Газонаполненная нейтронная трубка

Полезная модель относится к изготовлению электродов и мишеней нейтронных трубок для генерации потоков нейтронов, и может быть использована при разработке генераторов нейтронов для исследования геофизических и промысловых скважин. Техническим результатом полезной модели является повышение надежности и ресурса работы нейтронной трубки, а также повышение нейтронного потока в процессе ее работы. Технический результат достигается тем, что поверхности электродов ионного источника, подвергающиеся воздействию газоразрядной плазмы, покрыты слоем сплава палладия и бария, толщиной от 1 до 5 мкм. 1 с.п.ф. 2 илл.

Полезная модель относится к классу Международной Патентной Классификации G21: «ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА И ТЕХНИКА», к подклассу G21G - «Преобразование химических элементов; источники радиоактивности», к группе G21G 4/02 - «источники нейтронов», а именно к изготовлению электродов и мишеней нейтронных трубок для генерации потоков нейтронов, и может быть использована при разработке генераторов нейтронов для исследования геофизических и промысловых скважин.

Известна малогабаритная газонаполненная нейтронная трубка с вторично-эмиссионным (холодным) катодом, которая представляет собой линейный ускоритель ионов, с одной стороны которого расположен ионный источник, а с другой - мишень. Газонаполненная нейтронная трубка содержит ионный источник, ионно-оптическую систему, состоящую из фокусирующего и ускоряющего электродов, мишень и генератор рабочего газа (дейтерий, либо смесь дейтерий-тритий). Ионы рабочего газа от ионного источника Пеннинговского типа, набирают энергию в ускоряющем промежутке и бомбардируют мишень, в которой проходят ядерные реакции с образованием нейтронов. В.С. Васин, В.А. Тукарев, Т.О. Хасаев, Р.Х. Якубов, Научная сессия МИФИ-2005, Сборник научных трудов, т. 5, Москва 2005, 212-213, аналог. Недостатком является невысокий нейтронный поток, который связан с относительно малой генерацией атомарных ионов (5-10)% в газоразрядном ионном источнике Пеннинговского типа, а также высокая скорость распыления материала, низкие эмиссионные свойства поверхности и низкая генерация атомарных частиц в ионном источнике.

Известна малогабаритная газонаполненная ускорительная трубка с ионным источником Пеннинга, работающая в импульсно-частотном режиме, которая содержит трубчатый высоковольтный изолятор, источник ионов с термокатодом, с кольцевым цилиндрическим магнитом, установленным вне объема трубки, аксиальную ионно-оптическую систему, генератор рабочего газа (дейтерий, тритий) и мишень. Патент Российской Федерации 2372755, МПК: H05H 3/06, прототип. К недостаткам такой конструкции следует отнести тот факт, что для достижения необходимого эмиссионного тока возникает необходимость дополнительного источника для нагрева катода, что приводит к повышенному энергопотреблению системы.

Данная полезная модель исключает указанные недостатки.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности и ресурса работы нейтронной трубки, а также повышение нейтронного потока в процессе ее работы.

Технический результат достигается тем, что в газонаполненной нейтронной трубке, содержащей трубчатый высоковольтный изолятор, источник ионов, ионно-оптическую электродную систему и мишень, поверхности электродов ионного источника, подвергающиеся воздействию газоразрядной плазмы, покрыты слоем сплава палладия и бария, толщиной от 1 до 5 мкм.

Сущность полезной модели поясняется на фиг 1 и 2.

На фиг. 1 схематично представлен газоразрядный ионный источник Пеннинговского типа, применяемый в нейтронных трубках, где: 1 - газоразрядный ионный источник; 2 - катод; 3 - антикатод; 4 - анод; 5 - покрытие из сплава Pd-Ba.

На фиг. 2, представлены экспериментальные результаты, и характерные зависимости изменения нейтронного потока от времени наработки смесевых нейтронных трубок с покрытием электродов сплавом Pd-Ba и без покрытия, где: макет 1 - трубка без покрытия; макет 2 - трубка с покрытием из слава Pd-Ba на катоде; макет 3 - трубка с покрытием из слава Pd-Ba на катоде и антикатоде; макет 4 - трубка с покрытием из слава Pd-Ba на катоде, антикатоде и аноде.

В палладий-бариевом соединении барий выступает как источник повышенной электронной эмиссии, а палладий как катализатор, позволяющий снизить требования для протекания реакции диссоциации молекул в источнике ионов, т.е. получать больший процент атомарных ионов рабочего газа в источнике ионов, что, в конечном счете, даст возможность генерировать повышенный нейтронный поток в ускорительной трубке.

По результатам исследований четырех смесевых дейтериево-тритиевых нейтронных трубок с Pd-Ba покрытием на электродах ионного источника получены следующие результаты:

- напряжение горения разряда меньше на величину от 200 В до 400 В при том же уровне разрядного тока, что уменьшает энергетическую цену иона (нейтрона) на (15-20) %;

- в нейтронных трубках, содержащих электроды с покрытием из сплава Pd-Ba, давление, необходимое для генерации требуемых величин разрядных токов, снизилось на 15-20%.

- коэффициент отбора ионного тока, определяемый как отношение тока трубки к току разряда при отсутствии вытягивающего напряжения больше на 5-12%;

- нейтронный поток при одинаковых электрических параметрах питания трубки выше на (15-36)%, что ведет к повышению процентного содержания атомарных ионов в пучке на (4-5)%.

Газонаполненная нейтронная трубка, содержащая трубчатый высоковольтный изолятор, источник ионов, ионно-оптическую электродную систему и мишень, отличающийся тем, что поверхности электродов ионного источника, подвергающиеся воздействию газоразрядной плазмы, покрыты слоем сплава палладия и бария толщиной от 1 до 5 мкм.