微型中子管及其制作方法技术

本发明专利技术属于测量仪器技术领域，本发明专利技术提出两种微型中子管及相应的制作方法。一种是其靶室外部套有偏转电子永久磁铁；含有靶面积很大的内制纯氚靶或氘氚混合靶；耐高温，源距短，应用范围广。另一种是其潘宁离子源特别大，外直径与所要装配的中子发生器的内直径滑动匹配；特别适于装配直径显著小于３０ｍｍ的中子发生器。本发明专利技术中子产额高，工作寿命长；可同时装有氘存储器和氚存储器，当使用失效后，用户可以自行修复再用。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测量仪器
，特别涉及一种用于小直径测井仪器中的密封中子管。在小直径测井仪器中，装配直径更小的中子发生器；制作该类中子发生器采用直径还要小的微型中子管。现在商用小直径中子发生器已做到直径约35mm，测井领域还要求进一步减小其直径，因此需要研制满足该要求的微型中子管。目前，关于微型中子管有代表性的专利是1991年2月公开的美国专利4996017号。该专利公开的中子管，由潘宁离子源、耐高压绝缘密封外壳、氘氚混合自成靶、抑制电极和氘氚混合存储器构成。该潘宁离子源和耐高压绝缘密封外壳直径一样大；耐高压绝缘密封外壳较短，能够承受的高压仅约11万伏；抑制电极固定在耐高压绝缘密封外壳的封接金属管内，这种结构导致靶面的直径仅有11毫米左右。上述因素使该类中子管的中子产额受到较大限制。靶处高压电位，导致源距较长，限制了该类中子管的应用范围。中子管使用失效后，用户难以自行修复。用该类中子管可以装配出直径约35毫米的中子发生器，难以再进一步减小其直径。对微型中子管的理想要求是直径要足够小，比如可用于制作直径小于35mm的中子发生器；中子产额要足够高，比如大于108中子/秒；有效使用寿命要足够长，比如大于100小时；耐高温性能要足够好，比如高于170℃；此外抗震性能要好，价格还要容易为用户接受等等。从目前的情况看，现有商用产品的综合指标离上述要求相差很远。本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出两种新型微型中子管及相应的制作方法；它们可用于制作直径等于或小于35mm的中子发生器；而且具有中子产额高，有效使用寿命长，耐高温性能佳，抗震性能好，价格相对低等优点。本专利技术提出的一种微型中子管，它由耐高压绝缘密封壳、潘宁离子源、靶室、加速电极和氢同位素存储器构成，其特征在于所述耐高压绝缘密封壳是由一端粗一端细的高压绝缘管，在两端分别与一个侧壁为多层结构的粗环型可伐合金部件、一个细环型可伐合金部件分别封接而成；所述加速电极固定在所述粗环型可伐合金部件上；所述靶室与所述粗环型可伐合金部件焊接在一起，所述潘宁离子源与细环型可伐合金部件焊接在一起；所述靶室是用无磁和导热性能极好的金属材料做成的带底金属圆筒，所述金属圆筒的底部充当靶基体；所述靶基体的外直径接近于所述高压绝缘管的粗端内直径，在它的内端面上制有直径与内端面直径略小一点的氢同位素靶；所述靶室侧壁外面装有偏转电子永久磁铁；所述靶室接地电位；所述氢同位素存储器焊接在所述靶基体外端面上；所述潘宁离子源是一端细、一端粗，其粗端外直径接近于所述高压绝缘管的粗端内直径，其粗端内部含有阳极；所述潘宁离子源接正高压电位；在所述细环型可伐合金部件这一端外放置有辅助高压绝缘筒。本专利技术提出的另一种微型中子管，它由耐高压绝缘密封壳、潘宁离子源、靶室和氢同位素存储器构成，其特征在于所述耐高压绝缘密封壳是由一端粗、一端细的高压绝缘管，在两端分别与一个粗环型可伐合金部件、一个侧壁为多层结构的细环型可伐合金部件分别封接而成；所述粗环型可伐合金部件的外直径比所述高压绝缘管粗端的外直径大6—8毫米，且与所要装配的中子发生器的外壳内径滑动匹配；所述粗环型可伐合金部件又充当所述潘宁离子源外磁路的一部分；所述潘宁离子源阴极接地电位；所述氢同位素存储器焊接在所述潘宁离子源内部；所述靶室由导热性能特别好的金属材料制成的靶基体和抑制电极构成，所述抑制电极通过陶瓷部件绝缘固定在所述靶基体上；所述抑制电极通过所述靶基体的内部绝缘孔道中的导线与供电引线联接在一起；所述靶基体内端粗、外端细，其内端面的直径略小于所述高压绝缘管的粗端内直径，其外端面的直径与细环型可伐合金部件的内直径滑动匹配；在所述靶基体内端面上制有氢同位素靶；所述靶基体接负高压电位；在所述细环型可伐合金部件这一端外放置有辅助高压绝缘筒。上述中子管所说的氢同位素存储器可包括一个氘存储器，一个氚存储器。上述中子管所说的氢同位素靶是在中子管排气完成后和排气管剪断之前制作而成的内制氚靶或氘氚混合靶。