RU155328U1 - Импульсный нейтронный генератор - Google Patents

Abstract

Импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные в герметичном металлическом корпусе, залитом диэлектриком, конденсатор накопительный, зарядный дроссель, вакуумную нейтронную трубку, конденсатор источника питания вакуумной нейтронной трубки, электрическую схему её питания, состоящую из двух высоковольтных трансформаторов с многорядными вторичными обмотками и многослойной бумажно-пленочной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненных на сердечниках из магнитного материала, выход которых соединен с чашеобразными экранами и расположенной в них вакуумной нейтронной трубкой, а также установленные на крышке генератора температурный компенсатор и высоковольтный герметичный проходной изолятор, отличающийся тем, что высоковольтные трансформаторы выполнены на замкнутых магнитопроводах из электротехнической стали, продольные оси обмоток которых расположены перпендикулярно продольной оси нейтронной трубки и корпуса, части слоев межрядовой изоляции вторичных обмоток, выступающие за пределы рядов, надрезаны с обеих сторон послойно равномерно по диаметру, причем надрезы в последующем слое размещены между надрезами в предыдущем слое, надрезанная часть изоляции завернута на наружную поверхность обмоток трансформаторов и закреплена.

Description

Полезная модель относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначена для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов.

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 нейтронной трубки - первичными обмотками высоковольтных импульсных трансформаторов). Геофизическая аппаратура. Недра, вып. 43, 1970 г., с. 132-146. Однако этот генератор нейтронов имеет большие габариты и малый ресурс работы.

Известен генератор импульсного потока ионизирующего излучения нейтронов, содержащий расположенные по оси металлического корпуса высоковольтный трансформатор с чашеобразным электродом, в котором размещена ускорительная трубка со схемой ее питания, выполненной на накопительном конденсаторе, включенном между высоковольтным источником питания и первичной обмоткой высоковольтного импульсного трансформатора. Авторское свидетельство СССР №679082, МПК H05H 1/00, 1973 г. Генератор имеет малый ресурс работы.

Известен импульсный нейтронный генератор, содержащий вакуумную нейтронную трубку и электрическую схему питания вакуумной нейтронной трубки, состоящую из двух высоковольтных трансформаторов, конденсатора накопительного, схемы формирования ускоряющего импульса, конденсатора источника питания нейтронной трубки и зарядного дросселя, размещенных в герметичном корпусе, в котором все элементы электрической схемы питания вакуумной нейтронной трубки выполнены в виде тел вращения с центральными отверстиями, соединены между собой механически и электрически с помощью резьбовых электрических контактов с центральными отверстиями, а с вакуумной нейтронной трубкой - через чашеобразные резьбовые втулки с центральным и боковыми отверстиями, установленные на мишени и аноде вакуумной нейтронной трубки, вакуумная нейтронная трубка и электрическая схема питания помещены в полый тонкостенный цилиндр с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра герметичного корпуса. Между наружной стенкой тонкостенного цилиндра и внутренней стенкой герметичного корпуса образована наружная полость, заполненная жидким диэлектриком, сообщающаяся с внутренней полостью, образованной центральными отверстиями в охлаждаемых элементах электрической схемы питания вакуумной нейтронной трубки. Патент Российской Федерации №2368024, МПК: G21G 4/02, 2009 г. (выбран в качестве прототипа).

Прототип имеет ограниченный ресурс работы из-за невысокого КПД высоковольтного трансформатора, большие размеры (длину).

Последовательное расположение высоковольтного трансформатора и нейтронной трубки приводит к существенному увеличению размеров генератора.

Для обеспечения электрической прочности между рядами вторичной обмотки высоковольтного трансформатора, необходимо значительное выступание бумажно-пленочной изоляции за пределы рядов обмотки (приблизительно на 25-30 мм), что приводит к увеличению длины генератора.

КПД высоковольтных трансформаторов прототипа невысок, так как обмотки трансформаторов намотаны на разомкнутых ферромагнитных сердечниках.

Кроме того, соосное расположение обмоток трансформаторов и корпуса отрицательно влияет на КПД высоковольтных трансформаторов, так как корпус образует "короткозамкнутый виток" по отношению к обмоткам высоковольтных трансформаторов. Для уменьшения влияния корпуса на параметры высоковольтных трансформаторов между ними установлены экраны из ферромагнитного материала большой толщины.

