 is connected to the input of the primary winding of the high-voltage transformer 18, target 20 of neutron tube 21 is in electrical contact with a cup-shaped screen (not shown in Fig. 1), anode 13 of switch 16 is connected to the terminal of storage capacitor 15, cathode 17 of switch 16 is connected to the output of the primary winding of high-voltage transformer 18, ignition electrode 14 of switch 16 is connected by means of a high-voltage wire to the internal terminal of high-voltage feed-through insulator 2 of switch 16, protective resistive-diode circuit 12 is connected in parallel to switch 16, consisting of a series-connected resistor 11 of protective resistive-diode circuit 12 and a diode 10 of protective resistive-diode circuit 12, wherein the cathode of diode 10 of protective resistive-diode circuit 12 is connected to anode 13 of switch 16, in parallel protective resistive-diode circuit 12 is connected to smoothing capacitor 9, parallel to smoothing capacitor 9 is connected diode rectifier bridge 7, consisting of four high-voltage diodes 8.1-8.4, wherein the cathode of the first high-voltage diode 8.1 and the anode of the second high-voltage diode 8.2 are connected to the input of the secondary winding of toroidal transformer 6, the anode of the third high-voltage diode 8.3 and the cathode of the fourth high-voltage diode 8.4 are connected to the output of the secondary winding of toroidal transformer 6, the cathode of the second high-voltage diode 8.2 and the cathode of the third high-voltage diode 8.3 are connected to the terminal of smoothing capacitor 9, the input of the primary winding of toroidal transformer 6 is connected to the internal terminal of feedthrough insulator 3 of the beginning of the winding, the output of the primary winding of toroidal transformer 6 is connected to the internal terminal of the feedthrough insulator 4 of the end of the winding, the capacitor 26 of the power supply of the ion source of the neutron tube 21 is connected between the anode 22 of the neutron tube 21 and the cathode 24 of the neutron tube 21, the charging resistor 19 is connected between the anode 22 of the neutron tube 21 and the anode 13 of the switch 16, the ignition electrode 23 of the neutron tube 21 is connected by means of a high-voltage wire to the internal terminal of the high-voltage feedthrough insulator 1 for turning on the ion source, the outputs of the primary and secondary windings of the high-voltage transformer 18, the cathode 24 of the neutron tube 21, the cathode 17 of the switch 16, the terminal of the resistor 11 of the protective resistive-diode circuit 12, the anode of the first high-voltage diode 8.1, the anode of the fourth high-voltage diode 8.4, and also the terminal smoothing capacitor 9 are connected to the internal terminal of the feedthrough insulator 5 of the common bus; all the above-mentioned connections of the elements are electrical.
При этом диодный выпрямительный мост 7, состоящий из четырёх высоковольтных диодов 8, сглаживающий конденсатор 9, тороидальный трансформатор 6, защитная резистивно-диодная цепь 12, состоящая из диода 10 и резистора 11 защитной резистивно-диодной цепи 12, накопительный конденсатор 15, коммутатор 16, включающий в себя анод 13 коммутатора 16, катод 17 коммутатора 16 и поджигающий электрод 14 коммутатора 16, высоковольтный трансформатор 18, зарядный резистор 19, нейтронная трубка 21, включающая в себя мишень 20 нейтронной трубки 21, анод 22 нейтронной трубки 21, поджигающий электрод 23 нейтронной трубки 21 и катод 24 нейтронной трубки 21, конденсатор 26 питания ионного источника нейтронной трубки 21 закреплены внутри герметичного корпуса 25 сборочными операциями, например, винтовыми соединениями (свинчиванием); при этом на герметичном корпусе 25 закреплены или установлены: высоковольтный проходной изолятор 1 включения ионного источника, высоковольтный проходной изолятор 2 включения коммутатора 16, проходной изолятор 3 начала обмотки, проходной изолятор 4 конца обмотки, проходной изолятор 5 общей шины. Проходные изоляторы 1-5 соединены сборочными операциями с герметичным корпусом 25 (вмонтированы в герметичный корпус 25), например, склеиванием или свинчиванием винтовыми соединениями.In this case, the diode rectifier bridge 7, consisting of four high-voltage diodes 8, the smoothing capacitor 9, the toroidal transformer 6, the protective resistive-diode circuit 12, consisting of the diode 10 and the resistor 11 of the protective resistive-diode circuit 12, the storage capacitor 15, the switch 16, including the anode 13 of the switch 16, the cathode 17 of the switch 16 and the ignition electrode 14 of the switch 16, the high-voltage transformer 18, the charging resistor 19, the neutron tube 21, including the target 20 of the neutron tube 21, the anode 22 of the neutron tube 21, the ignition electrode 23 of the neutron tube 21 and the cathode 24 of the neutron tube 21, the capacitor 26 of the power supply of the ion source of the neutron tube 21 are fixed inside hermetic housing 25 by assembly operations, for example, screw connections (screwing); in this case, the following are fixed or installed on the hermetic housing 25: high-voltage feed-through insulator 1 for switching on the ion source, high-voltage feed-through insulator 2 for switching on the commutator 16, feed-through insulator 3 for the beginning of the winding, feed-through insulator 4 for the end of the winding, feed-through insulator 5 for the common bus. Feed-through insulators 1-5 are connected by assembly operations with the hermetic housing 25 (mounted in the hermetic housing 25), for example, by gluing or screwing with screw connections.