上述中子管所说的辅助高压绝缘筒用氮化铝陶瓷制成。上述中子管所说的偏转电子永久磁铁是圆环型永久磁铁，或者是呈环状的U型永久磁铁。上述中子管所说的加速电极用抗溅射性能好的无磁材料做成。本专利技术还提出一种制作含内制纯氚靶或氘氚混合靶的中子管的制作方法，包括以下步骤1).按常规工艺制作完成中子管的主体，包括将潘宁离子源，耐高压绝缘密封壳，靶室依次焊接构成一密封整体，在中子管内部靶基体内表面上制作好靶膜，装好氢同位素存储器；2).对中子管主体进行装架烘烤排气时，在靶基体周围套上特制的加热环；3).中子管主体烘烤排气结束后，让烘烤炉降温，同时给加热环通电慢慢加热靶基体；4).通过控温仪器监视，让靶基体的温度处在400℃以上，中子管主体的其它部件处在180℃以下；5).关闭排气系统，启动氘氚充气系统，向中子管主体里注入预定量的氚气或氘氚混合气，它们被靶膜迅速吸收，形成纯氚靶或氘氚混合靶；6).停止加热靶基体，让整个中子管主体所有部件降到室温；7).按常规工艺给氘存储器充入定量的氘气或氘氚混合气；8).最后剪断排气管，即获得含有内制氚靶或氘氚混合靶的成品中子管。本专利技术的特点本专利技术提出的第一种微型中子管，其处地电位的靶室外部还套有偏转电子永久磁铁，用以抑制二次电子；靶面积是现有同类中子管靶面积的三倍以上；靶基体可以直接与中子发生器外壳接触，其导热、散热性能特别好；处高电位的潘宁离子源所在端外套导热性能好的辅助高压绝缘筒；可同时装有氘存储器和氚存储器；可在中子管制作过程中制作纯氚靶或氘氚混合靶。该专利技术的应用特点是特别适于在高温环境下工作；其源距短，应用范围广；中子产额高，工作寿命长；而且使用失效后，用户可以自行修复；可以用于制作直径等于或小于35mm的中子发生器。本专利技术提出的第二种微型中子管，其处在地电位的潘宁离子源的外直径大于高压绝缘密封管的直径，并与所要装配的中子发生器的内径滑动匹配；处高电位的靶室端外套导热性能好的辅助高压绝缘筒；靶面积是现有同类中子管靶面积的两倍以上；可同时装有氘存储器和氚存储器；可在中子管制作过程中制作纯氚靶或氘氚混合靶。该专利技术的应用特点是其结构特别适于制作直径显著小于35mm(小到φ28mm)的中子发生器，中子产额高，工作寿命长，而且使用失效后，用户可以自行修复。 附图说明图1为本专利技术实施例1沿中心轴线的剖面图。图2为本专利技术实施例2沿中心轴线的剖面图。图3为本专利技术实施例2沿中心轴线的另一剖面图，其剖面与图2的剖面互相垂直。图4为图2中4-4处径向截面右视图。下面参考图1至图4，具体说明本专利技术两种实施例的结构与工作原理。实施例1的结构如图1所示。图1是该中子管沿中心轴线的剖视图，它包括冷阴极潘宁离子源(下面简称潘宁离子源)11，耐高压绝缘密封壳12，靶室13以及氘氚气体存储器14。上述各部分依次相连组构成一密封整体。其中，潘宁离子源11的结构是由导磁金属材料做成的密封盖21、由无磁材料做成的密封管22和由导磁材料做成的阴极基体23焊在一起，阳极高压绝缘引线24和排气管25焊接在密封盖21上，这样形成中子管密封系统的一部分。由导磁金属材料做成的杯状壳26固定在密封盖21上，它们共同形成潘宁离子源的外磁路。用无磁材料做的金属环27是阳极，固定在阳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型中子管，它由耐高压绝缘密封壳、潘宁离子源、靶室、加速电极和氢同位素存储器构成，其特征在于：所述耐高压绝缘密封壳是由一端粗、一端细的高压绝缘管，在两端分别与一个侧壁为多层结构的粗环型可伐合金部件、一个细环型可伐合金部件分别封接而成；所述加速电极固定在所述粗环型可伐合金部件上；所述靶室与所述粗环型可伐合金部件焊接在一起，所述潘宁离子源与细环型可伐合金部件焊接在一起；所述靶室是用无磁和导热性能极好的金属材料做成的带底金属圆筒，所述金属圆筒的底部充当靶基体；所述靶基体的外直径接近于所述高压绝缘管的粗端内直径，在它的内端面上制有直径与内端面直径略小一点的氢同位素靶；所述靶室侧壁外面装有偏转电子永久磁铁；所述靶室接地电位；所述氢同位素存储器焊接在所述靶基体外端面上；所述潘宁离子源是一端细、一端粗，其粗端外直径接近于所述高压绝缘管的粗端内直径，其粗端内部含有阳极；所述潘宁离子源接正高压电位；在所述细环型可伐合金部件这一端外放置有辅助高压绝缘筒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振鹏，孙业英，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]