Винахід може бути використано в низьковольтної прискорювальної техніки, геофізичної приладобудуванні, зокрема при розробці імпульсних генераторів нейтронів для дослідження геофізичних і промислових свердловин методом імпульсного нейтронного каротажу. Імпульсна нейтронна трубка містить вакуумно-герметичну оболонку, всередині якої розташовані іонний джерело, іонно-оптична система, газопоглотитель і мішень, насичена нуклідами водню. У імпульсну нейтронну трубку введений детектор альфа-частинок, розташованого в додаткового електрода, розташованого під кутом до осі імпульсної нейтронної трубки навпаки мішені в безпосередній близькості від неї. Додатковий електрод є одночасно екраном чутливого елемента детектора, инжектируются токопровод якого з'єднаний з корпусом додаткового електрода, а сигнальний токопровод ізольований щодо корпусу нейтронної трубки. Винахід дозволяє контролювати вихід нейтронів за імпульс і може бути використано при створенні імпульсного генератора нейтронів, а також при створенні апаратури для виявлення наркотичних і вибухових речовин. 2 з.п.ф-ли, 3 мул.
ОПИС ВИНАХОДИ До патентів
Винахід відноситься до пристроїв для генерації імпульсних потоків швидких нейтронів, зокрема до малогабаритним запаяним нейтронним трубках, і може бути використано в низьковольтної прискорювальної техніки, геофізичної приладобудуванні, зокрема, при розробці імпульсних генераторів нейтронів для дослідження геофізичних і промислових свердловин методом імпульсного нейтронного каротажу ( ІНК).
Утворилися в іонному джерелі дейтрони прискорюються до мішені, викликаючи ядерну реакцію 3 Н (d, n) 4 He або 2 H (d, n) 3 Чи не з випусканням потоку швидких нейтронів з енергіями 14 МеВ або 2,5 МеВ відповідно. Потік вимірюється методом активації мідної фольги, який дозволяє визначити середній потік швидких нейтронів за секунду.
Тим часом нестабільність потоку від імпульсу до імпульсу дуже висока (див. Наприклад, Кирьянов Г.Н. та ін. Збірник "Питання атомної науки і техніки", сер. Радіаційна техніка, М. Вища школа, в. 1, 1983, с.44 .), а для інтерпретації ІНК бажано його знати.
Відомі нейтронні трубки не містять детектора, що дозволяє контролювати нейтронний вихід в імпульсі, в той час як цей параметр значно підвищив би інформативність і точність методів ІНК.
Цей недолік можна усунути шляхом створення відпаяні нейтронної трубки (НТ) з вбудованим монітором нейтронного потоку для супутнього альфа-випромінювання (одному вилетів нейтрону відповідає одна альфа-частинки).
По ряду причин, таких як нетермостойкіе, необхідність охолодження, велика власна ємність, великі габарити, великий темновой ток, відносно мала відношення сигнал / шум, особливо при підвищеній температурі, вони не придатні для застосування в відпаяні малогабаритних НТ, які проходять високотемпературну обробку перед отпайки з откачного поста.
Відомий алмазний детектор, створений в ФІАН, чутливим елементом якого є тонка пластина, вирізана певним чином з кристала природного алмазу (див. Наприклад, Конорова К.А. Козлов С.Ф. "Алмазний детектор ядерних випромінювань", Фізика і техніка напівпровідників, т . 4, 10, 1970, с. 1 865 і а.с. СРСР 224697, кл. G 21 G 4/02, 1968 г.). Алмазний детектор має малу власною ємністю, практично відсутністю власних шумів, малими габаритами і термостійкістю до 600 o С.
Але і цей детектор альфа-випромінювання не позбавлений недоліків з точки зору його застосування в НТ:
100% ефективність реєстрації альфа-частинок була отримана тільки на дуже великих кристалах і дуже чистих, позбавлених домішок азоту і бору, що вкрай рідко зустрічається в природі (вихід придатних кристалів менше 20% при відбракування більше 80%), тому вартість кристалів висока, що не кажучи вже про необхідність використання платинових (Au) контактів. Крім цього, всі пластинки мають, як правило, неправильну форму і відрізняються за розмірами, що ускладнює їх монтаж в малогабаритних НТ.
Найбільшим недоліком природного алмазу виявилося те, що при високих температурах (> 200 o С) шуми детектора різко зростають.
До цього часу були отримані штучні алмази і на їх основі розроблено детектори, чутливим елементом (ЧЕ) яких є кристал синтетичного алмазу (СА) з розмірами грані 0,4-0,8 мм. Вони майже ні в чому не поступаються природним (природним) алмазів, але коштують набагато дешевше.
Відомо також про дослідження з розробки детектора альфа-випромінювання на основі СА з р-типом провідності для вимірювання доз радіації в біологічних пробах в медицині (див. Наприклад, Synthetic diamonds as ionisation chamber radiation detectors in biological environments. Keddy RJ Nam TL Burns RC - Phys. Med. Biol. UK, v.32, N 6, p.751, 1987) на великогабаритної установці з безперервною відкачкою.
У порівнянні з детектором на основі природного алмазу такий детектор ефективно реєструє альфа-випромінювання в широкому діапазоні енергій і досить стабільний в часі.
Даний винахід направлено на вирішення завдання моніторування нейтронного потоку, т. Е. На створення такої НТ, в якій був би можливий контроль нейтронного виходу в імпульсі.
