Блок излучателя нейтронов

Авторы патента:

Брагин Сергей Иванович (RU)

Бобылев Владимир Тимофеевич (RU)

Кузнецов Юрий Павлович (RU)

Абакумова Лариса Петровна (RU)

H05H5 - Ускорители на постоянном напряжении; моноимпульсные ускорители (H05H 3/06 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2477027:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Изобретение относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначено для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов. Техническим результатом изобретения являются повышение надежности и срока службы генератора, уменьшение габаритов. В генераторе нейтронов, между металлическим дном и корпусом, установлен теплопроводящий изолятор с кольцевыми проточками, имеющий с ними тепловой контакт. Части слоев межрядовой изоляции, выступающей за пределы рядов с одной стороны, загнуты в проточки теплопроводящего изолятора, а с другой стороны надрезаны послойно равномерно по диаметру, причем надрезы в последующем слое размещены между надрезами в предыдущем слое, надрезанная часть изоляции завернута на наружную поверхность трансформатора и закреплена. 2 ил.

Известен малогабаритный генератор нейтронов, содержащий нейтронную трубку и высоковольтный источник напряжения питания, выполненный на накопительном конденсаторе, включенном между высоковольтным источником питания и первичной обмоткой высоковольтного импульсного трансформатора (в случае биполярного питания - первичными обмотками высоковольтного импульсного трансформатора). Геофизическая аппаратура. Недра, вып. 43, 1970 г., с.132-146. Однако этот генератор нейтронов имеет большие габариты и малый ресурс работы.

Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные коаксиально в общем корпусе нейтронную трубку, накопительный конденсатор и высоковольтный трансформатор с многорядной вторичной обмоткой, выполненной на каркасе в виде полого цилиндра из изоляционного материала с металлическим дном, с межрядной изоляцией, выступающей за пределы рядов и уложенной послойно на металлическое дно каркаса, электрически соединенное с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки. Авторское свидетельство СССР №1158023, МПК Н05Н 5/00. 1994 г. Генератор нейтронов имеет малый ресурс работы.

Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий в герметичном корпусе, залитом жидким диэлектриком, нейтронную трубку с элементами питания источника, накопительный конденсатор и формирователь импульсов ускоряющего напряжения, состоящий из высоковольтного трансформатора, расположенного снаружи трубки коаксиально с ней, с первичной обмоткой, расположенной поверх вторичной. Трансформатор намотан на полом диэлектрическом каркасе с металлическим дном, соединенным с выходом вторичной обмотки. В качестве материала каркаса высоковольтного трансформатора выбран феррит. В полости каркаса размещена нейтронная трубка, мишенная часть которой имеет электрический контакт с металлическим дном каркаса. Вторичная обмотка многорядная, ряды высоковольтной обмотки изолируются друг от друга лентами конденсаторной бумаги и полимерной пленки, выступающими за пределы рядов обмотки. Края изоляции загнуты со стороны металлического дна каркаса вокруг набора дисков из конденсаторной бумаги, размещенных соосно с дном каркаса. Такое выполнение загиба формирует электрическую изоляцию металлического дна каркаса, находящегося под полным выходным напряжением трансформатора, от корпуса генератора. Авторское свидетельство СССР №818456, МПК Н05Н 5/00, 1984. Прототип.

При формировании электрической изоляции металлического дна каркаса используют набор дисков из многослойной бумажно-пленочной изоляции. Эти материалы имеют низкую теплопроводность, поэтому температура тепловыделяющих элементов внутри объема генератора может превышать температуру окружающей среды на (60-100)°С, что приводит к быстрому старению изоляции и сокращению срока службы нейтронного генератора.

Кроме того, для обеспечения электрической прочности между рядами вторичной обмотки со стороны открытой полости необходимо значительное выступание бумажно-пленочной изоляции за пределы рядов обмотки (приблизительно на 25-30 мм), что приводит к увеличению длины генератора.

Техническим результатом изобретения являются повышение надежности и срока службы генератора, уменьшение габаритов.

Технический результат достигается тем, что в генераторе нейтронов, содержащем размещенные 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 изоляционного материала с металлическим дном, соединенным с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки, между металлическим дном и корпусом установлен теплопроводящий изолятор с кольцевыми проточками, имеющий с ними тепловой контакт, части слоев межрядовой изоляции, выступающей за пределы рядов, с одной стороны загнуты в проточки теплопроводящего изолятора, а с другой стороны надрезаны послойно равномерно по диаметру, причем надрезы в последующем слое размещены между надрезами в предыдущем слое, надрезанная часть изоляции завернута на наружную поверхность трансформатора и закреплена.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и фиг.2.

