Главная Вакуумные трубки



s o.

к 3 5 •

"(BWxHIfUWB)

ениэжкйивн

QJ m ffl

я H ffl a о So tf

I I g if

5 §

о о

to CO

Ю о

о ТТ о- о -

сч о

§ 1

. Q.

р. е


я 8-

00 со

2&

X (Я » 3

-й э

о. В!

Q. 3.

- И Ч

юо со"

га а S

5 § S g

импульса может составлять Uo - 100...300 кВ. Синхронно с ускоряющим импульсом на электроднуюсистему ионного источника от емкостного накопителя подается высоковольтный импульс амплитудой 10 кВ. Энергия, запасенная в импульсе, составляет 1,5 Дж. Ионный источник представляет собой кварцевую трубку, на которую напылен ряд титановых колец, насыщенных тритием. По поверхности кварца между напыленными кольцами развивается пробой. В процессе нагрева колец происходит термодесорбция и ионизация трития, и разряд переходит в дуговой. Ионы трития, эмитируемые нз области разряда, попадают в межэлектродный зазор и ускоряются к нейтронообразующей мишени - пленки толщиной 3 мкм из дейтерида титана, нанесенной на внутреннюю поверхность катода ускоряющей системы. Образование быстрых нейтронов происходит в результате реакции D (Т, «)* Не. Рабочее давление в НТ

составляет Рраб !0~ Па и может поддерживаться с помощью геттеров или микропасоса. Ресурс такой НТ не пре-, вышает 10* включений, а выход - 10 нейтр./имп.

Более поздняя разработка НТ аналогичного типа, выполненная в «Сандиа нэйшенел лэборэтри» [174], использует ионный источник с вакуумной дугой, горящей между двумя соосно расположенными кольцевыми электродами (рис. 16). Катод / выполнен из дейтерида скандия и располагается со стороны заднего торца ионного источника, а анод 3 находится со стороны его выходного отверстия. Ускоряющая система имеет структуру иммерсионной линзы: анод 5 - катод 6. На дне катодной полости расположена нейтронообразующая мишень 7. Между областью разряда и ускоряющим зазором, в полости аиода ускоряющей системы, расположен магнитный элемент, создающий продольное поле с индукцией на оси системы В л; 0,6-0,9 Тл, фокусирую1цее пучок электронов, эмитируемых мишенью и катодом, а также контрагирующее плазму, вытекающую из области разряда. Проходя через анодную полость, охватываемую магнитным элементом, электронный поток в катоде замагки-чивается и создает дополнительную ионизацию плазмы.

Дейтроны, отбираемые с поверхности анодного торца, ускоряются высоковольтным импульсом амплитудой 125 кВ и длительностью 2 мс. Нейтронный выход при pecjpce, ограниченном 10 импульсами, превышает 10• нейтр./имп.

В НТ отечественных разработок типа ДИН-1 используют трехэлектродные вакуумно-дуговые ионные источники ПОЗ] (рис. 17). Трехэлектродный источник дейтронов с поджигаемой вакуумной дугой, который по своим параметрам и размерам можно использовать в НТ, описан в





K;;M„iyroSTr„LrS;„?a g." родного ва.

Рнс. 16. Конструкция ускоряющей системы (а) и двухэлек- тродного ионного источника мощной вакуумной НТ (б):

/ - катод ионного источника; 2 - изолятор; 3 - анод ионного ис точинка; 4 ~ магнитный элемент} LZi диодный электрод ускоряю-щей системы; в - катодный элек-трод ускоряющей системы; 7 ™ нейтронообразующая мишень



P"=-JZ- Схематический разрез нейтронной тоубки ЛИН i , 9лек1Т,одным вакуумно-дуговым ионным источников "Р*"

4льц1обТа°зи°ый"ны"с?;п. Т"™е;алл-;с?1кл5"""<Г°"""« -Р°д: « -газопоглотителей; 6 ~гопоАоТпоАж1г7оШи. " - Сеиция

высоковольтные выводы; 8 = штмгвЙ.- о """"" источников; 7 - /9 - рефлексный анод штенгель. „ экранирующий цлтрод.

работе [114]. Он работает В откачанном И запаянном объемах при давлении Рраб « 10~ Па. Прн подаче на поджигающий управляющий электрод / источника импульса напряжения G амплитудой в несколько киловольт по боковой поверхности керамического изолятора 2 развивается пробой (рнс. 18). Для стабилизации момента поджига на его боковую поверхность напылен слой графита 3. В результате пробоя на конусном участке катода 5 образуется катодное пятно за время 10~ с н происходит локальный разогрев катода до нескольких тысяч градусов. Катод выполнен из дейтерида циркония. Температура катодного пятна значительно превышает температуру, при которой разлагается дейтерид и на- /1

чинается эффективная термодесорбция, носящая взрывной характер. В результате образуется частично-

Рис. 18. Устройство трехэлектродного источника дейтронов с поджигаемой вакуумной дугой

