[發(fā)明專利]一種中子發(fā)生管

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710749135.1
• 申請日: 2017-08-28
• 公開（公告）號: CN107567174A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李三慶;郭長立;楊鵬飛;羅罡;李尚哲;劉百來;張文榮;王霞
• 申請（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H05H3/06
• 分類號: H05H3/06
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務(wù)所有限公司61114
• 代理人: 黃秦芳

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及中子源設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中子發(fā)生管。

背景技術(shù)：

中子發(fā)生管可以應(yīng)用到多個領(lǐng)域，尤其在石油測井方面取得了非常好的效果。中子發(fā)生管是由離子源、外殼、加速極和靶子四部分組成，外殼內(nèi)為真空腔體。離子源產(chǎn)生氘離子，外殼起絕緣和密封作用，加速極加速氘離子使其獲得足以發(fā)生核反應(yīng)的能量，氚（氘）靶吸附氚（氘）氣。其工作原理是：由冷陰極潘寧離子源電離氘氣生成氘離子，氘離子經(jīng)強電場加速后打在氚（氘）靶上，與靶中的氚（氘）氣發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子。與普通同位素中子源相比其具有中子產(chǎn)額高、能譜單色性好、無伽馬本底，不用時沒有放射性，綠色環(huán)保。冷陰極潘寧離子源陽極加載脈沖電壓，可產(chǎn)生不同頻率和寬度的脈沖中子，便于譜分析。

傳統(tǒng)的測井中子發(fā)生管大多采用冷陰極潘寧離子源，其具有體積小結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。工作時離子源是在脈沖狀態(tài)下工作的，通過引出孔引出的氘離子也是脈沖的，經(jīng)加速電場加速轟擊靶子，產(chǎn)生的中子也是脈沖的。脈沖中子的波形對測井儀器來說很關(guān)鍵。

離子源陽極電壓波形已經(jīng)可以做到較理想的方波，但是由于氘氣電離涉及較復(fù)雜的物理過程，即使陽極電壓波形是理想方波，電離產(chǎn)生的氘離子波形仍然會有明顯的上升下降沿，轟擊靶子產(chǎn)生的脈沖中子波形具有幾微秒到幾十微秒的延遲，這對各種測井方法來說是很不利。

如何使中子發(fā)生管產(chǎn)生較理想波形的中子脈沖，目前提供的很多技術(shù)方案都是通過改進離子源的結(jié)構(gòu)和改善離子源陽極電壓波形達到這個目的。但是結(jié)果顯示這些方案根本達不到中子脈沖波形銳截止的目的。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明要提供一種中子發(fā)生管，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的轟擊靶子產(chǎn)生的脈沖中子波形具有幾微秒到幾十微秒的延遲的問題，可達到銳截止的目的。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種中子發(fā)生管，包括離子源、外殼、柵極、加速極和靶子，外殼內(nèi)為真空腔體，其特殊之處在于：所述真空腔體內(nèi)在離子源與加速極之間設(shè)置有薄片狀的柵極，該柵極的直徑大于外殼直徑，柵極平面垂直于中子發(fā)生管軸線且在外殼外形成環(huán)狀臺階，所述柵極由金屬鉬材料制成，其上設(shè)置有網(wǎng)狀的孔格。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：

1、本發(fā)明通過離子源陽極加直流電壓，在中子發(fā)生管的加速間隙增加一個柵極，柵極加理想的矩形脈沖電壓，可以從離子源引出較理想矩形波形的氘離子脈沖，從而避免了現(xiàn)有技術(shù)中存在的離子源電離的復(fù)雜物理過程對引出氘離子脈沖波形的影響。采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)對中子發(fā)生管進行改進，對改進前中子發(fā)生管離子源工作狀態(tài)的擾動很小。

2、本發(fā)明增加的柵極，與離子源引出孔和法拉利筒加速極形成了一個離子光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠保證離子束轟擊到全靶面，減少轟擊法拉利筒加速電極內(nèi)表面，有效降低二次電子發(fā)射和離子濺射。

3、選擇鉬作為柵極的材料，結(jié)構(gòu)設(shè)計時優(yōu)化柵極孔的大小和柵極的厚度，以及柵極離離子源引出孔的距離。用于中子發(fā)生管的鉬柵極按一定的工藝進行裝配前和裝配后處理，本發(fā)明中子發(fā)生管的使用壽命，與改進前中子發(fā)生管壽命相當。

4、本發(fā)明中子發(fā)生管產(chǎn)生中子脈沖波形延遲時間可以縮短在5μs以

內(nèi)，效果非常顯著。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是沒有柵極時場強分布及結(jié)構(gòu)中軸線場強曲線。

圖3是加入柵極（-1.5kV）時場強分布及結(jié)構(gòu)中軸線場強曲線。

圖4是加入柵極（+4kV）時場強分布及結(jié)構(gòu)中軸線場強曲線。

附圖標記說明如下：

1:離子源 2：外殼 3：柵極 4：加速極 5：靶子

具體實施方式：

下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細地說明。

本發(fā)明提供的一種中子發(fā)生管，包括離子源1、外殼2、柵極3、加速極4和靶子5。所述外殼2由石英玻璃制備而成，其內(nèi)為真空腔體，所述真空腔體內(nèi)在離子源1與加速極4之間設(shè)置有薄片狀的柵極3，該柵極3的直徑大于外殼直徑，柵極3平面垂直于中子發(fā)生管軸線且在外殼2外形成環(huán)狀臺階，所述柵極3由金屬鉬材料制備，其上設(shè)置有網(wǎng)狀的孔格。

柵極電源具有較理想的方波波形，同時幅度及頻率、占空比可調(diào)。柵極脈沖電壓的幅值在-1.5KV—+4KV之間，柵極孔的半徑為2.25mm。

本發(fā)明的工作原理是：