Задачей полезной модели является разработка малогабаритного, нейтронного генератора с большим ресурсом работы.

Техническим результатом полезной модели являются повышение ресурса работы генератора и уменьшение габаритов.

Технический результат достигается тем, что импульсный нейтронный генератор содержит размещенные в герметичном металлическом корпусе, залитом диэлектриком, конденсатор накопительный, зарядный дроссель, вакуумную нейтронную трубку, конденсатор источника питания вакуумной нейтронной трубки, электрическую схему ее питания, состоящую из двух высоковольтных трансформаторов с многорядными вторичными обмотками и многослойной бумажно-пленочной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненных на сердечниках из магнитного материала, выходы которых соединены с чашеобразными экранами и расположенной в них вакуумной нейтронной трубкой. На крышке генератора установлены температурный компенсатор и высоковольтный герметичный проходной изолятор. Высоковольтные трансформаторы выполнены на замкнутых сердечниках из электротехнической стали, продольные оси обмоток которых расположены перпендикулярно продольной оси нейтронной трубки и корпуса. Части слоев межрядовой изоляции вторичных обмоток, выступающие за пределы рядов, надрезаны с обеих сторон послойно равномерно по диаметру, причем надрезы в последующем слое размещены между надрезами в предыдущем слое, надрезанная часть изоляции завернута на наружную поверхность обмоток трансформаторов и закреплена.

Сущность полезной модели поясняется чертежами:

На фиг. 1 представлен предложенный импульсный нейтронный генератор, где: 1 - металлический корпус, 2 - вакуумная нейтронная трубка, 3 - высоковольтный трансформатор отрицательной полярности импульсов, 4 - высоковольтный трансформатор положительной полярности импульсов, 5- замкнутый магнитопровод, 6 - сердечник, 7 - первичная обмотка, 8 - вторичная многорядная обмотка, 9 - многослойная бумажно-пленочная изоляция, 10 - чашеобразные металлические экраны, 11 - надрезы, 12 - зарядный дроссель, 13 - конденсатор источника питания нейтронной трубки, 14 - накопительные конденсаторы, 15 - крышка генератора, 16 - температурный компенсатор, 17 - высоковольтный герметичный проходной изолятор.

На фиг. 2 представлен разрез А-А фиг. 1, где 5 - замкнутый магнитопровод, 6 - сердечник, 7 - первичная обмотка высоковольтного трансформатора, 8 - вторичная многорядная обмотка высоковольтного трансформатора, 9 - многослойная бумажно-пленочная изоляция, 10 - чашеобразный металлический экран, 11 - надрезы.

На фиг. 3 представлено расположение обмоток трансформатора па сердечнике, где 5 - замкнутый магнитопровод, 6 - сердечник, 7 - первичная обмотка высоковольтного трансформатора, 8 - вторичная многорядная обмотка высоковольтного трансформатора, 9 - многослойная бумажно-пленочная изоляция, 11 - надрезы.

На фиг. 4 представлен вид Б фиг. 3, где 5 - замкнутый магнитопровод, 6 - сердечник, 9 - многослойная бумажно-пленочная изоляция, 11 - надрезы.

К2 - выходы вторичных обмоток соединены с чашеобразными металлическими экранами 10.

Генератор выполнен в металлическом корпусе 1, залитом жидким диэлектриком, внутри которого размещена нейтронная трубка 2, высоковольтные импульсные трансформаторы 3 и 4, содержащие замкнутые магнитопроводы 5. На сердечниках 6 симметрично относительно его горцев расположены первичные обмотка 7 и поверх первичных - вторичные многорядные обмотки 8 намотанные одновременно с многослойной бумажно-пленочной изоляцией 9, выходящей за пределы рядов.

Многослойная бумажно-пленочная изоляция приблизительно на 25-30 мм выступает за пределы рядов вторичных обмоток с двух сторон.

Магнитопроводы 5 и сердечники 6 выполнены из электротехнической стали, например, Э310.

Часть слоев многослойной бумажно-пленочной изоляции 9, выходящая за пределы рядов, надрезана послойно равномерно по диаметру, причем надрезы 11 в последующем слое размещены между надрезами 11 в предыдущем слое и надрезанная часть изоляции завернута на наружную поверхность трансформаторов и закреплена технологически, например, нитками.

