RU2540983C1

RU2540983C1 - Sealed neutron tube

Info

Publication number: RU2540983C1
Application number: RU2013148418/07A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Сыромуков
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-02-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: in sealed neutron tube between body of ion source and anode there is a tubular insulator installed in parallel to the tube axis along the whole lengths except for ends; the insulator is covered with conducting layer coupled electrically to cathode and inside the tubular insulator there is wire conductor coupled to extraction electrode and output of bushing insulator.

EFFECT: increasing efficiency of ion source of the sealed neutron tube and increasing neutron flux.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для получения нейтронов и может быть использовано для нейтронного анализа, для лучевой нейтронной терапии, а также для моделирования нейтронных полей термоядерных устройств.The invention relates to devices for producing neutrons and can be used for neutron analysis, for radiation neutron therapy, as well as for modeling neutron fields of thermonuclear devices.

Известна запаянная нейтронная трубка, содержащая расположенный в полости цилиндрического магнита источник ионов в герметичном корпусе, цилиндрические анод и катод с отверстием для извлечения ионов, расположенные коаксиально, ускоряющий электрод, соединенный с корпусом ускорительной трубки через фланец, и мишень. Сборник материалов межотраслевой научно-технической конференции "Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе", 23-30 мая 2003 г., Москва, с.67. Недостатком запаянной нейтронной трубки является малая величина потока нейтронов из-за низкой величины тока ионов на мишени. Малая величина тока обусловлена отсутствием вытягивающего электрода. Нейтронные трубки такой конструкции используют для получения потоков нейтронов до 10⁹ нейтр/с в каротажных приборах "Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе", 18-22 октября 2004 г., Москва, с.79.Known sealed neutron tube containing located in the cavity of a cylindrical magnet a source of ions in a sealed enclosure, a cylindrical anode and cathode with a hole for extracting ions, located coaxially, an accelerating electrode connected to the housing of the accelerating tube through the flange, and the target. The collection of materials of the interdisciplinary scientific and technical conference "Portable neutron generators and technologies based on them", May 23-30, 2003, Moscow, p.67. A disadvantage of a sealed neutron tube is its low neutron flux due to the low ion current on the target. The low current is due to the absence of a pulling electrode. Neutron tubes of this design are used to obtain neutron fluxes up to 10 ⁹ neutrons / s in logging tools "Portable neutron generators and technologies based on them", October 18-22, 2004, Moscow, p. 79.

Известна запаянная нейтронная трубка, включающая расположенный в полости цилиндрического магнита источник ионов в герметичном корпусе с цилиндрическим анодом, катодом с отверстием для извлечения ионов, расположенными коаксиально, и проходным изолятором, соединенным с корпусом ускорительной трубки через фланец, включающей вытягивающий электрод, являющийся частью внешнего, обычно металлокерамического, корпуса трубки, ускоряющий электрод и мишень. Недостатком аналога является сложность и увеличенная длина конструкции корпуса трубки и трубки в целом из-за появления дополнительного металлокерамического или металлостеклянного соединения. Усложнение конструкции приводит к уменьшению надежности и увеличению стоимости нейтронной трубки. Увеличение длины приводит к увеличению потерь тока ионов из-за роста вероятности взаимодействия ионов пучка с молекулами газа в промежутке катод - ускоряющий электрод трубки и, в конечном итоге, к уменьшению потока нейтронов. Сборник материалов 15-й научно-технической конференции "Вакуумная наука и техника", октябрь, 2008 г., с.156Known sealed neutron tube, including located in the cavity of a cylindrical magnet, an ion source in a sealed housing with a cylindrical anode, a cathode with a hole for ion extraction, located coaxially, and a bushing connected to the accelerator tube housing through a flange that includes a pulling electrode that is part of an external usually ceramic-metal, tube body, accelerating electrode and target. The disadvantage of the analogue is the complexity and increased length of the structure of the tube body and the tube as a whole due to the appearance of an additional cermet or glass-metal connection. The complexity of the design leads to a decrease in reliability and an increase in the cost of a neutron tube. An increase in length leads to an increase in ion current loss due to an increase in the probability of interaction between beam ions and gas molecules in the cathode – accelerating tube electrode gap and, ultimately, a decrease in the neutron flux. The collection of materials of the 15th scientific and technical conference "Vacuum Science and Technology", October, 2008, p.156