На фиг.1 схематично представлен блок излучателя нейтронов, где 1 - металлический корпус, 2 - нейтронная трубка, 3 - магнитный сердечник, 4 - металлическое дно, 5 - вторичная многорядная обмотка, 6 - первичная обмотка, 7 - элементы питания ионного источника, 8 - накопительный конденсатор, 9 - теплопроводящий изолятор, 10 - межрядовая изоляция, 11 - межрядовая изоляция с надрезами, 12 - жидкий диэлектрик, 13 - крышка генератора, 14 - температурный компенсатор, 15 - высоковольтный герметичный проходной изолятор.

На фиг.2 представлен разрез А-А, где 16 - надрезы.

Генератор выполнен в металлическом корпусе 1, залитом жидким диэлектриком, внутри которого размещена нейтронная трубка 2, высоковольтный импульсный трансформатор, содержащий цилиндрический полый магнитный сердечник 3, закрытый металлическим дном 4. На сердечнике расположена вторичная многорядная обмотка 5 и поверх вторичной - первичная обмотка 6, элементы питания ионного источника 7 и накопительный конденсатор 8. На металлическом дне 4 жестко закреплен и имеет с ним достаточно хороший тепловой контакт теплопроводящий изолятор 9 с кольцевыми проточками. Часть слоев межрядовой изоляции 10, выходящая за пределы рядов со стороны металлического дна, послойно загнута внутрь кольцевых проточек теплопроводящего изолятора 9.

Такое выполнение загибов формирует барьерную электрическую изоляцию металлического дна 4, находящегося под полным выходным напряжением трансформатора (100-120) кВ от корпуса генератора. В качестве материала теплопроводящего изолятора 9 может быть выбрана керамика с высокими электрическими и теплопроводящими свойствами: электрической прочностью более 30 кВ/мм и теплопроводностью более 100 ватт/°С·м, например, нитрид алюминия или оксид бериллия, или других теплопроводящих изоляционных материалов.

Часть слоев межрядовой изоляции, выходящая за пределы рядов 11, надрезана послойно равномерно по диаметру, причем надрезы 16 в последующем слое размещены между надрезами 16 в предыдущем слое, надрезанная часть изоляции 11 завернута на наружную поверхность трансформатора и закреплена, что создает барьерную изоляцию между рядами и сокращает общую длину генератора.

Для обеспечения электрической прочности генератор залит жидким диэлектриком 12. На крышке генератора 13 установлен температурный компенсатор 14 и высоковольтный герметичный проходной изолятор 15.

В качестве жидкого диэлектрика в генераторе использовано конденсаторное масло ТКП.

Генератор работает следующим образом.

При подаче импульса запуска на управляющий электрод ионного источника нейтронной трубки 2 происходит разряд накопительного конденсатора 8 на первичную обмотку 6 импульсного высоковольтного трансформатора. При этом на вторичной обмотке 5 трансформатора формируется импульс напряжения амплитудой (100-150) кВ и передается через дно 4 на мишенный электрод трубки 2. Одновременно ионный источник нейтронной трубки 2 производит ионы дейтерия, которые ускоряются в направлении мишени.

При бомбардировке мишени нейтронной трубки 2 ионами дейтерия в результате ядерной реакции T(d, n) Не⁴ образуются нейтроны.

При работе генератора происходит разогрев мишенного электрода до температуры более 100°С и ионного источника до температуры 50°С. От мишени тепло отводится через металлическое дно 4, теплопроводящий изолятор 9 на корпус 1 генератора.

Вокруг ионного источника происходит естественная циркуляция масла и тепло от источника нейтронной трубки 2 передается путем конвективного обмена на корпус 1, крышку 13 и металлический компенсатор 14.

Такое выполнение загибки слоев межрядовой изоляции 10, выступающей за пределы рядов вторичной обмотки высоковольтного трансформатора, в кольцевые проточки теплопроводящего изолятора 9 со стороны мишени нейтронной трубки и загибки слоев межрядовой изоляции 11 при помощи надрезов 16 на наружную поверхность трансформатора со стороны источника трубки обеспечивает требуемую электрическую прочность. При этом уменьшается длина генератора нейтронов и стабилизируется температурный режим нейтронной трубки 2, увеличивается срок службы генератора.

Блок излучателя нейтронов, содержащий размещенные 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 изоляционного материала с металлическим дном, соединенным с концом вторичной обмотки трансформатора и с мишенной частью нейтронной трубки, отличающийся тем, что между металлическим дном и корпусом установлен теплопроводящий изолятор с кольцевыми проточками, имеющий с ними тепловой контакт, части слоев межрядовой изоляции, выступающей за пределы рядов с одной стороны, загнуты в проточки теплопроводящего изолятора, а с другой стороны надрезаны послойно равномерно по диаметру, причем надрезы в последующем слое размещены между надрезами в предыдущем слое, надрезанная часть изоляции завернута на наружную поверхность трансформатора и закреплена.