После сборки нитки удаляются, а завернутая часть изоляции обмоток удерживается замкнутыми магнитопроводами 5 и элементами конструкции.

Такое выполнение загибов формирует барьерную электрическую изоляцию вторичных обмоток высоковольтных трансформаторов, находящихся под полным напряжением (60-65) кВ относительно первичной низковольтной обмотки и магнитопровода, находящегося под потенциалом корпуса генератора. Выводы вторичных обмоток К2 соединены с чашеобразными экранами 10, внутри которых размещена мишенная и анодная часть нейтронной трубки.

Высоковольтные трансформаторы 3, 4 выполнены на замкнутых магнитопроводах, продольные оси обмоток 7 и 8 которых расположены перпендикулярно продольной оси нейтронной трубки 2 и корпуса нейтронного генератора 1.

Внутри корпуса 1 размещен зарядный дроссель 12, конденсатор источника питания нейтронной трубки 13, накопительный конденсатор 14.

Для обеспечения электрической прочности генератор залит жидким диэлектриком. На крышке генератора 15 установлен температурный компенсатор 16 и высоковольтный герметичный проходной изолятор 17.

В качестве жидкого диэлектрика в генераторе использовано трансформаторное масло ТКП.

Благодаря такому расположению обмоток высоковольтного трансформатора по отношению к корпусу, эффект "короткозамкнутого витка" отсутствует, а КПД предложенного трансформатора в два раза выше прототипа, создается более равномерное электрическое поле, в результате удается обеспечить оптимальный рабочий режим для ускорительной трубки, повысить ресурс работы генератора при минимальных размерах и меньших энергозатратах.

Генератор работает следующим образом.

При срабатывании коммутирующего элемента (на чертеже не показан) накопительный конденсатор 14, заряженный до напряжения 4,5 кВ, разряжается через первичные обмотки трансформаторов 3 и 4. Па вторичных обмотках формируются импульсы напряжения 50-60 кВ длительностью 4 мкс, отрицательной и положительной полярности и подаются на мишень и анод импульсной нейтронной трубки 2. Трансформатор положительной полярности 4 формирует импульс напряжения поджига ионного источника, в результате которого происходит разряд конденсатора источника 13 через анод и катод нейтронной трубки 2. Образовавшиеся ионы дейтерия бомбардируют мишенный электрод вакуумной нейтронной трубки 2. На мишени в результате реакции 1Д2+1Т3→ 2Не4+n образуются нейтроны с энергией 14 МэВ и вторичные электроны.

Таким образом, создание импульсного нейтронного генератора в соответствии с предложенным техническим решением позволило уменьшить его габариты и массу приблизительно на 30%, обеспечить оптимальный рабочий режим для ускорительной трубки, повысить ресурс работы, за счет снижения потерь на эффект "коротко-замкнутого витка", введения загибки изоляции высоковольтных трансформаторов, выполнение их на замкнутых магнитопроводах из электротехнической стали с перпендикулярным расположением продольных осей обмоток трансформаторов относительно корпуса генератора.

Claims (1)

1. Импульсный нейтронный генератор, содержащий размещенные в герметичном металлическом корпусе, залитом диэлектриком, конденсатор накопительный, зарядный дроссель, вакуумную нейтронную трубку, конденсатор источника питания вакуумной нейтронной трубки, электрическую схему её питания, состоящую из двух высоковольтных трансформаторов с многорядными вторичными обмотками и многослойной бумажно-пленочной изоляцией, выступающей за пределы рядов, выполненных на сердечниках из магнитного материала, выход которых соединен с чашеобразными экранами и расположенной в них вакуумной нейтронной трубкой, а также установленные на крышке генератора температурный компенсатор и высоковольтный герметичный проходной изолятор, отличающийся тем, что высоковольтные трансформаторы выполнены на замкнутых магнитопроводах из электротехнической стали, продольные оси обмоток которых расположены перпендикулярно продольной оси нейтронной трубки и корпуса, части слоев межрядовой изоляции вторичных обмоток, выступающие за пределы рядов, надрезаны с обеих сторон послойно равномерно по диаметру, причем надрезы в последующем слое размещены между надрезами в предыдущем слое, надрезанная часть изоляции завернута на наружную поверхность обмоток трансформаторов и закреплена.

   

Images