За прототип выбрана запаянная нейтронная трубка, содержащая расположенный в полости цилиндрического магнита источник ионов в герметичном корпусе с цилиндрическим анодом и катодом, расположенными коаксиально, с отверстием в катоде для извлечения ионов, с вытягивающим электродом, и проходной изолятор для питания вытягивающего электрода, ускоряющий электрод и мишень. Вопросы Атомной науки и техники, Сер. Радиационная техника, Вып.2 (39), 1989 г., с.68-71. Недостатком прототипа является малая величина потока нейтронов. Низкая величина тока на мишени обусловлена малой величиной индукции магнита из-за невозможности разместить на фланце нейтронной трубки цилиндрический магнит с внешним диаметром больше двойного расстояния от оси трубки до проходного изолятора на фланце. Увеличение расстояния от оси трубки до проходного изолятора на фланце приводит к увеличению диаметра всей нейтронной трубки. Низкая величина магнитной индукции ограничивает эффективность горения разряда в источнике ионов, ограничивает величину тока на мишени и, как следствие, величину потока нейтронов.A sealed neutron tube containing an ion source located in a cavity of a cylindrical magnet in a sealed housing with a cylindrical anode and cathode located coaxially with a hole in the cathode for ion extraction, with a pulling electrode, and a bushing for supplying the pulling electrode, an accelerating electrode and target. Questions of Atomic Science and Technology, Ser. Radiation Engineering, Issue 2 (39), 1989, p. 68-71. The disadvantage of the prototype is the small magnitude of the neutron flux. The low current on the target is due to the small magnitude of the induction of the magnet due to the inability to place a cylindrical magnet with an external diameter greater than twice the distance from the tube axis to the bushing on the flange on the neutron tube flange. An increase in the distance from the tube axis to the bushing on the flange leads to an increase in the diameter of the entire neutron tube. The low value of magnetic induction limits the efficiency of burning the discharge in the ion source, limits the magnitude of the current at the target and, as a consequence, the magnitude of the neutron flux.

Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.This invention eliminates the disadvantages of analogues and prototype.

Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности источника ионов запаянной нейтронной трубки и увеличение потока нейтронов.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the ion source of a sealed neutron tube and to increase the neutron flux.

Технический результат достигается тем, что в запаянной нейтронной трубке, содержащей расположенный в полости цилиндрического магнита источник ионов в герметичном корпусе с цилиндрическим анодом, катодом с отверстием для извлечения ионов, расположенными коаксиально c проходным изолятором, соединенным с корпусом ускорительной трубки через фланец, закрепленный на фланце через изолятор вытягивающий электрод, ускоряющий электрод и мишень, что между корпусом источника ионов и анодом параллельно оси трубки установлен трубчатый изолятор, по всей длине, кроме концов, покрытый проводящим слоем, электрически соединенным с катодом, а внутри трубчатого изолятора расположен проволочный проводник, соединенный с вытягивающим электродом.The technical result is achieved by the fact that in a sealed neutron tube containing an ion source located in a cavity of a cylindrical magnet in a sealed housing with a cylindrical anode, a cathode with an ion extraction hole, located coaxially with a bushing insulator connected to the accelerator tube housing through a flange mounted on the flange through the insulator, a pulling electrode, an accelerating electrode and a target, that a tubular insulator is installed between the ion source body and the anode parallel to the tube axis, along the entire length, except for the ends, covered with a conductive layer electrically connected to the cathode, and inside the tubular insulator there is a wire conductor connected to the pulling electrode.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлен поперечный разрез запаянной нейтронной трубки, где: 1 - цилиндрический магнит, в полости которого расположен герметичный источник ионов 2, 3 - цилиндрический анод, 4 - катод в виде двух дисков, 5 - отверстие в катоде для извлечения ионов, 6 - проходной изолятор, 7 - корпус ускорительной трубки, 8 - фланец, 9 - изолятор, закрепленный на фланце 8, 10 - вытягивающий электрод, 11 - ускоряющий электрод, 12 - мишень, 13 - проволочный проводник, 14 - трубчатый изолятор, 15 - внешний проводящий слой, нанесенный по длине трубчатого изолятора 14, 16 - концы трубчатого изолятора без проводящего слоя.The invention is illustrated by the drawing, which schematically shows a cross section of a sealed neutron tube, where: 1 is a cylindrical magnet, in the cavity of which there is a sealed ion source 2, 3 is a cylindrical anode, 4 is a cathode in the form of two disks, 5 is a hole in the cathode for ion extraction, 6 - bushing, 7 - accelerator tube body, 8 - flange, 9 - insulator mounted on the flange 8, 10 - pulling electrode, 11 - accelerating electrode, 12 - target, 13 - wire conductor, 14 - tubular insulator , 15 - external conductive layer second, caused by the length of the pipe-shaped insulator 14, 16 - the ends of the pipe-shaped insulator without the conductive layer.

Запаянная нейтронная трубка работает следующим образом.A sealed neutron tube operates as follows.

