RU2451433C1 - Gas-filled neutron tube - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: gas-filled neutron tube with a Penning source arranged in the form of a tight flask. In the flask there is a target, an ion-optic system, a source of ions and a working gas generator. On the inner surface of the tight flask in the zone of electrodes of the ion-optic system there is a notch that increases area of the inner surface of the tight flask. The notch may be arranged with sinusoidal shape, amplitude and period of 1 mm.

EFFECT: improved reliability and resource of neutron tube operation.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к отпаянным нейтронным трубкам и может быть использовано в генераторах нейтронов для проведения неразрушающего элементного анализа вещества и проведения исследований нейтронно-радиационными методами, в т.ч. для проведения геофизических исследований нефтегазовых скважин.The invention relates to sealed neutron tubes and can be used in neutron generators for non-destructive elemental analysis of substances and research using neutron-radiation methods, including for conducting geophysical studies of oil and gas wells.

Известна нейтронная трубка, которая представляет собой миниатюрный линейный ускоритель ионов, с одной стороны которого расположен ионный источник, а с другой - мишень. Генерация нейтронов происходит в результате реакции (d, n), при бомбардировке ускоренными ионами мишени. Получаемые при этом нейтроны имеют энергию 2,5 МэВ для реакции D(d, n)Не3 и 14 МэВ для реакции T(d, n)Не4. Нейтронная трубка имеет три основных узла: ионный источник, ионнооптическая система, мишенный узел. В качестве ионного источника в трубке применен ионный источник типа Пеннинга с холодным катодом. Рабочий газ (дейтерий либо смесь дейтерия и трития) содержится в натекателе (генераторе рабочего газа). На анод ионного источника подают модуляционное напряжение с частотой следования f от 400 Гц до 10 кГц с длительностью от 100 до 20 мкс соответственно. Сборник материалов межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». М.: ВНИИА, 2003. С.12.Known neutron tube, which is a miniature linear ion accelerator, on one side of which is an ion source, and on the other - the target. Neutron generation occurs as a result of the reaction (d, n) during bombardment by accelerated target ions. The resulting neutrons have an energy of 2.5 MeV for the reaction D (d, n) He3 and 14 MeV for the reaction T (d, n) He4. A neutron tube has three main nodes: an ion source, an ion-optical system, and a target node. A cold cathode Penning type ion source is used as an ion source in the tube. The working gas (deuterium or a mixture of deuterium and tritium) is contained in the leakage (working gas generator). A modulation voltage with a repetition rate f from 400 Hz to 10 kHz with a duration from 100 to 20 μs, respectively, is applied to the anode of the ion source. The collection of materials of the interdisciplinary scientific and technical conference "Portable neutron generators and technologies based on them." M.: VNIIIA, 2003. P.12.

Известна газонаполненная нейтронная трубка, содержащая герметичную оболочку, источник ионов типа Пеннинга, источник газа (натекатель), ускоряющий электрод, мишень, высоковольтный изолятор, газопоглотитель. Патент США US 2009/0108192 A1.Known gas-filled neutron tube containing an airtight shell, a source of Penning type ions, a gas source (leakage), an accelerating electrode, a target, a high voltage insulator, a getter. U.S. Patent US 2009/0108192 A1.

Известна газонаполненная нейтронная трубка с ионным источником Пеннинга с термокатодом, выполненная в виде герметичной металлостеклянной колбы. В колбе расположены мишень, ионнооптическая система, источник ионов, генератор рабочего газа и газопоглотитель. Газопоглотитель установлен на одном из вводов ножки газонаполненной нейтронной трубки, содержит встроенный термоподогреватель и выполнен в виде втулки из спеченного мелкозернистого порошка титана массой от 100 до 350 мг. Такое выполнение газонаполненной нейтронной трубки позволяет повысить электрическую прочность ионнооптической системы трубки с ионным источником Пеннинга и горячим катодом, а также увеличить нейтронный поток и ресурс. (Патент Российской Федерации №2372755, МПК Н05Н 3/06, 2008 г. - прототип.)Known gas-filled neutron tube with an ion source of Penning with a thermal cathode, made in the form of a sealed metal-glass flask. The target, ion-optical system, ion source, working gas generator and getter are located in the flask. The getter is installed on one of the inputs of the legs of a gas-filled neutron tube, contains a built-in thermal heater and is made in the form of a sleeve of sintered fine-grained titanium powder weighing from 100 to 350 mg. This embodiment of a gas-filled neutron tube can increase the electric strength of the ion-optical system of the tube with a Penning ion source and a hot cathode, as well as increase the neutron flux and resource. (Patent of the Russian Federation No. 2372755, IPC Н05Н 3/06, 2008 - prototype.)

