Импульсный генератор нейтронов

,К ТЕНТ ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(76) К.И.Кожовский и И.К.Новиков (56) 1. Кирьянов Г.И, Сб. Ядернофизические методы анализа вещества, М,: Атомиздат, 1971, с.279-287.2. Авторское свидетельство СССР М 76048, кл. 6 21 6 4/02, 1979., (54) ИМПУЛЪСНЫЙ ГЕНЕРАТОР НЕЙГРОНОВ(57) Использование; ядерная геефизика и другие области нейтронной техники. Сущность изобретения: генератор содержит импульсный двухобмоточный трансформатор, совмещенный с формирующей линией с нааИзобретение относится к нейтронной технике, к области конструирования средств формирования потоков нейтронного излучения и может быть использовано в ядерной геофизикев нейтронно-активационном анализе и в других областях ядерной техники и технологии.Целью изобретения является повышение потока генерируемых нейтронов при снижении электропотребления и габаритов генератора. Кроме того, целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем получения дополнительно ионного выхода.На фиг. 1 представлена конструкция заявленного, генератора; на фиг.2 - геометрические параметры электродных систем. полнителем, электрод формирующей линии которого соединен с анодом, на котором установлена ионообразующая мишень, Анод снабжен дугообразными электродами и размещен в зоне вакуумной камеры генератора с цилиндрическим корпусом . Симметрично сдугообразными электродами на внутренней поверхности корпуса-катода установлена нейтронообразующая мишень. Между, анодом и катодом установлена антидинаторная магнитная системз в виде спирали зэданного диаметра, Генератор снабжен источником лазерного излучения с сйстемой его фокусировки на мишень и сканирования излучения по ее поверхности, а также каналом транспортировки ускоренных ионов. 4 3. п,ф-лы, 2 ил,На фиг. 1 показаны блок 1 питания импульсного разрядника, состоящего из импульсного трансформатора, формирующей линии и лазерного плазмообразователя, блок 2 импульсного питания антидинаторной магнитной системы, сердечники 3 двух- обмоточного трансформатора, изоляторы 4, электрод 5 формирующей линии импульсного разрядника, трансформаторный наполнитель 6, анод 7, ионообразующая мишень 8, дугообразный электрод 9, лазерная плазма 10 (ее контур), оптическое окно 11 для лазерного излучения, система 12 сканирования и, фокусировки лазерного излучения, импульсно-периодический лазер 13, спираль 14 магнитной системы, нейтронообразующая мишень 15, вакуумная камера 16, 1820946система 17 вакуумироаания (вакуумный насос), пульт 18 управления, корпус 19 нейтронного генератора, катодный носитель 20 нейтронообразующей мишени, первая обмотка 21 трансформатора, вторая обмотка 22 трансформатора, канал 23 транспортировки ионов, механизм 24 разворота анодной мишени.Согласно заявленному предложению в известный импульсный генератор нейтронов внесены конструктивные изменения, относящиеся, в частности, к выполнению магнитной антидинаторной системы импульсного разрядника,Магнитная система выполнена в виде спирали 14 с радиусом Вс и длиной Ь и установлена между электродами 7 и 20 ионоускоряющей электродной системы в вакуумной камере 16 так, что ее спираль создает локализованное магнитное поле вокруг витков с прозрачностью порядка 90- 95. Укаэанный фактор появляется, в частности, из-за влияния окружающего спираль катодного носителя 20 нейтронообразующей мишени, служащего в данном случае короткозамкнутым витком. Спираль 14 располагают в центре электродной системы с охватом нейтронообразующей мишени 15 по ее длине Ы, когда ЕсЬ.Для создания импульсного ускоряющего напряжения на аноде 7 использован двухобмоточный трансформатор с сердечниками 3 из тонкого ферромагнитного железа, пермаллоя или другого аналогичного материала. Трансформатор использован с наполнителем 6, в качестве которого может служить масло, глицерин, деионизованная вода, В качестве формирующих разряд линий служат корпус 19 и электрод 5, соединенный с анодом 7, Зона расположения трансформатора с наполнителем изолирована от вакуумной камеры 16 и от окружающей среды изоляторами 4,Трансформатор, таким образом, обеспечивает зарядообразующий потенциал на . емкости из электродов 19 и 5 с диэлектриком в виде наполнителя 6, а при самом разряде - необходимый импульс ионоускоряющего напряжения в зоне электродов 7, 20, Благодаря синхронизированному . лазерному облучению ионообразующей мишени 8 на аноде 7, соединенном с электродом 5 формирующей линии, в зоне анода возникает плазма, способствующая предпробойному разряду и, как следствие, обострению фронта импульса напряженности ускоряющего электрического поля. т.