Мишень газонаполненной нейтронной трубки

Полезная модель относится к изготовлению мишеней газонаполненных нейтронных трубок для генерации потоков нейтронов.

Техническим результатом полезной модели является повышение прочности мишени, повышение надежности и ресурса работы мишени газонаполненных нейтронных трубок.

Технический результат достигается тем, что в мишени газонаполненной нейтронной трубки, содержащей медную подложку, на которую напылением нанесена скандиевая или титановая пленка адсорбента, пленка адсорбента насыщена дейтерием до атомного отношения атомов дейтерия к атомам пленки сорбента, удовлетворяющих условию:

1,6, где:

- отношение атомов дейтерия к атомам пленки сорбента.

1 с.п.ф. 1 илл.

Полезная модель относится к подклассу Международной Патентной Классификации Н05Н: «ПЛАЗМЕННАЯ ТЕХНИКА; ПОЛУЧЕНИЕ ИЛИ УСКОРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЛИ НЕЙТРОНОВ; ПОЛУЧЕНИЕ ИЛИ УСКОРЕНИЕ ПУЧКОВ НЕЙТРАЛЬНЫХ МОЛЕКУЛ ИЛИ АТОМОВ», а именно к изготовлению мишеней ускорительных газонаполненных нейтронных трубок для генерации потоков нейтронов.

Известны мишени газонаполненных нейтронных трубок: Патент США N 3963934, кл. G21G 4/02, опублик. 1976., Патент США N 4935194, кл. G21G 4/04, 1990. Барит И.Я. и др. Нейтронный генератор на смешанных дейтерий-тритиевых пучках для активационного анализа. Сб. Активационный анализ, ФАН, 1971, с.279-283. Патент Российской Федерации №2052849, Патент Российской Федерации №1996 г.

Известна мишень нейтронной трубки, для использования в скважинно-геофизической аппаратуре. На металлическую основу нанесена титановая пленка. Напыление производится на металлической основе мишени, которая нагрета до 500-650°С. Патент Российской Федерации №2222064, МПК: G21G 4/02, 2004 г.

Известна мишень газонаполненной нейтронной трубки, в которой металл нанесен на мишень во время перерывов в работе генератора, насыщая ее дейтерием и тритием из газа, находящегося в объеме трубки. Патент Российской Федерации №2273118, МПК: G21G 4/02, 2006 г. Известна составная мишень газонаполненной нейтронной трубки, содержащая несколько слоев. Патент Российской Федерации №2287196, МПК: G21G 4/02, 2006 г.

Известна мишень газонаполненной нейтронной трубки, содержащая медную подложку, на которую нанесена скандиевая или титановая пленка адсорбента. Набивку мишени равносмешанным пучком ионов дейтерия и

трития проводят, как и в аналогах уже в составе трубки до пропорции 50% дейтерия и +50% трития. Суммарное время высоковольтной тренировки и набивки мишени трубки составляет 10-15 часов.

R.C.Campbell, Bull. Amer; Phys. Soc., 29, 1, 54 (1954); G.Philipp, Nucl. Instr. And Meth, 37, 313 (1965); К.Piebiger, Z.Naturforsch, 11A, 607(1956); К.Piebiger, Z.Naturforsch, 9, 213 (1957).

Недостатком всех известных мишеней газонаполненной нейтронной трубки является то, что в процессе набивки мишени ионами дейтерия и трития в составе нейтронной трубки происходит отслоение скандиевой или титановой пленки от медной подложки за счет локального повышения концентрации дейтерия и трития в пленке.

Данная полезная модель устраняет указанные недостатки аналогов и прототипа.

Техническим результатом полезной модели является повышение прочности мишени, повышение надежности и ресурса работы мишени газонаполненных нейтронных трубок.

Технический результат достигается тем, что в мишени газонаполненной нейтронной трубки, содержащей медную подложку, на которую напылением нанесена скандиевая или титановая пленка адсорбента, пленка адсорбента насыщена дейтерием до атомного отношения атомов дейтерия к атомам пленки адсорбента, удовлетворяющих условию:

1,6, где:

- отношение атомов дейтерия к атомам пленки сорбента.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично представлен поперечный увеличенный разрез мишени, где:

1 - медная подложка, 2 - скандиевая или титановая пленка адсорбента, насыщенная дейтерием.

Насыщение мишени дейтерием до установки мишени в трубку, и ее набивка 50% смесью пучком ионов дейтерия и трития уже в составе трубки,

обеспечивает повышение качества нейтронной трубки - увеличивает нейтронный выход и ресурс.

В нейтронных генераторах для использования в скважинной геофизической аппаратуре применяются как дейтерий-тритиевые, так и дейтерий-дейтериевые газонаполненные нейтронные трубки на равносмешанных пучках ионов дейтерия и трития.

Дейтерий-тритиевые газонаполненные нейтронные трубки, работающие на ядерной реакции T(d,n)He ⁴, генерируют 14 МэВ нейтроны и имеют нейтронные потоки на уровне 10⁸ н/с.

Дейтерий-дейтериевые газонаполненные нейтронные трубки, работающие на ядерной реакции D(d,n)He³, генерируют 2,5 МэВ нейтроны и имеют нейтронные потоки на уровне 10⁶ н/с.

Недостатком прототипа является то, что в процессе набивки мишени ионами дейтерия и трития в составе нейтронной трубки происходит неконтролируемое отслоение скандиевой (титановой) пленки от медной подложки за счет локального повышения концентрации дейтерия и трития в пленке. Одной из основной причин этого является плохая адгезия напыленной пленки с медной подложкой.

Насыщение скандиевой (титановой) пленки на медной подложке рассматриваемой мишени дейтерием проводят перед сборкой трубки, в вакуумной установке при давлении остаточных газов около 10^-5 мм. рт.ст. до толщины напыленного слоя 1-2 мкм. Равномерное напыление пленки адсорбента в дальнейшем практически устраняет локальные дефекты.

В начальной стадии в вакуумной установке поддерживают давление не более 10^-5 мм. рт.ст. Операция проводится при температуре 400-450°С и дальнейшем ее снижении в течении 15-20 минут. Количество дейтерия, подаваемого в вакуумную установку, составляет 10-20 порций газа на одну мишень.

Атомное отношение - отношение количества атомов газа (дейтерия) в мишени к количеству атомов адсорбента (скандия или титана) должно быть не менее 1,6.

Меньшее атомное отношение может привести структуру металла в напряженное состояние, при котором, за счет наличия примесей, происходят процессы, приводящие к отслоениям сорбента - скандия или титана от медной подложки.

Атомное отношение большее, чем 1,6 достижимо при отсутствии примесей в адсорбенте. Чем оно выше, тем выше срок службы мишени. В настоящее время технически достижимо получение атомного отношения , равное значению 2,0

Длительность всего процесса от установки мишеней в вакуумную камеру до получения готовых насыщенных мишеней 7-8 часов.

После проведения операции насыщения мишени дейтерием, проводят визуальную отбраковку мишеней по вздутию и отшелушиванию скандиевых или титановых пленок от медной подложки.

Насыщенные дейтерием мишени с цельной поверхностью пленок в дальнейшем используют при сборке трубок.

Мишень газонаполненной нейтронной трубки, содержащая медную подложку, на которую напылением нанесена скандиевая или титановая пленка адсорбента, отличающаяся тем, что пленка адсорбента насыщена дейтерием до атомного отношения атомов дейтерия к атомам пленки адсорбента, удовлетворяющих условию

1,6,

где - отношение атомов дейтерия к атомам пленки сорбента.