Диоды 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 - одинаковые. Корпус 25 необходим для защиты позиций 6-24, 26 от механических повреждений, а также для защиты жидкого диэлектрика от влаги, содержащейся во внешней среде; попадание влаги в жидкий диэлектрик приводит к падению пробивного напряжения жидкого диэлектрика, что может привезти к отказу импульсного нейтронного генератора по причине электрического пробоя.Diodes 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 are identical. Case 25 is required to protect positions 6-24, 26 from mechanical damage, as well as to protect the liquid dielectric from moisture contained in the external environment; moisture entering the liquid dielectric leads to a drop in the breakdown voltage of the liquid dielectric, which can lead to failure of the pulse neutron generator due to electrical breakdown.
Вывод вторичной обмотки высоковольтного трансформатора 18 соединён пайкой с чашеобразным экраном, в который вставлена нейтронная трубка 21. Мишень 20 нейтронной трубки 21 контактирует с чашеобразным экраном, за счёт чего обеспечивается электрическое соединение вывода вторичной обмотки высоковольтного трансформатора 18 и мишени 20 нейтронной трубки 21.The terminal of the secondary winding of the high-voltage transformer 18 is connected by soldering to a cup-shaped screen into which a neutron tube 21 is inserted. The target 20 of the neutron tube 21 contacts the cup-shaped screen, due to which an electrical connection is ensured between the terminal of the secondary winding of the high-voltage transformer 18 and the target 20 of the neutron tube 21.
Устройство работает следующим образом: от внешнего блока питания, который находится вне герметичного корпуса 25 и подключённого к внешним выводам проходных изоляторов 3 и 4, подаётся синусоидальный сигнал амплитудой 100-300 В, амплитуда данного сигнал пройдя через тороидальный трансформатор 6 увеличивается до 3-5 кВ, затем данный сигнал поступает на вход выпрямительного диодного моста 7. Положительные полуволны сигнала с вторичной обмотки тороидального трансформатора 6 проходят через второй высоковольтный диод 8.2 и четвёртый высоковольтный диод 8.4, заряжая сглаживающий конденсатор 9.The device operates as follows: a sinusoidal signal with an amplitude of 100-300 V is supplied from an external power supply unit, which is located outside the sealed housing 25 and connected to the external terminals of feedthrough insulators 3 and 4. The amplitude of this signal, having passed through the toroidal transformer 6, increases to 3-5 kV, then this signal is fed to the input of the rectifier diode bridge 7. The positive half-waves of the signal from the secondary winding of the toroidal transformer 6 pass through the second high-voltage diode 8.2 and the fourth high-voltage diode 8.4, charging the smoothing capacitor 9.
Отрицательные полуволны сигнала с вторичной обмотки тороидального трансформатора 6 проходят через первый высоковольтный диод 8.1 и третий высоковольтный диод 8.3, заряжая сглаживающий конденсатор 9.The negative half-waves of the signal from the secondary winding of the toroidal transformer 6 pass through the first high-voltage diode 8.1 and the third high-voltage diode 8.3, charging the smoothing capacitor 9.
