Главная Вакуумные трубки



области, прилегающей к антидинатронному сетчатому элек троду. При этом электрическое поле у сетки с учетом его усиления на поверхности проводников должно достигать больших значений и вызывать значительные эмиссионные токи. В этих случаях электростатический метод подавления электронной проводимости неэффективен.

Рис. 34. Конструкция НТ с магнитной изоляцией: / - оптическое окно; 2 - кольцевые магнитные элементы; 3 - изолятор: 4 - газопоглотители; 5 - анод; в - плазмообразующая мишеиь; 7 - нейтронообразующая мишень


Для мощных импульсных НТ с коаксиальной геометрией ускорения перспективным является метод магнитной изоляции. Отличие метода в следующем. На электроны воздействует внешнее магнитное поле, направление которого параллельно поверхности рассматриваемого эмитирующего участка нейтронообразующей мишени. При определенном соотношении между индукцией магнитного поля, ускоряющим напряжением и геометрическими характеристиками диодной системы электроны не достигают анода, а возвращаются на катод. Впервые метод магнитной изоляции применительно к нейтронным излучателям рассмотрен в работе [2], а техническое решение малогабаритной импульсной НТ, в которой подавление электронной проводимости осуществляется набором кольцевых магнитных элементов, создающих поле параллельное оси симметрии НТ, в работе [4]. Конструкция такой трубки в сочетании с лазерным ионным источником показана на рис. 34. Рассмотрим метод магнитной изоляции с учетом динамики электрона в НТ. Если принять, что плазма, взаимодействуя с магнитным по-

лем, «истекает» из анодного электрода в виде цилиндрической расширяющейся струи, то задачу о движении электронов в НТ G магнитной изоляции мож.чо свести к коаксиальному конденсатору с продольным магнитным полем [60]. Благодаря малости радиуса Дебая роль внутреннего электрода в этом конденсаторе играет плазменная струя. В этом случае система уравнений Ньютона - Лоренца для электрона, эмитируемого нейтронообразующей мишенью, в цилиндрической системе координат имеет вид:

rtir

Be m

(83)

где Pr, Яф - радиальный и азимутальный импульсы электрона; ф (г) - потенциал суммарного электрического поля, учитывающий объемный заряд ускоренных частиц; г -радиальная координата; т -релятивистская масса электрона.

Система уравнений записана при условии малости собственного магнитного поля электронов по сравнению с индукцией В внешнего магнитного поля и с учетом, что электрическое поле потенциально, что практически всегда выполняется в НТ, Замена переменной на г в формуле (83) и последующее его интегрирование с нулевыми начальными условиями приводит к соотношениям;

/<г) = 2 J drP [Be - Рг] 2е J drm (г).

(84)

где /•„ - радиус катода. Проинтегрировав второе выражение (84) с учетом, что т {г} = /п + tpe/c (т - масса покоя электрона), получим

Pf (г) = т,ф + е\У2с - Вё {г1 - rflArK (85) Введем в рассмотрение безразмерный параметр

(86)

при условии, что электрон поворачивает назад, не попадая в область, занимаемую плазмой. Критическое условие {а) = О, где (2-радиус плазменной струи, соответствует случаю, когда точка поворота находится на плазменной границе. Из соотношения (85), получаем с учетом формулы (об) выражение для критического значения параметра р,

3 «-юов



1&ревышение которого соответствует полной магнитной изоляции:

R. /i eU \Чг

(87)

Аналогичное соотношение получается из анализа самосогласованного уравнения Пуассона, являющегося обобщением уравнения (24), полученного в § 1.1,

I со р2

2пе„/

щ IT

Щу-у*)

. (88)

где а » 2а - коэффициент, определяющий наличие электронов в диоде; П - функция Хевисайда; у* - положение точки поворота электронов в диодном промежутке; начальные и граничное условия для уравнения (88) те же, что и для уравнения (24).