ионизированное облако паров дейтерия, распространяющееся в виде ударной волны в пространство между катодом и анодом 4 ионного источника. Время распространения этой волны через зазор имеет тот же порядок, что и время развития дуги. В результате выброса дейтерия в полость ионного источника происходит локальное увеличение давления в области распространения ударной волны, что является причиной развития разряда между катодом и анодом, соответствующего левой ветви кривой Пашена о последующим его переходом в дуговой. Этот процесс сопровождается образованием анодных пятен. Сформировавшаяся дуга горит уже в парах циркония, атомы которого испускаются пятнами дуги и имеют меньшую скорость разлета и меньший (в два раза) потенциал ионизации по сравнению G дейтерием. Поэтому основными поставщиками дейтронов в ионном источнике являются катодные и анодные пятна дуги (анод также можно выполнить из дейтерида). Падение напряжения на разрядном промежутке обычно составляет десятки вольт. Анодные и катодные пятна могут перемещаться по соответствующим поверхностям. При этом катодное пятно постепенно смещается сверху вниз по конусному участку поверхности катода, что объясняется обеднением области катодного пятна дейтерием и автоматическим переходом его на свежий участок [114].

Ресурс такого ионного источника определяется разрушением электродов, а также уменьшением их дейтеросо-



держания при термодесорбции и составляет 10* ими. Увеличение энерговклада в ионный источник, с одной стороны, приводит к увеличению эмиссии дейтронов, а с другой - уменьшает его ресурс.

Процесс вытягивания иоиов дейтерия в диодный промежуток и последующее их ускорение к нейтронообразующей мишени в НТ с вакуумно-дуговыми ионными источниками происходят в соответствии с общими закономерностями, изложенными в§ 1 I. Если в момент достижения плазмой анодного торца ее концентрация п удовлетворяет неравенству

n<f{t)/{eV2vD), (63)

где Vd - максимальная скорость дейтронов, то плазма не выходит в ускоряющий зазор. Если же условие (63) не выполняется, то плазма попадает в ускоряющий зазор (рис. 3, г). При этом положение ее переднего фронта в каждый момент времени определяется балансом газодинамического ионного потока, переносимого на плазменной границе, и числа ионов, отбираемых из плазмы в единицу времени по законам Чайлда - Ленгмюра (16). Все положения, рассмотренные в § 1,1, справедливы и для случая, когда плазменный фронт, из-за малости длины Дебая по сравнению с шириной ускоряющего зазора, фактически принимает на себя роль анодной поверхности.

В некоторых случаях из-за неоднородности структуры плазме!П1ого фронта баланс между током Чайлда - Ленгмюра и э.миссиопиой способностью плазмы на отдельных участках ее границы может локально не выполняться. Это прньоя1!т к неустойчивой работе трубки, возникновению пробойных явлений и т. д. Чтобы трубка работала стабильно и излучала максимальный нейтронный поток, необходимо соблюдать опре;еленные условия синхронизации моментов подачи ускоряющего импульса и импульса подни-га дуги, подбираехйлх экспериментально, в сочетании с выбором оптималы1?.1х энергетических параметров ионного : ксточпика. Для фиксации плазмы в анодной полости можно использовать сетчатые электроды, имеющие потенциал анода и расположенные в его торцевой области [18].

Вопросы оптимизации включения таких трубок, серийно выпускйсмых отечественной промышленностью, рассмотрены в работах [103, 13]. Они широко применяются в апьа-ратуре импульсного нейтронного каротажа скважин [14]. Ускоряющая система таких НТ аналогична системе, изображенной на рис. 3,6. Схема включения НТ, используемой в нейтронных генераторах, показана на рис. 19, а. От блока высоковольтного питания (па рисунке не показан) заряжа-

ются накопительные конденсаторы ионного источника С2 и ускоряющей системы С/ до напряжения несколько киловольт. При подаче иа управляемый высоковольтный коммутатор (разрядник) F запускающего импульса 6з.у конденсатор С1 разряжается на первичную обмотку высоковольтного трансформатора Т. При этом начинает нарастать потенциал анода трубки Л и потенциал поджигающего электрода П. В некоторый момент времени, определяемый па-


Рис. 19. Схемы включения НТ с трехэлектродный вакуумно-дуговым ионным источником

раметрами схемы, в ионном источнике трубки происходит разряд между электродом поджига и катодом К, а затем накопительный конденсатор С2 разряжается на анодно-катодный зазор, где образуется дуга. Одновременно продолжает нарастать потенциал анода трубки в процессе разряда конденсатора С/, что создает условия для вытягивания дейтронов в диодный зазор и последующего их ускорения к нейтронообразующей мишени М, которая в данной схеме заземлена. Для эффективной генерации нейтронов в трубге необходимо использовать трансформаторы, пoзвoляющe получать ускоряющие импульсы с амплитудой не менее Юо кВ. Характеристики вакуумных ускорительных НТ ПЗ] приведены в табл. 2. Такая схема включения допускает Оптимизацию по энергии накопительного конденсатора С2, "Вкладываемой в дугу. Зависимость нейтронного потока от Энергии построена на рис. 20. Наличие у кривых максимума Подтверждает правильность сформулированного выше процесса формирования пакета ускоряемых в трубке ионов. При малых Е излучаемый нейтронный поток мал из-за



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


0.0119