Таким образом, на выходе диодного выпрямительного моста 7 формируется пульсирующее напряжение положительной полярности, которое сглаживается на сглаживающем конденсаторе 9 до постоянного значения. Анод первого высоковольтного диода 8.1 и анод четвёртого высоковольтного диода 8.4 подключены к внутреннему выводу проходного изолятора 5 общей шины. От постоянного напряжения, полученного на выходе диодного выпрямительного моста 7, заряжаются накопительный конденсатор 15, и через зарядный резистор 19 заряжается конденсатор 26 питания ионного источника.Thus, at the output of the diode rectifier bridge 7, a pulsating voltage of positive polarity is formed, which is smoothed on the smoothing capacitor 9 to a constant value. The anode of the first high-voltage diode 8.1 and the anode of the fourth high-voltage diode 8.4 are connected to the internal terminal of the feedthrough insulator 5 of the common bus. From the constant voltage obtained at the output of the diode rectifier bridge 7, the storage capacitor 15 is charged, and through the charging resistor 19 the capacitor 26 of the ion source supply is charged.
От внешнего блока управления, сигнальные выходы которого подключены к внешним выводам высоковольтных проходных изоляторов 1 и 2, а общий выход, которого подключён к внешнему выводу проходного изолятора 5 общей шины, на внешний вывод высоковольтного проходного изолятора 2 включения коммутатора 16 подаётся импульс положительной полярности амплитудой 2-10 кВ, который поступает на поджигающий электрод 14 коммутатора 16. После чего происходит коммутация накопительного конденсатора 15 через коммутатор 16, зажигается разряд между анодом 13 и катодом 17 коммутатора 16, после чего на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора 18 формируется напряжение отрицательной полярности 100-180 кВ. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора 18 передаётся на мишень 20 нейтронной трубки 21. Через время задержки, выставленное на внешнем блоке управления на внешний вывод высоковольтного проходного изолятора 1 включения ионного источника, подаётся импульс положительной полярности 2-10 кВ, который поступает на поджигающий электрод 23 нейтронной трубки 21. После чего происходит коммутация конденсатора 26 питания ионного источника и горение разряда между анодом 22 нейтронной трубки 21 и катодом 24 нейтронной трубки 21. В результате образуются ионы дейтерия, которые под действием электрического поля нейтронной трубки 21 и бомбардируют мишень 20 нейтронной трубки 21, в результате термоядерной реакции образуются нейтроны.From the external control unit, the signal outputs of which are connected to the external terminals of high-voltage feed-through insulators 1 and 2, and the common output of which is connected to the external terminal of feed-through insulator 5 of the common bus, a pulse of positive polarity with an amplitude of 2-10 kV is fed to the external terminal of high-voltage feed-through insulator 2 of switch 16, which arrives at the ignition electrode 14 of switch 16. After which the storage capacitor 15 is switched through switch 16, a discharge is ignited between the anode 13 and the cathode 17 of switch 16, after which a voltage of negative polarity of 100-180 kV is formed on the secondary winding of high-voltage transformer 18. The voltage from the secondary winding of the transformer 18 is transmitted to the target 20 of the neutron tube 21. After a delay time set on the external control unit, a pulse of positive polarity of 2-10 kV is fed to the external terminal of the high-voltage feedthrough insulator 1 for switching on the ion source, which goes to the ignition electrode 23 of the neutron tube 21. After which the switching of the capacitor 26 of the ion source power supply occurs and the discharge burns between the anode 22 of the neutron tube 21 and the cathode 24 of the neutron tube 21. As a result, deuterium ions are formed, which, under the action of the electric field of the neutron tube 21, bombard the target 20 of the neutron tube 21, as a result of the thermonuclear reaction, neutrons are formed.