е. возникает режим извлечения и ускорения ионов от лазерной плазмы к катоду, Генератор дополнительно содержит несколько дугообразных электродов 9, соединенных концевыми участками с анодом. Радиус дугообразного электрода гэд и средний радиус самой дуги Вд - Ва, а также радиусы анода Ва и катода Вк подбираются специальными.Установлено, что наиболее благоприятный режим работы генератора устанавливается, если дугообразные электроды выбраны в количестве двух-трех, при диаметре электрода 9б = 2 гэд,2-0,8 мм,510 15 20 Ва 1Вс Ва а - 1: -1;Ва , ВаВс1;0,05 В В0;20Вс Ва Для создания вышеприведенных соотношений форму корпуса в зоне вакуумнойкамеры желательно выбрать типа "Реал"(см,фиг.2),Устройство работает следующим образом,С помощью системы 17 вакуумированияв камере 16 создают требуемой степени вакуум, а блоками 1 и 2 питания обеспечиваютэлектрическое питание импульсного разрядника и спирали 14 магнитной системы. Взаданный момент времени, формируемый спомощью пульта 18 управления, облучаютионообразующую мишень 8 импульсом лазерного излучения от источника этого излучения - лазера 13. Лазерное излучениефокусируется на поверхность мишени 8 исканируется по ее поверхности с помощьюсистемы 12 сканирования и фокусировки.Излучение попадает в вакуумную камеру через оптическое окно 11, Процессы зарядкиимпульсного разрядника, включение магнитной системы и лазерного облучениястрого синхронизированы с помощью пульта 18 управления с заданными временамизадержки,При лазерном облучении мишени 8 возникает ионно-электронное образование -плазма. Чтобы получить требуемую ионнуюсоставляющую плазмы мишени насыщаютсоответствующими атомами или их соединениями (для бомбардировки нейтронообразующей мишени, например, Ве 9 Т 0, ЕгО,С 02), Распространяясь в вакуумной камерес соответствующим контуром фронта распространения (см.фиг.1, поз,10), плазма какбы создает эффект расширяющегося анода,благодаря чему она выступает в роли спу 18209465 10 15 портировки при значительном уменьшении потока нейтронов. Выбор материала ионообразующей мишени при этом обуславливается параметрами формируемого ионного 20. потока (зарядом, массой). 25 30 40 скового механизма импульсного разрядника,Ионы плазмы под действием возникающего импульса высокой напряженностиэлектрического поля ускоряются, приобретая соответствующую энергию и направление. Более конкретно дейтроны начинаютбомбардировать нейтронообразующую мишень 15, Синхронно с ускоряющим импульсом через спираль 14 пропускают импульстока. При этом в катодном носителе (например, на основе меди) возбуждается электри-,ческий ток, который своим магнитнымполем запирает вторичные электроны в промежутке между мишенью 15 и спиралью 14.Запирание вторичных электронов в указанном промежутке позволяет в несколько разуменьшить электронный ток на анод 7, чтоприводит к уменьшению электропотребления. Одновременно уменьшается степеньразогрева системы анод-мишень и увеличивается, как следствие, ресурс указанной системы. Магнитное поле тока по спирали 14запирает вторичные электроны, испускаемые и самой спиралью.Проволочные дугообразные электродысоздают нужное распределение электрического потенциала еще до образования лазерной плазмы, предотвращая тем самымфокусировку вторичных электронов наионообразующей мишени при повышениинапряжения на аноде(фронт нарастания напряжения на аноде обычно превосходит 20мкс при полном напряжении 01 - 2 мВ, алазерная плазма и магнитная изоляция ра-.ботают в течение 1 мкс). Кроме этоо,такая система с прозрачным сеточным анодом работает как отражательный триол, гдеподавляется ток электронов в ускоряющейэлектронной системе.