Результаты исследования НТ с магнитной изоляцией приведены в работе [50]. Исследовалась модель ускорительной трубки с магнитной изоляцией и лазерным источником дейтронов (рис. 34). В качестве магнитных элементов использовался соленоид, позволявший создавать осевое поле с индукцией 1 Тл. На рис. 35 показаны зависимости тока и ускоряющего напряжения от времени. При увеличении индукции от 0,3 до 1 Тл время изоляции увеличивалось от 0,5 до 1 мкс, а изоляция по электронному току достигала

50 %.

Как видно, в области 0,5 мкс < / < 1,0 мкс происходит срыв магнитной изоляции, что по всей вероятности, следует объяснять развитием диокотронной неустойчивости в электронном облаке, имеющем резко выраженный максимум плотности в области поворота электронов к катоду. Оценочные времена развития диокотронной неустойчивости в рассматриваемом случае примерно соответствуют ука* ванным временам срыва магнитной изоляции.

Невозможность достижения полной магнитной изоляци можно объяснить также уходом части электронов в процео ускорения в область между сплошным анодным цилиндро! Ь и изолятором 2 (см. рис. 34).

Зависимости выхода нейтронов от индукции для раз личных энергий лазерного импульса, определяющих, как! отмечалось в § 1.3, концентрацию заряженных частиц в плазме, показаны на рис. 36.

В области малых значений индукций ход кривых объяс*

няется ограниченной мощностью используемого высоковольтного источника и его большим импедансом, превышающим электронный импеданс диода. В результате протекания электронного тока происходит падение напряжения на ускоряющем промежутке НТ и уменьшение по амплитуде и длительности высоковольтного импульса (см. кривую 6


оти.ед.

1,1 О

----\\

Рис. 35. Зависимость тока (а) и ускоряющего напряжения (б) НТ с магнитной изоляцией и лазерным источником от времени: / »• полный ток при в = 0; = 0,5 Дж; 2 - полный ток при В = 0,65 Тл} £д = 1 Дж; 3 - ток ионов при В = 0,65 Тл; = 1 Дж; 4 - напряжение холостого хода на ускоряющем зазоре; 5 - напряжение на ускоряющем зазоре при В - 0,65 Тл; = 0,5 Дж: S - напряжение иа ускоряющем зазоре при fi = 0; £j, = 0,5 Дж

Рис. 36. Зависимость нейтронного выхода НТ с магнитной изоляцией и лазерным ионным источником от тдукции магнитного поля: Е = 1 Дж; 2 - 0,5 Дж; 3 - 0,3 Дж: 4 - 0,1 Дж

на рис. 35). Это существенно сказывается на нейтронном выходе трубки. С ростом индукции уменьшается электронная проводимость диодного промежутка при одновременном увеличении в нем объемного заряда электронов. Это приводит к возрастанию нейтронного выхода за счет уменьшения падения на внутреннем сопротивлении источника напряжения и частичного увеличения первеанса диода в результате компенсации объемного заряда ионов электронами (рост параметра g (а) в уравнении (31) для диодного первеанса). Анализ уравнения (88) показывает, что рост первеанса диода за счет электронной компенсации объемного заряда происходит при возрастании индукции до критического значения;

= Ркр У-

(89)

Дальнейшее увеличение индукции приводит к уменьшению области диодного промежутка, занимаемого электро-



нами (увеличение у* в уравнении (88)), и, следовательно, • к уменьшению первеанса диода по дейтронам. В дополнение к этому происходит уменьшение радиуса плазменной струи [60], что также уменьшает первеанс при больших индукциях в результате уменьшения параметров g {а, d, а). Эти механизмы объясняют наличие максимума кривых при В « 0,6 Тл.

Амплитуда полного тока в НТ с магнитной изоляцией достигает 10 А при длительности 1 мкс. Использование постоянных кольцевых магнитов с индукцией 0,3 Тл в частотном режиме при частоте срабатываний 25 Гц и энергии лазерного импульса 0,02 Дж позволяет получить поток 14 МэВ нейтронов, превышающий 10° нейтр./с [118].

