Патент на изобретение №2257020

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПРОНИКАЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам импульсных излучателей-генераторов разовых или многоразовых импульсов нейтронного и рентгеновского излучения. Импульсный источник проникающего излучения представляет собой модуль, содержащий емкостный накопитель, соединенный с импульсным тиратроном, коммутирующим разряд емкостного накопителя через кабельную линию на блок нагрузки (токовый коллектор) и установленную в нем разрядную камеру, в которой формируется разряд типа “плазменный фокус”; зарядное устройство; источник накала тиратрона, систему пуска тиратрона, импульсного генератора, запускающего систему пуска тиратрона, систему управления и контроля работы генератора и разряда емкостного накопителя; диагностическую и регистрирующую аппаратуру, кабельная линия выполнена из коаксиальных проводов равной длины, равномерно распределенных по окружности токоведущих фланцев тиратрона и блока нагрузки; разрядная камера с блоком нагрузки имеет возможность перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях; электрическая изоляция анодного пространства блока нагрузки выполнена в виде многослойного пакета прокладок из диэлектрического материала; емкостный накопитель и блок нагрузки гальванически изолированы от монтажной плиты; анод и катод блока нагрузки гальванически соединены между собой через блок резисторов; катод блока нагрузки гальванически соединен с “массой” монтажной плиты; элементы устройства компактно смонтированы и закреплены силовыми элементами на монтажной плите. Изобретение позволяет увеличить многоразовость и интенсивность импульсов нейтронного и рентгеновского излучения. 2 ил.

Изобретение относится к транспортабельным устройствам импульсных излучателей-генераторов разовых или многоразовых импульсов нейтронного и рентгеновского излучения и может быть использовано для проведения ядерно-физических исследований, изучения радиационной стойкости, например, элементов электронной аппаратуры, калибровки детекторов ионизирующих излучений с применением не только в лабораторных, но и в полевых условиях.

Известно устройство (п. РФ №768376, H 05 H 1/06, опубликован 27.03.97) для получения импульсов нейтронного и рентгеновского излучений, содержащее источник энергии, линию передачи энергии, коммутатор и плазменный реактор, образованный коаксиально расположенными анодом и катодом, разделенными изолятором у одного из торцов, дополнительно установленный высокочастотный генератор для предварительного формирования однородной плазменной оболочки, подключенный к электродам плазменного реактора параллельно источнику энергии, и устройство синхронизации запуска высокочастотного генератора и коммутатора.

Недостатком указанного устройства является его низкий уровень интенсивности нейтронного излучения, не раскрыты конструктивные особенности и возможности его использования.

Известно устройство для получения импульсного нейтронного излучения при запитке камеры плазменного фокуса от индуктивного взрывомагнитного источника тока (ВМГ) (см. Сборник научных трудов под редакцией Макеева Н.Г. “Физика и техника импульсных источников ионизирующих излучений для исследования быстропротекающих процессов” №5, г. Саров, 1996 г., Российский Федеральный Ядерный Центр ВНИИЭФ), содержащее в качестве источника тока ВМГ, линию передачи энергии, разрядную камеру, систему запитки ВМГ от источника начальной энергии и систему запуска.

Недостатком указанного устройства является его одноразовость использования, необходимость защиты исследуемых объектов и оборудования от взрывного воздействия ВМГ.

В качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих конструктивных признаков принято устройство – источник мягкого рентгеновского излучения на основе плазменного фокуса (Журнал “Прикладная физика” 1-1997 г., г. Москва).

Источник состоит из емкостного накопителя из четырех конденсаторов; зарядного устройства; четырех псевдоразрядников (тиратронов), коммутирующих разряд конденсаторов на разрядную камеру; четырех систем прогрева водородных генераторов коммутаторов; четырехканальной системы поджига коммутаторов на основе разрядника; импульсного генератора, запускающего систему поджига тиратронов; высоковольтных шин и коллектора; разрядной камеры типа “плазменный фокус”; системы вакуумной откачки; системы регулируемого по конечному давлению заполнения разрядной камеры рабочим газом; канала вывода рентгеновского излучения, позволяющего производить исследование параметров излучения; разрядной системы и системы безопасности, совокупности диагностических методов и регистрирующей аппаратуры.