Все вышеперечисленные нейтронные трубки страдают общим недостатком - в процессе работы вследствие расфокусировки пучка ионов, извлекаемых из источника ионов, часть пучка попадает на внутренние поверхности фокусирующего и ускоряющего электродов. Помимо увеличения тока трубки за счет образования вторичных электронов, это приводит к распылению электродов и, соответственно, к запылению внутренней стенки герметичной колбы напротив фокусирующего и ускоряющего электродов. В результате запыления образуется проводящий слой и, как следствие, электрический пробой по внутренней поверхности герметизирующей колбы.All of the above neutron tubes suffer from a common drawback - in the process, due to the defocusing of the ion beam extracted from the ion source, part of the beam falls on the inner surfaces of the focusing and accelerating electrodes. In addition to increasing the tube current due to the formation of secondary electrons, this leads to atomization of the electrodes and, accordingly, to dusting of the inner wall of the sealed bulb opposite the focusing and accelerating electrodes. As a result of dusting, a conductive layer is formed and, as a result, an electrical breakdown on the inner surface of the sealing flask.

Процесс образования области запыления хорошо виден на Фото 1 - фотографии нейтронной трубки на начальной стадии запыления (затемнение внутренней поверхности прозрачной стеклянной колбы).The process of formation of the dusting region is clearly visible in Photo 1 - photographs of a neutron tube at the initial stage of dusting (darkening of the inner surface of a transparent glass bulb).

На Фото 2 показаны крупным планом следы от электрических пробоев и утечек по запыленной области. При таких пробоях и электрических утечках нейтронная трубка полностью приходит в негодность.Photo 2 shows close-up traces of electrical breakdowns and leaks in a dusty area. With such breakdowns and electrical leaks, the neutron tube becomes completely worthless.

Настоящее изобретение предназначено для снижения эффекта запыления внутренней поверхности герметичной колбы.The present invention is intended to reduce the dusting effect of the inner surface of a sealed flask.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и ресурса работы нейтронной трубки.The technical result of the invention is to increase the reliability and service life of a neutron tube.

Технический результат достигается тем, что газонаполненная нейтронная трубка с источником Пеннинга, выполненная в виде герметичной колбы, в которой расположены мишень, ионнооптическая система, источник ионов и генератор рабочего газа, отличается тем, что на внутренней поверхности герметичной колбы в зоне электродов ионнооптической системы нанесена насечка, увеличивающая площадь внутренней поверхности герметичной колбы. Насечка может быть выполнена синусоидальной формы, например с амплитудой и периодом 1 мм.The technical result is achieved in that a gas-filled neutron tube with a Penning source, made in the form of a sealed flask in which the target, the ion-optical system, the ion source and the working gas generator are located, is characterized in that a notch is applied on the inner surface of the sealed flask in the area of the electrodes of the ion-optical system increasing the area of the inner surface of the sealed flask. The notch can be made sinusoidal, for example with an amplitude and a period of 1 mm.

Область запыления внутренней поверхности герметичной колбы расположена между фокусирующим и ускоряющим электродами ионнооптической системы. Очевидно, что плотность запыления внутренней поверхности при прочих равных условиях обратно пропорциональна площади запыления. В свою очередь электрическое сопротивление и электрическая прочность изоляции обратно пропорциональны плотности запыления. Таким образом, увеличение внутренней поверхности герметизирующего баллона уменьшает плотность его запыления и, соответственно, увеличивает электрическое сопротивление и электрическую прочность изоляции.The dusting area of the inner surface of the sealed flask is located between the focusing and accelerating electrodes of the ion-optical system. Obviously, the dust density of the inner surface, ceteris paribus, is inversely proportional to the dust area. In turn, the electrical resistance and electrical strength of the insulation are inversely proportional to dust density. Thus, an increase in the inner surface of the sealing balloon reduces its dust density and, accordingly, increases the electrical resistance and electrical strength of the insulation.