В заключение рассмотрим перспективный метод подавления электронной проводимости НТ в ускорительной трубке ДИН-1 с вакуумно-дуговым источником дейтронов [ 03] (см. рис. 17). При этом методе на анодном торце располагаются проволочные дуги: выступающие в область, охватываемую катодом. На этапе формирования плазмен-ного анода эмитируемые катодом электроны ускоряютс! не в сторону сплошного анода, а к проводникам. При тщ лете к проводнику электрон обладает конечным моменто! количества движения относительно центра проводника, поэтому его эффективная потенциальная энергия в области, прилегающей к проводнику, может превысить энергш движения электрона, налетающего на проводник. Это пр( пятствует захвату электрона проводником и приводит возвращению его на катод. Можно так подобрать число пр( водников и их диаметр, что значительная часть электроно) рассеивается на аноде, не замыкая ускоряющий зазор [103],

Глава 2

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИОННО-ВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ НЕЙТРОНОВ

2.1. технологические операции при изготовлении элементов нейтронных трубок

Ионно-вакуумные приборы для генерации нейтронов нейтронные трубки (НТ) представляют собой откаченные и запаянный электровакуумный прибор (ЭВП). Технология изготовления НТ сложна и требует соблюдения основных требований, предъявляемых к ЭВП, содержащих радиоактивные элементы, в частности тритий. Процесс изготовления НТ можно разделить на следующие этапы: изготовление металлических, стеклянных, керамических-деталей и

узлов, а также деталей и узлов, содержаигих тяжелые изотопы водорода; физико-химическая обработка деталей и узлов; монтаж; сборка корпуса и закрепление в нем деталей и узлов; термовакуумная обработка НТ (включающая процессы отжига, откачки, обезгаживания, активации газопоглотителей); высоковольтная тренировка; тренировка ионных источников; запайка; испытание прибора. Рассмотрим некоторые наиболее характерные этапы.

Физико-химическая обработка деталей и узлов НТ. Для изготовления деталей НТ применяют материалы с минимальным количеством загрязнений. Однако в процессе изготовления деталей (механическая обработка, хранение и Т. д.) их поверхность загрязняется. При этом ухудшаются изоляционные свойства поверхности изоляторов, что явля- ется причиной токов утечки и пробоев между электродами; ухудшение вакуума связано с интенсивным выделением газов и паров из загрязнений (например, при нагреве или электронной и ионной бомбардировке загрязненных деталей); снижаются прочность и герметичность швов при сварке деталей и узлов НТ. Для удаления загрязнений поверхность деталей подвергается очистке [123, 126].

В технологическую схему очистки входят следующие операции; механическая очистка, обезжиривание в органических растворителях или щелочных растворах, очистка с использованием ультразвуковых колебаний рабочего раствора; химическое или электрохимическое травление; химическое или электрохимическое полирование, тщательная обмывка рабочего раствора с поверхности деталей.

Основные преимущества ультразвуковой очистки - высокое качество очистки и малый расход химических реактивов, возможность очистки деталей сложной геометрической формы с труднодоступными для обезжиривающего раствора участками внутренней и внешней поверхностей; возможность удаления засохших и полимеризовавшихся загрязнений, стеклянной осыпи, твердых пленок лака, полировальных паст, флюсов; простота удаления с деталей ворсинок, пыли, заусенцев.

При травлении в химически активных средах протравленная поверхность имеет шероховатую структуру и С1ю-собна снова активно поглощать влагу, агрессивные газы и пары из атмосферного воздуха и активно вступать с ними в Химическую реакцию. Обычно травлению подвергают детали, изготовленные из меди, из листового проката или труб. Поверхностный слой которых сильно насыщен окислами, а также узлы, состоящие из спаянных соединений ковара со стеклом.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [10] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22


0.0227