Зазначена мета досягається тим, що в відому імпульсну нейтронну трубку, що містить вакуумно-герметичну оболонку, всередині якої розташовані іонний джерело, іонно-оптична система, газопоглотитель і мішень, насичена нуклідами водню, введений детектор альфа-частинок, розташованого в додаткового електрода, встановленого під кутом до осі імпульсної нейтронної трубки навпаки мішені в безпосередній близькості від неї, причому додатковий електрод є одночасно екраном чутливого елемента детектора, інж ктир токопровод якого з'єднаний з корпусом додаткового електрода, а сигнальний токопровод ізольований щодо корпусу нейтронної трубки, при цьому чутливий елемент детектора альфа-частинок виконаний на основі кристала синтетичного алмазу, а детектор альфа-частинок може бути виконаний у вигляді n чутливих елементів, з'єднаних паралельно.
У малогабаритних НТ потоки нейтронів невеликі, тому чутливий елемент (ЧЕ) детектора слід розміщувати в безпосередній близькості від мішені, при цьому він не повинен перегороджувати шлях іонів, прискорює до мішені, тому облучаемая поверхню ЧЕ розташована під кутом біля краю мішені.
Винахід пояснюється кресленням, де на фіг.1 представлена конструкція імпульсної нейтронної трубки з заземленою мішенню, на фіг.2 - імпульсна нейтронна трубка з високовольтної мішенню, а на фіг.3 - імпульсна нейтронна трубка з детектором альфа-частинок, виконаним у вигляді n чутливих елементів, з'єднаних паралельно.
Імпульсна нейтронна трубка (див. Фіг.1-3) складається з вакуумно-герметичної оболонки 1, наприклад, метало-скляному, прискорює електрода 2, джерела іонів 3, додаткового електрода 4, що є екраном чутливого елемента детектора 5, сигнального струмопроводу 6, інжектується струмопроводу 7, іонно-оптичної системи, що складається з прискорює електрода 2 і формує електрода 8, газовбирачів 9 і мішені 10.
На фіг. 2 і 3 додатково позначені високовольтний вивід 11 мішені і ізоляційне кільце 12.
Частина оболонки 1, прилегла до мішені 10, виготовляється з металу. У разі, коли їхня мета 10 заземлена, проблем з подачею живлення на детектор 5 альфа-частинок не виникає, тому що додатковий електрод 4, що є екраном чутливого елемента детектора 5, і мішень 10 мають один потенціал. В іншому випадку прискорює напруга на мішень 10 слід подавати через високовольтний вивід 11 мішені (див. Фіг.2), а харчування детектора здійснюється через опір зсуву (на кресленні не показано) і изолирующее кільце 12.
Детектор 5 альфа-частинок (див. Фіг.3) може складатися з більш ніж одного чутливого елемента, включених паралельно, що забезпечує велику площу опромінюються площин кристалів, а відповідно, і велику чутливість.
Принцип дії пропонованої НТ полягає в наступному. Витягнуті з джерела іонів 3 дейтрони (або суміш дейтронів і тритонів) прискорюються імпульсом напруги до енергій, достатніх для протікання ядерних реакцій на мішені 10, насиченою тритієм (або сумішшю дейтерію і тритію), з випусканням імпульсних потоків швидких нейтронів, і супутніх їм потоків альфа частинок. Альфа-частинки потрапляють на чутливий елемент детектора 5 і виробляють іонізацію, що призводить до утворення електронно-доручених пар. Під дією електричного поля, створюваного напругою, прикладеним до детектора 5, електрони і дірки збираються на електродах чутливого елемента (ЧЕ). Процес збору заряду обумовлює виникнення у зовнішній ланцюга іонізаційного струму, величина якого пропорційна потужності поглиненої дози альфа-випромінювання. Іонізаційний струм надходить на вхід перетворювача струм - напруга з попередніми посиленням, а далі на вхід підсилювача. У разі НТ ззаземленою мішенню джерело живлення детектора виконаний у вигляді окремого модуля, а в інших випадках частина напруги з мішені через високовольтний дільник подається на висновки детектора. Таким чином, детектор здійснює перетворення потужності поглиненої дози альфа-випромінювання в пропорційний їй за величиною електричний вихідний сигнал (U).
Пропонований винахід в порівнянні з відомими рішеннями дозволяє здійснювати моніторування імпульсної нейтронної трубки, що дає можливість контролювати вихід нейтронів за імпульс. Воно може бути використано при створенні імпульсного свердловинного генератора нейтронів, який дозволить реалізувати нові методики імпульсного нейтронного каротажу, що в свою чергу призведе до підвищення ефективності та інформативності геофізичних досліджень методами ІНК. Воно може бути використано також при створенні апаратури для виявлення наркотичних і вибухових речовин.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Імпульсна нейтронна трубка, що містить вакуумно-герметичну оболонку, всередині якої розташовані: іонний джерело, іонно-оптична система, газопоглотитель і мішень, насичена нуклідами водню, що відрізняється тим, що в неї введено детектор альфа-частинок, розташованого в додаткового електрода, розташованого під кутом до осі імпульсної нейтронної трубки навпаки мішені в безпосередній близькості від неї, причому додатковий електрод є одночасно екраном чутливого елемента детектора, инжектируются токопро вод якого з'єднаний з корпусом додаткового електрода, а сигнальний токопровод ізольований щодо корпусу нейтронної трубки.
2. Імпульсна нейтронна трубка по п.1, що відрізняється тим, що чутливий елемент детектора альфа-частинок виконаний на основі кристала синтетичного алмазу.
3. Імпульсна нейтронна трубка по п.1, що відрізняється тим, що детектор альфа-частинок може бути виконаний у вигляді n чутливих елементів, з'єднаних паралельно.