При выполнении насечки синусоидальной формы с амплитудой и периодом 1 мм на длине 20 мм площадь осаждения материала электродов увеличивается на 40%, что эквивалентно снижению плотности напыленного слоя на 40% и, соответственно, пропорциональному увеличению срока запыления внутренней поверхности до образования электрического пробоя.When a sinusoidal notch is made with an amplitude and a period of 1 mm over a length of 20 mm, the deposition area of the electrode material increases by 40%, which is equivalent to a decrease in the density of the sprayed layer by 40% and, accordingly, a proportional increase in the dusting period of the inner surface until electrical breakdown is formed.

Сущность описываемого устройства поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично представлен поперечный разрез нейтронной трубки.The essence of the described device is illustrated by the drawing, where figure 1 schematically shows a cross section of a neutron tube.

Газонаполненная нейтронная трубка с источником Пеннинга выполнена в виде герметичной колбы 1 (например, стеклянной или металлокерамической) с металлокерамической ножкой 2. Внутри колбы 1 размещены мишень 3, иоонооптическая система 4, источник 5 ионов, генератор 6 рабочего газа, катод 7 и антикатод 8 с отверстием для выхода ионов в ионнооптическую систему, анод 9. Устройство содержит магнит 10, фокусирующий электрод 11 и ускоряющий электрод 12 ионнооптической системы. На внутренней поверхности герметичной колбы 1 в зоне электродов 11 и 12 ионнооптической системы нанесена насечка 13, увеличивающая площадь внутренней поверхности герметичной колбы.A gas-filled neutron tube with a Penning source is made in the form of a sealed flask 1 (for example, glass or cermet) with a cermet leg 2. Inside the flask 1, target 3, ion-optical system 4, 5 ion source, working gas generator 6, cathode 7 and anticathode 8 s are placed hole for the exit of ions into the ion-optical system, the anode 9. The device contains a magnet 10, a focusing electrode 11 and an accelerating electrode 12 of the ion-optical system. On the inner surface of the sealed flask 1 in the area of the electrodes 11 and 12 of the ion-optical system, a notch 13 is applied, increasing the area of the inner surface of the sealed flask.

Насечка (позиция 13) на внутренней поверхности герметизирующей колбы 1 в области колбы, более всего подверженной запылению, увеличивает площадь, снижая, тем самым, плотность напыленного слоя. Благодаря этому электрическая прочность трубки дольше сохраняется и, как следствие, увеличивается ресурс и надежность работы нейтронной трубки. Изготовленная по такой технологии нейтронная трубка с синусоидальной насечкой глубиной и шагом 1 мм при испытаниях на ресурс отработала в 1,5 раз дольше нейтронной трубки, изготовленной без насечки.A notch (position 13) on the inner surface of the sealing flask 1 in the flask area most exposed to dust increases the area, thereby reducing the density of the sprayed layer. Due to this, the dielectric strength of the tube remains longer and, as a result, the life and reliability of the neutron tube increases. A neutron tube made by this technology with a sinusoidal notch with a depth and a pitch of 1 mm, when tested for life, worked 1.5 times longer than a neutron tube made without a notch.

Claims (3)

1. Газонаполненная нейтронная трубка с источником Пеннинга, выполненная в виде герметичной колбы, в которой расположены мишень, ионно-оптическая система, источник ионов и генератор рабочего газа, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности герметичной колбы в зоне электродов ионно-оптической системы нанесена насечка, увеличивающая площадь внутренней поверхности герметичной колбы.1. A gas-filled neutron tube with a Penning source, made in the form of a sealed flask in which the target, an ion-optical system, an ion source and a working gas generator are located, characterized in that a notch is applied on the inner surface of the sealed flask in the area of the electrodes of the ion-optical system increasing the area of the inner surface of the sealed flask. 2. Газонаполненная нейтронная трубка по п.1, отличающаяся тем, что насечка выполнена синусоидальной формы.2. A gas-filled neutron tube according to claim 1, characterized in that the notch is made in a sinusoidal shape. 3. Газонаполненная нейтронная трубка по п.2, отличающаяся тем, что насечка выполнена синусоидальной формы с амплитудой и периодом 1 мм. 3. A gas-filled neutron tube according to claim 2, characterized in that the notch is made in a sinusoidal shape with an amplitude and a period of 1 mm.

Images