При протекании положительной полуволны тока через коммутатор 16 из-за вентильных свойств коммутатора 16 есть вероятность обрыва тока через коммутатор 16 вблизи нулевых значений тока, из-за чего отрицательная полуволна тока протекает через высоковольтные диоды 8.1-8.4 диодного выпрямительного моста 7. В результате на высоковольтных диодах 8.1-8.4 диодного выпрямительного моста 7 увеличивается тепловая нагрузка, что ведёт к уменьшению срока службы высоковольтных диодов 8.1-8.4 и, следовательно, уменьшению ресурса импульсного нейтронного генератора.When the positive half-wave of current flows through the switch 16, due to the valve properties of the switch 16, there is a possibility of a current break through the switch 16 near zero current values, due to which the negative half-wave of current flows through the high-voltage diodes 8.1-8.4 of the diode rectifier bridge 7. As a result, the thermal load on the high-voltage diodes 8.1-8.4 of the diode rectifier bridge 7 increases, which leads to a decrease in the service life of the high-voltage diodes 8.1-8.4 and, consequently, a decrease in the resource of the pulse neutron generator.
Для уменьшения тепловой нагрузки на высоковольтные диоды 8.1-8.4 диодного выпрямительного моста 7, параллельно диодному выпрямительному мосту 7 подключена защитная резистивно-диодная цепь 12, состоящая из последовательно соединённых резистора 11 и диода 10 защитной резистивно-диодной цепи 12. При положительной полярности тока через коммутатор 16 защитная резистивно-диодная цепь 12 не влияет на работу импульсного нейтронного генератора, при отрицательной полуволне тока, если коммутатор 16 не выключился, то защитная резистивно-диодная цепь 12 не влияет на работу импульсного нейтронного генератора, если же произошло выключение коммутатора 16, то обратная полуволна тока пройдёт через защитную резистивно-диодную цепь 12, что снизит тепловую нагрузку на высоковольтные диоды 8, что увеличит их ресурс работы.To reduce the thermal load on high-voltage diodes 8.1-8.4 of diode rectifier bridge 7, a protective resistive-diode circuit 12 is connected in parallel to diode rectifier bridge 7, consisting of a series-connected resistor 11 and diode 10 of the protective resistive-diode circuit 12. With a positive polarity of current through switch 16, the protective resistive-diode circuit 12 does not affect the operation of the pulse neutron generator, with a negative half-wave of current, if switch 16 is not turned off, then the protective resistive-diode circuit 12 does not affect the operation of the pulse neutron generator, if switch 16 is turned off, then the reverse half-wave of the current will pass through the protective resistive-diode circuit 12, which will reduce the thermal load on high-voltage diodes 8, which will increase their resource work.
На фиг. 2 приведены смоделированные в Micro-Cap зависимости среднего тока на высоковольтных диодах 8.1-8.4 от времени (рассматривается момент, когда происходит включение коммутатора 16). Кривая С (фиг. 2) описывает ситуацию, когда не произошло прерывания тока через коммутатор 16. Из зависимости (фиг. 2) видно, что введение защитной резистивно-диодной цепи 12 приводит к снижению среднего тока на высоковольтных диодах 8.1-8.4 (кривая А и В на фиг. 2), резкий пик среднего тока через высоковольтные диоды 8 возникает из-за закрытия коммутатора 16 и перезарядки накопительного конденсатор 15 через высоковольтные диоды 8.1-8.4. Снижение среднего тока на высоковольтных диодах 8.1-8.4 приводит к снижению тепловой нагрузки на высоковольтные диоды 8.1-8.4.Fig. 2 shows the dependences of the average current on the high-voltage diodes 8.1-8.4 on time, simulated in Micro-Cap (the moment when the switch 16 is turned on is considered). Curve C (Fig. 2) describes the situation when the current through the switch 16 is not interrupted. It is evident from the dependence (Fig. 2) that the introduction of the protective resistive-diode circuit 12 leads to a decrease in the average current on the high-voltage diodes 8.1-8.4 (curves A and B in Fig. 2), a sharp peak in the average current through the high-voltage diodes 8 occurs due to the closing of the switch 16 and the recharging of the storage capacitor 15 through the high-voltage diodes 8.1-8.4. A decrease in the average current on the high-voltage diodes 8.1-8.4 leads to a decrease in the thermal load on the high-voltage diodes 8.1-8.4.