Похожие патенты:

Ускорительная трубка // 2467527

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к импульсным сильноточным ускорителям электронов, и предназначено для передачи энергии от мощного источника электромагнитного импульса к нагрузке.

Импульсная ускорительная нейтронная трубка // 2467526

Изобретение относится к приборам для ускорения ионов в электростатических полях, конкретно к технике генерации нейтронов при ядерном взаимодействии дейтронов с тритиевыми мишенями.

Импульсная ускорительная трубка // 2467429

Ионный диод для генерации нейтронов // 2461151

Линейный индукционный ускоритель // 2459395

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для генерации электронных и ионных пучков наносекундной длительности с высокой частотой следования импульсов.

Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель // 2459394

Изобретение относится к области электротехники и электрофизики, а именно к экспериментальной физике и ускорительной технике, и может использоваться для ускорения плазмы до гиперскоростей, а также для получения нанодисперсных порошков титана и его соединений: оксидов, нитридов и др.

Циклический ускоритель пылевых заряженных частиц // 2456781

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. .

Способ электростатического ускорения макрочастиц // 2455800

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для решения научных и прикладных задач. .

Инжектор линейного индукционного ускорителя // 2455799

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для генерации электронных пучков наносекундной длительности с высокой частотой следования импульсов.

Ускоритель высокоскоростных твердых частиц с автоподстройкой функции распределения частиц по радиусу мишени // 2451434

Ускоритель высокоскоростных твердых частиц // 2487505

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц

Ленточный транспортер зарядов для электростатических ускорителей // 2504932

Изобретение относится к высоковольтной ускорительной технике и, в частности, к ленточным транспортерам зарядов электростатических ускорителей. В качестве многослойной тканевой основы транспортировочной ленты используют полиэфирно-хлопковую ткань, слои которой соединяют между собой клеем с высокой адгезией, а плакировочные слои ткани выполняют из резиновой смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука, включающего мел и каолин. В качестве пластификатора используют дибутилфталат. Это позволяет повысить срок службы ленточного транспортера, снизить степень износа рабочей поверхности, а также ее гигроскопичность, повысить прочность межслойной связи, что в конечном счете в целом приводит к улучшению технологических характеристик предлагаемого устройства.

Способ оценки распределения ионного пучка перезарядного электростатического ускорителя на облучаемом образце // 2515466

Изобретение относится к ускорителям низких и средних энергий различного назначения и, в частности, к электростатическим ускорителям. Заявленный способ включает извлечение ионизированных исследуемым пучком частиц остаточного газа в электрическом поле конденсатора, формирование извлеченных ионизированных частиц в ленточный пучок при помощи щели, отклонение электрическим полем конденсатора ионизированных частиц ленточного пучка в зависимости от их энергии, а также формирование двухмерного изображения сечения исследуемого ионного пучка путем подачи извлеченного ленточного пучка на электронно-оптический преобразователь, состоящий из усилителя на микроканальных пластинах и покрытой люминофором пластины и регистрацию оптического изображения с помощью видеокамеры. Оптическую ось видеокамеры позиционируют относительно экрана датчика изображения сечения пучка. На экран датчика наносят тестовую геометрическую фигуру, которую сравнивают с эталонной геометрической фигурой, заложенную в программном алгоритме вычислительной машины, после чего продолжают юстировку видеокамеры до момента совпадения форм эталонной и тестовой геометрических фигур. Технический результат заключается в повышении точности оценки распределения ионного пучка. 3 ил.

Ускорительная нейтронная трубка // 2521050

Заявленное изобретение относится к приборам для ускорения ионов в электростатических полях, конкретно к технике генерации нейтронов при ядерном взаимодействии дейтронов с тритиевыми мишенями. Заявленное устройство содержит герметичный корпус, внутри которого соосно расположены цилиндрический катод с мишенью, нанесенной на его внутренней поверхности, и анод симметрично охватываемый катодом. При этом в заявленном устройстве анод выполнен в виде двух встречных, симметрично расположенных стержней диаметром а, на торцах которых размещены насадки из металла, насыщенного дейтерием, смещенные друг относительно друга на расстояние d по оси симметрии трубки, диаметр катода b должен удовлетворять неравенству 0,2<a/b<0,3, А диаметр анода неравенству 0,2<a/d<1,0. Технический результат заключается в увеличении энергетического КПД генерации нейтронов. 1 ил.