Газоразрядная камера источника ионов 2 образована цилиндрическим анодом 3 и катодом 4, состоящим из двух дисков, расположенных соосно с анодом 3 дисков. Во втором диске катода 4 по ходу инжекции выполнено отверстие 5. В объеме, ограниченном анодом 3 и дисками катода 4, цилиндрическим магнитом 1, создают продольное магнитное поле. Цилиндрический магнит 1 охватывает корпус источника ионов 2. Один торец цилиндрического магнита 1 расположен на фланце 8 корпуса ускорительной трубки 7. Анод 3 и катод 4 установлены соосно в герметичном корпусе источника ионов 2. В источнике ионов 2 создают рабочее газовое давление дейтерия. К аноду 3 и катоду 4 прикладывают напряжение. Затем в газоразрядной камере источника ионов 2 зажигают разряд в скрещенных электрическом и магнитном полях. В газоразрядной камере возрастает концентрация ионов дейтерия, часть которых извлекают через отверстие 5 в катоде 4 и направляют в ускоряющий промежуток трубки. Напряжение на вытягивающий электрод 10 подают через проходной изолятор 6, размещенный на фланце 8 трубки. Ускоренные ионы попадают на мишень 12, насыщенную тритием и образуют нейтроны в результате термоядерных реакций. Эффективность горения разряда и концентрация заряженных частиц в плазме растет с увеличением магнитной индукции. Для увеличения магнитной индукции необходимо увеличить диаметр цилиндрического магнита 1. Оптимальным было бы увеличение диаметра цилиндрического магнита 1 до диаметра фланца 8 трубки. Однако это невозможно, поскольку на фланце 8 трубки установлен проходной изолятор или ввод питания вытягивающего электрода 10. Напряжение на вытягивающий электрод 10 подают от вывода проходного изолятора 6 источника ионов 2 и вывода проволочного проводника 13, расположенного в трубчатом изоляторе 14. Трубчатый изолятор 14 установлен между корпусом источника ионов 2 и анодом 3 параллельно оси трубки и покрыт внешним проводящим слоем 15, который соединен электрически с катодом 4. Проводящий слой 15 нанесен по всей длине трубчатого изолятора 14 за исключением его концов 16. Проводящий слой 15 обеспечивает "привязку" поверхности трубчатого изолятора к потенциалу герметичного корпуса 2 и исключает искрение между внешней поверхностью анода 3 и корпусом источника ионов 2.The gas discharge chamber of the ion source 2 is formed by a cylindrical anode 3 and a cathode 4, consisting of two disks located coaxially with the anode 3 of the disks. A hole 5 is made in the second disk of the cathode 4 along the injection. In the volume limited by the anode 3 and the disks of the cathode 4, a cylindrical magnet 1, a longitudinal magnetic field is created. A cylindrical magnet 1 covers the body of the ion source 2. One end of the cylindrical magnet 1 is located on the flange 8 of the housing of the accelerating tube 7. The anode 3 and cathode 4 are mounted coaxially in the sealed housing of the ion source 2. The deuterium working gas pressure is created in the ion source 2. A voltage is applied to the anode 3 and cathode 4. Then, in the gas-discharge chamber of the ion source 2, a discharge is ignited in crossed electric and magnetic fields. In the gas discharge chamber, the concentration of deuterium ions increases, some of which are extracted through the hole 5 in the cathode 4 and sent to the accelerating gap of the tube. The voltage on the pulling electrode 10 is fed through a bushing 6 located on the flange 8 of the tube. Accelerated ions hit target 12 saturated with tritium and form neutrons as a result of thermonuclear reactions. The efficiency of the discharge burning and the concentration of charged particles in the plasma increases with increasing magnetic induction. To increase magnetic induction, it is necessary to increase the diameter of the cylindrical magnet 1. It would be optimal to increase the diameter of the cylindrical magnet 1 to the diameter of the tube flange 8. However, this is not possible, since a bushing insulator or a power input of the extraction electrode 10 is installed on the tube flange 8. Voltage is supplied to the extraction electrode 10 from the output of the bushing insulator 6 of the ion source 2 and the output of the wire conductor 13 located in the tubular insulator 14. The tubular insulator 14 is installed between the body of the ion source 2 and the anode 3 parallel to the axis of the tube and is covered with an external conductive layer 15, which is electrically connected to the cathode 4. The conductive layer 15 is deposited along the entire length of the tubular insulator 14 for for prison its ends 16. The conductive layer 15 provides a "snap" tubular insulator surface to the potential hermetic housing 2 and prevents arcing between the outer surface of the anode body 3 and the ion source 2.

Такое исполнение электрической схемы зажигания разряда позволило увеличить диаметр цилиндрического магнита 1, не увеличивая диаметр нейтронной трубки, увеличить магнитную индукцию в газоразрядной камере источника ионов. Это, в свою очередь, позволяет увеличить величину тока ионов и, в конечном итоге, поток нейтронов запаянной нейтронной трубки.This embodiment of the electric circuit for ignition of the discharge made it possible to increase the diameter of the cylindrical magnet 1 without increasing the diameter of the neutron tube and increase the magnetic induction in the gas-discharge chamber of the ion source. This, in turn, makes it possible to increase the ion current and, ultimately, the neutron flux of a sealed neutron tube.

Claims

A sealed neutron tube containing an ion source located in the cavity of a cylindrical magnet in a sealed housing with a cylindrical anode, a cathode with an ion extraction hole, electrically connected to the ion source housing, coaxial with the bushing, connected to the accelerator tube housing through a flange mounted on the flange through an insulator a pulling electrode, an accelerating electrode and a target, characterized in that between the ion source body and the anode parallel to the axis of the tube Credited tubular insulator over the entire length, except at the ends covered with a conductive layer electrically connected to the cathode and the insulator is located within the tubular guide wire coupled with pulling on the ends of the electrode and the terminal of the bushing.