Таким образом, достигается заявленный технический результат, а именно повышение ресурса работы высоковольтных диодов выпрямительного диодного моста, находящегося в высоковольтном источнике питания импульсного нейтронного генератора.Thus, the stated technical result is achieved, namely, an increase in the service life of high-voltage diodes of the rectifier diode bridge located in the high-voltage power source of the pulse neutron generator.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU230112U1 true RU230112U1 (en) | 2024-11-18 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2811857B1 (en) * | 2000-07-11 | 2003-01-17 | Commissariat Energie Atomique | SPALLATION DEVICE FOR THE PRODUCTION OF NEUTRONS |
| FR2786359B1 (en) * | 1998-11-25 | 2004-02-13 | Japan Nat Oil Corp | HERMETIC NEUTRON TUBE |
| CN100571481C (en) * | 2005-09-05 | 2009-12-16 | 张韶英 | The neutron generation systems |
| RU148720U1 (en) * | 2014-09-01 | 2014-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | PULSED NEUTRON GENERATOR |
| RU2614240C1 (en) * | 2015-11-02 | 2017-03-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Pulsed neutron generator |
| RU174178U1 (en) * | 2017-05-25 | 2017-10-05 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Pulsed neutron generator |
| US10278276B2 (en) * | 2013-09-03 | 2019-04-30 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Short pulse neutron generator |
| RU2776026C1 (en) * | 2021-11-26 | 2022-07-12 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Pulse neutron generator |
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2786359B1 (en) * | 1998-11-25 | 2004-02-13 | Japan Nat Oil Corp | HERMETIC NEUTRON TUBE |
| FR2811857B1 (en) * | 2000-07-11 | 2003-01-17 | Commissariat Energie Atomique | SPALLATION DEVICE FOR THE PRODUCTION OF NEUTRONS |
| CN100571481C (en) * | 2005-09-05 | 2009-12-16 | 张韶英 | The neutron generation systems |
| US10278276B2 (en) * | 2013-09-03 | 2019-04-30 | National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc | Short pulse neutron generator |
| RU148720U1 (en) * | 2014-09-01 | 2014-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | PULSED NEUTRON GENERATOR |
| RU2614240C1 (en) * | 2015-11-02 | 2017-03-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Pulsed neutron generator |
| RU174178U1 (en) * | 2017-05-25 | 2017-10-05 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Pulsed neutron generator |
| RU2776026C1 (en) * | 2021-11-26 | 2022-07-12 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Pulse neutron generator |
| RU224578U1 (en) * | 2024-02-28 | 2024-03-29 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Sealed neutron tube |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | A spiral strip transformer type electron-beam accelerator | |
| RU230112U1 (en) | Pulsed Neutron Generator | |
| RU2551840C1 (en) | Pulse neutron generator | |
| RU155328U1 (en) | PULSED NEUTRON GENERATOR | |
| RU165286U1 (en) | PULSED NEUTRON GENERATOR | |
| RU174178U1 (en) | Pulsed neutron generator | |
| RU209869U1 (en) | Pulse neutron generator | |
| US3678289A (en) | Magnetic field control circuit for crossed field switching devices | |
| Deb et al. | Generation of high voltage nanosecond pulses using Pulse Sharpening switch | |
| RU209936U1 (en) | Pulse neutron generator | |
| RU98637U1 (en) | LASER | |
| RU2773038C1 (en) | Pulse neutron generator | |
| RU2776026C1 (en) | Pulse neutron generator | |
| Liu et al. | Design of high voltage and large current trigger source for trigger vacuum switch | |
| SU699944A1 (en) | Feed system of generator of pulsed stream of ionizating radiation | |
| RU165285U1 (en) | PULSED NEUTRON GENERATOR | |
| RU156791U1 (en) | PULSED NEUTRON GENERATOR | |
| RU2544845C2 (en) | High-current nanosecond electron beam accelerator | |
| Yao et al. | Development of Trigger Source for Surface-triggered Vacuum Switch | |
| RU148720U1 (en) | PULSED NEUTRON GENERATOR | |
| RU167314U1 (en) | Pulsed neutron generator | |
| RU2810296C1 (en) | High voltage pulse source | |
| RU96259U1 (en) | ELECTROMAGNETIC PULSE CONCENTRATOR | |
| CN109921766B (en) | Ringing wave pulse current generator | |
| RU60295U1 (en) | PULSE SOURCE OF PASSING RADIATION |