Комбинированное запирание вторичных электронов а зонах обеих мишеней значительно увеличивает изоляционныесвойства ускорительной части генератора,позволяяуменьшить его габариты при увеличении параметров формируемых импульсных потоков нейтронов и уменьшениипотребляемой энергии,Исследованиями установлено, что припараметрах генератора йа"-0,5-2 см,йс- 12 см, К-14 см, б 0,2-0,8 мм, 50бс"-0,8 - 1,2 мм. 1 с."12 - 20 см, где бс - диаметрспирали 14; 1 с - длина спирали, и накопительной емкости импульсного разрядникаС-"1000 пф можно получить импульсные потоки нейтронов р = 10 - 10 нейтр/имп с 5длительностью 0,5-1 мкс и частотой следования импульсов 10 - 100 Гц при ресурсе непрерывной работы более 100 ч без замены мишени, Причем данный генератор по сравнению с аналогами имеет повышенную безопасность из-эа отсутствия радиоактивных,. например тритиевых, мишеней,В случае использования генератора а качестве ускорителя ионов он снабжается каналом 23 транспортировки ионов, механизмом 24 разворота анодной мишани в положении, когда нормаль к мишени направлена вдоль оси канала транспортировки. В такой геометрии фронт распространения лазерной плазмы вытянут в сторону этой нормали, а ускоренные ионы приобретают преимущественное направление распространения вдоль канала трансФормула изобретенияИмпульсный генератор нейтронов, содержащий ионоускоряющую систему, расположенную в вакуумироаанном корпусе цилиндрической геометрии, ионообразующую и нейтронообраэующую мишени соответственно на аноде и катоде электродной системы, причем анод размещен на оси катода с радиусом й, в качестве которого служит корпус, а мишень на его внутренней поверхности образует цилиндрический слой с длиной 1 м, лазерный плазмообразователь с системой сканирования и фокусировки лазерного излучения на анодную мишень, импульсный разрядник, синхронизироаанный с лазерным плазмообраэователем и включенный между источником высоковольтного напряжения и ионоускоряющей электродной системой, "антидинаторную" магнитную систему. создающую магнитное поле в зоне формирования ионного потока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения потока генерируемых нейтронов при снижении электропотребления и габаритов генератора, в качестве магнитной системы использована спираль длиной 1.с и радиусом Вс, установленная внутри катода, служащего короткозамкнутым витком вокруг спирали, симметрично оси катода и его части с нейтронообразующей мишенью при условии 1 с1 м, анод снабжен дополнительно дугообразными проволочными электродами, установленными внутри спирали в центре симметрии при заданном соотношении геометрических параметров Яа, Йс, В, причем йа определяется радиусом конструкции из дугообразных электродов, а импульсный разрядник аыполнен в режиме лазерно-плазменной разрядки в зоне электродной системы, для чего.За: е Составитель К,КозловскийТехред М,Моргентал Корректор М,Петрова дэкт аэ 2042Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 бйнат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 10 Производст и внутри корпуса в смежной с зоной электродной системы сформирована изолированная от нее разрядообразующая зона, содержащая двухобмоточный импульсный трансформатор с наполнителем в качестве источника высоковольтного напряжения и внутренний электрод формирующей линии, закрепленный нэ изоляторе, продолжением оторого служит анод электродной еистемы.2.Генераторпоп.1,отличающийся тем, что геометрические параметры заданы . условиями 3. Генерэторпоп.1,отличающийсятем, что дугообразные проволочные элект, роды выбраны в количестве 2-3 с радиусомгэл - 0,1-0,4 мм.5 4.Генераторпоп,1,отличающийсятем, что в качестве наполнителя трансформатора использовано масло либо глицерин,либо деионизованнэя вода.5. Генераторпоп.1,отличающийся 10 тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем дополнительногополучения ионного выхода, генератор снабжен каналом транспортировки ионов, при .этом нормаль к ионообразующей мишени 15 направлена вдоль оси канала, э сама мивень расположена осесимметрично по отношению к каналу транспортировки исодержит атомы требуемых ионов.