Недостатком указанного устройства является сложность конструкции, включающей систему вакуумной откачки разрядной камеры, канал вывода излучения, невозможность использования ее без изменения конструкции разрядной камеры в качестве источника нейтронного излучения путем замены состава газа в разрядной камере, а именно, неона на дейтерий или дейтерий-тритиевую смесь.

Задачей изобретения является создание устройства – транспортабельного источника импульсного проникающего излучения, способного многоразово излучать импульсы нейтронного и рентгеновского излучения интенсивностью в 5…10 раз выше создаваемых в аналогичных известных устройствах с возможностью использования его в полевых условиях.

Для решения задачи в известном устройстве импульсного источника проникающего излучения, представляющего собой модуль, содержащий емкостный накопитель, соединенный с импульсным тиратроном, коммутирующим разряд емкостного накопителя через кабельную линию на блок нагрузки (токовый коллектор) и установленную в нем разрядную камеру, в которой формируется разряд типа “плазменный фокус”; зарядное устройство; источник накала тиратрона, систему пуска тиратрона, импульсного генератора, запускающего систему пуска тиратрона, систему управления и контроля работы генератора и разряда емкостного накопителя; диагностическую и регистрирующую аппаратуру, кабельная линия выполнена из малоиндуктивных коаксиальных проводов равной длины, равномерно распределенных по окружности токоведущих фланцев тиратрона и блока нагрузки; разрядная камера с блоком нагрузки имеет возможность перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях; электрическая изоляция анодного пространства блока нагрузки выполнена в виде многослойного пакета прокладок из диэлектрического материала; емкостный накопитель и блок нагрузки гальванически изолированы от монтажной плиты; анод и катод блока нагрузки гальванически соединены между собой через блок резисторов; катод блока нагрузки гальванически соединен с “массой” монтажной плиты; элементы устройства компактно смонтированы и закреплены силовыми элементами на монтажной плите; емкостный накопитель в модуле представляет собой набор нескольких конденсаторов, срабатывающих на одну разрядную камеру; импульсный источник проникающего излучения может содержать более одного модуля, которые с помощью системы управления дают возможность реализовывать последовательные или одиночные импульсы нейтронного и рентгеновского излучения с регулировкой временного интервала между ними.

Предлагаемое устройство импульсного источника проникающего излучения позволяет существенно (в 5…10 раз) повысить интенсивность излучения E_n=14,1 Мэв-нейтронов длительностью ~25 нс на полувысоте в случае наполнения разрядной камеры дейтерий-тритиевой смесью или с E_n=2,45 Мэв длительностью ~25 нс на полувысоте в случае наполнения разрядной камеры дейтерием; в устройстве предусмотрена регулировка пространственного расположения разрядной камеры, допускается его транспортировка любым видом транспорта и эксплуатация в лабораторных и полевых условиях. Повышение интенсивности излучения достигается за счет уменьшения индуктивности, “плавающих” потенциалов в системе в случае применения кабельной линии из проводов равной длины, равномерно распределенных по окружности токоведущих фланцев тиратрона и блока нагрузки, применения электрической изоляции анодного пространства блока нагрузки в виде многослойного малой суммарной толщины пакета прокладок, например 20, толщиной 0,1 мм из диэлектрического материала, диэлектрической изоляции емкостного накопителя и блока нагрузки от монтажной плиты, гальванического соединения через блок резисторов анода и катода блока нагрузки, гальванического соединения катода блока нагрузки с “массой” монтажной плиты. Возможность транспортировки любым транспортом достигается креплением устройства силовыми элементами к монтажной плите. Устройство может быть выполнено с емкостным накопителем из нескольких конденсаторов, срабатывающих на одну разрядную камеру, например из четырех, как в предлагаемом устройстве. Устройство также может состоять из нескольких модулей, например из двух, как в предлагаемом устройстве, что позволяет реализовать последовательные или одиночные импульсы нейтронного и рентгеновского излучения с регулировкой временного интервала между ними.