Линейный индукционный ускоритель с двумя разнополярными импульсами // 2522993

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для генерации электронных и ионных пучков наносекундной длительности с высокой частотой следования импульсов. Линейный индукционный ускоритель содержит индукционную систему (1) в виде набора ферромагнитных сердечников, охваченных витками намагничивания с объединенными выводами (2) с каждой стороны сердечников, магнитный коммутатор, магнитный импульсный генератор (3), состоящий из последовательных контуров сжатия, каждый из которых образован конденсатором и дросселем насыщения, и имеющий заземленный и потенциальный выводы, к которым подсоединен дроссель насыщения (8), а к потенциальному выводу подключен один из трех электродов двойной формирующей линии (4). Второй электрод двойной формирующей линии (4) одним концом подключен к заземленному выводу магнитного импульсного генератора, а между другим концом этого электрода и одним из выводов витков намагничивания индукционной системы включен магнитный коммутатор (9). Между третьим электродом (7) двойной формирующей линии (4) и вторым выводом витков намагничивания (2) индукционной системы (1) включена одинарная формирующая линия (10). Между точкой соединения двойной (4) и одинарной (10) формирующих линий и точкой соединения магнитного коммутатора (9) и индукционной системы (1) включен дополнительный дроссель насыщения (11). Технический результат - снижение потерь энергии и повышение надежности за счет уменьшения числа элементов в схеме. 2 ил.

Свободно осциллирующий электромагнитный ускоритель // 2523426

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Свободно осциллирующий электромагнитный ускоритель содержит ферромагнитный ускоряемый объект, цилиндрическую немагнитную трубу, резонаторы, блоки питания резонаторов, цепи обратной связи и систему просчета фазы колебаний. Технический результат - повышение эффективности разгона за счет использования всей энергии конденсаторного накопителя на каждой ступени и за счет снижения длительности импульса. 1 ил.

Импульсный ускоритель твердых частиц // 2523666

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Каскадный импульсный ускоритель твердых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, цилиндрические электроды, резисторы делителя, колонны разделительных сопротивлений, высоковольтные конденсаторы, неуправляемые разрядники, управляемые разрядники, систему управления, датчик тока, источник высокого напряжения, шину данных, мишень, согласующее устройство, электронно-вычислительную машину. Технический результат - повышение скоростей частиц, упрощение конструкции, позволяющей наращивать число ступеней для достижения необходимых скоростей, повышение надежности системы. 1 ил.

Резонансный электромагнитный ускоритель с компенсацией потерь // 2524574

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Резонансный электромагнитный ускоритель содержит ферромагнитный ускоряемый объект, цилиндрическую немагнитную трубку с соосно закрепленными на ней и последовательно расположенными тяговыми соленоидами, средства коммутации обмоток соленоидов по сигналам управляющего устройства, силовые шины коммутации и конденсаторный источник энергии, силовые ключи, изолированные драйверы, обратные диоды, датчик тока, шину управления, главный коммутатор, основной драйвер и импульсный блок питания. Технический результат - повышение эффективности разгона резонансного электромагнитного ускорителя за счет периодического подзаряда конденсаторного накопителя в моменты задержек включения основных соленоидов до максимального напряжения. 1 ил.

Каскадный ускоритель // 2531635

Заявленное изобретение относится к ускорительной технике. В заявленном каскадном ускорителе предусмотрено два набора конденсаторов, соответственно соединенных последовательно и включенных через диоды. Каскадный ускоритель содержит образованный посредством отверстий в электродах конденсаторов набора канал ускорения, направленный на размещенный в области электрода с наивысшим напряжением источник частиц. При этом электроды, которые могут иметь сферическую или эллиптическую геометрию, изолированы по отношению друг к другу до канала ускорения с помощью твердого или жидкого изоляционного материала. Техническим результатом является сочетание возможности обеспечения высокой достижимой энергии частиц и компактной конструкции ускорителя при погружении источника частиц в твердый или жидкий изоляционный материал. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Инжектор заряженных пылевых частиц // 2532688

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано в качестве инжектора пылевых частиц для последующей ускорительной системы. Инжектор заряженных пылевых частиц, содержащий корпус, зарядный электрод, зарядную камеру, внешний составной электрод зарядной камеры, иглу (или набор игл), бункерную камеру. Для предотвращения спекания микропорошка в бункерной камере бункерная камера выполнена в форме "песочных часов" во внешнем составном электроде зарядной камеры, у внешней поверхности бункерной камеры установлен шаговый двигатель, обеспечивающий вращение бункерной камеры, на оси инжектора установлены два цилиндра Фарадея, которые соединены с блоком управления шагового двигателя. 1 ил.