На фиг.1 дана схема общего вида устройства (вид сверху), на фиг.2 – вид устройства сбоку. Импульсный источник проникающего излучения состоит из двух модулей 1 и 2 (см. фиг.1 и фиг.2), каждый из которых содержит емкостный накопитель из четырех конденсаторов 3 типа ПК-25-12У, соединенных с импульсными тиратронами 4 типа ТД-150К/25 ТУ6343-012-7626955-098ЛУ с помощью подставок 5 из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и крепежных элементов. Каждый тиратрон 4 с помощью восемнадцати кабелей 6 типа РК50-7-15 соединяется с блоком нагрузки 7, при этом кабели 6 равномерно распределены по окружности токоведущих фланцев тиратрона 4 и также равномерно распределены по окружности фланцев блока нагрузки 7. Общее количество кабелей 6, составляющих кабельную линию на один блок нагрузки 7 и установленную в него одну разрядную камеру, равно семидесяти двум.

С помощью пары (винт-гайка) 9 осуществляется вертикальное перемещение блока нагрузки 7 с разрядной камерой 8, с помощью винтовой пары 10 – их горизонтальное перемещение.

Электрическая изоляция анодного пространства блока нагрузки 7 выполнена многослойным пакетом из 20 прокладок 11 толщиной 0,1 мм из полиэтилена или лавсана. Конденсаторы 3 и блоки нагрузки 7 гальванически изолированы от монтажной плиты 12 с помощью пластин 13 из текстолита, полиэтилена и деталей из капролона, конденсаторы 3 также гальванически изолированы друг от друга с помощью пластин 13. Анод 14 и катод 15 блока нагрузки 7 гальванически соединены между собой через блок резисторов 16; катод 15 блока нагрузки гальванически соединен с “массой” монтажной плиты 12 перемычкой 17.

Составляющие устройство элементы закреплены силовыми элементами 18 на монтажной плите 12 и в автономно установленном приборном блоке 19, расположенном на общем с монтажной плитой 12 основании 20.

Работает устройство следующим образом.

На месте испытаний с помощью механизмов перемещения 9,10 устройства устанавливается пространственное расположение разрядных камер 8 и объектов облучения. Управление импульсным источником излучения осуществляется дистанционно с пульта управления. Осуществляется процесс контроля готовности блоков и исполнительных реле к работе; включение источников питания цепи накала тиратронов 4, системы зарядки конденсаторов 3, затем включение системы срабатывания тиратронов 4 и передача энергии из заряженных конденсаторов 3 по малоиндуктивным кабельным линиям 6 на разрядные камеры 8. В процессе подготовки устройства и его срабатывания осуществляется контроль его рабочих параметров и получаемых данных по нейтронному излучению.

Предлагаемый импульсный источник проникающего излучения позволяет получать по сравнению с известными устройствами более высокие (в 5…10 раз) уровни потоков нейтронов. Установка может транспортироваться к месту испытаний любым видом транспорта. Устройство успешно прошло испытание в рабочем режиме как в лабораториях, так и в полевых условиях.

Формула изобретения

1. Импульсный источник проникающего излучения, представляющий собой модуль, содержащий емкостный накопитель, соединенный с импульсным тиратроном, коммутирующим разряд емкостного накопителя через кабельную линию на блок нагрузки (токовый коллектор), и установленную в нем разрядную камеру, в которой формируется разряд типа “плазменный фокус”; зарядное устройство; источник накала тиратрона, систему пуска тиратрона, импульсного генератора, запускающего систему пуска тиратрона, систему управления и контроля работы генератора и разряда емкостного накопителя; диагностическую и регистрирующую аппаратуру, отличающийся тем, что кабельная линия выполнена из коаксиальных проводов равной длины, равномерно распределенных по окружности токоведущих фланцев тиратрона и блока нагрузки; разрядная камера с блоком нагрузки имеет возможность перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях; электрическая изоляция анодного пространства блока нагрузки выполнена в виде многослойного пакета прокладок из диэлектрического материала; емкостный накопитель и блок нагрузки гальванически изолированы от монтажной плиты; анод и катод блока нагрузки гальванически соединены между собой через блок резисторов; катод блока нагрузки гальванически соединен с “массой” монтажной плиты; элементы устройства компактно смонтированы и закреплены силовыми элементами на монтажной плите.

2. Импульсный источник проникающего излучения по п.1, отличающийся тем, что емкостный накопитель в модуле представляет собой набор нескольких конденсаторов, срабатывающих на одну разрядную камеру.

3. Импульсный источник проникающего излучения по п.1 или 2, отличающийся тем, что он может содержать более одного модуля, которые с помощью системы управления дают возможность реализовывать последовательные или одиночные импульсы нейтронного и рентгеновского излучения с регулировкой временного интервала между ними.

РИСУНКИ