一种碳纳米管阴极离子源装置及中子管的制作方法

本发明属于测井，涉及一种碳纳米管阴极离子源装置及中子管。

背景技术：

1、现有中子管离子源一般有冷阴极(或热阴极)潘宁离子源、射频离子源、微波离子源及弧放电离子源等，绝大部分为潘宁离子源。潘宁离子源均存在磁材料结构件，所产生的磁场与阳极筒、阴极产生的电场共同作用，在一定的气压范围使气体分子、原子电离形成需要的离子。磁材料的存在，一方面对离子源的高温材料除气有所限制，另一方面也使得离子源结构相对复杂，稳定性受到影响。

2、射频离子源、微波离子源虽然性能优良，但其自身结构复杂、附属结构较多，小型化较困难，因此，在通常的中子管结构中应用很少，弧放电离子源属脉冲型特种中子管用离子源。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有的离子源装置结构复杂，稳定性差，对离子源的高温材料除气有所限制，同时无法适应小型化的中子管等问题，提供一种碳纳米管阴极离子源装置及中子管。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种碳纳米管阴极离子源装置，包括栅极筒、阳极筒、碳纳米管阴极组件、第一绝缘体、第二绝缘体、固定组件和支柱；

4、所述碳纳米管阴极组件设置在支柱的一端，碳纳米管阴极组件远离支柱的一端设置有若干个凸点；

5、所述第一绝缘体套装在碳纳米管阴极组件的外侧，所述栅极筒套装在第一绝缘体的外侧，栅极筒靠近碳纳米管阴极组件的端面上开设有与凸点对应的通孔；

6、所述第二绝缘体套装在栅极筒的外侧，所述固定组件套装在支柱的外侧，固定组件的一端与阴极、第一绝缘体、栅极筒和第二绝缘体的一端相抵；

7、所述阳极筒套装在第二绝缘体和固定组件的外侧。

8、本发明的进一步改进在于：

9、所述碳纳米管阴极组件包括碳纳米管材料镀层和阴极；

10、所述阴极设置在支柱的一端，阴极远离支柱的端面上轴向设置有若干个凸点和碳纳米管材料镀层。

11、所述阴极设置凸点的端面与栅极筒设置通孔的端面之间存在间隙。

12、所述阴极的一端开设凹槽，所述支柱的一端镶嵌在阴极凹槽内。

13、所述阴极的凹槽内设置螺纹，所述支柱与阴极通过螺纹刚性连接。

14、所述第一绝缘体为隔离陶瓷，所述隔离陶瓷套装在阴极组件的外侧；

15、所述第二绝缘体为阳极陶瓷，阳极陶瓷套装在阴极的外侧。

16、所述固定组件包括压紧固定环和焊接环；

17、所述压紧固定环套装在支柱的外侧，所述焊接环套装在压紧固定环的外侧，所述压紧固定环轴向开设引线通孔；

18、所述压紧固定环的一端分别与阴极、第一绝缘体和栅极筒相靠近的端面相抵；所述焊接环的一端与阳极陶瓷相靠近的端面相抵。

19、所述压紧固定环为陶瓷材质。

20、一种中子管，包括中子管外壳和离子源装置；

21、所述离子源装置设置在中子管外壳的内部，所述离子源装置是如权利要求1-8任一项所述的离子源装置。

22、本中子管的进一步改进在于：

23、所述中子管外壳为陶瓷材质。

24、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

25、本发明公开了一种碳纳米管阴极离子源装置，在阳极筒的内部设置了碳纳米管阴极组件，阳极筒套装在阴极组件的外侧，阴极组件和阳极筒之间形成电场，可以在较低的开启电压下获得较高的电子流密度，在不需要磁场情况下，也能获得较高的等离子体密度，既克服了磁材料结构件带来的结构复杂、材料除气温度低的缺点，又提高了离子源输出的离子流，增强了离子源工作的稳定性，同时在碳纳米管阴极组件的一端设置了若干个凸点，栅极筒对应的端面上设置了与凸点对应的通孔，在阴极与栅极筒间形成规则的局部极高的电场分布，在较低的栅极筒电压下能产生高密度的场致电子发射，本发明的离子源结构紧凑并提高了除气温度，能够适用于小型中子管中，工作可靠性提高，能获得较大的离子流输出。

26、进一步的，本发明在阴极的端面上设置了若干个凸点，凸点尺寸的大小以及栅极筒对应通孔的尺寸可以调整，产生不同电场分布，获得较高的电子通过率。

27、进一步的，本发明阴极设置凸点的端面和栅极筒开设通孔的端面之间存在间隙，调整间隙的大小，能够形成特定的电场分布，获得较高的电子流发射。

技术特征：

1.一种碳纳米管阴极离子源装置，其特征在于，包括栅极筒(2)、阳极筒(3)、碳纳米管阴极组件、第一绝缘体、第二绝缘体、固定组件和支柱(9)；

2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管阴极离子源装置，其特征在于，所述碳纳米管阴极组件包括碳纳米管材料镀层(1)和阴极(4)；

3.根据权利要求2所述的一种碳纳米管阴极离子源装置，其特征在于，所述阴极(4)设置凸点的端面与栅极筒(2)设置通孔的端面之间存在间隙。

4.根据权利要求3所述的一种碳纳米管阴极离子源装置，其特征在于，所述阴极(4)的一端开设凹槽，所述支柱(9)的一端镶嵌在阴极(4)凹槽内。

5.根据权利要求4所述的一种碳纳米管阴极离子源装置，其特征在于，所述阴极(4)的凹槽内设置螺纹，所述支柱(9)与阴极(4)通过螺纹刚性连接。

6.根据权利要求1所述的一种碳纳米管阴极离子源装置，其特征在于，所述第一绝缘体为隔离陶瓷(5)，所述隔离陶瓷(5)套装在阴极组件的外侧；

7.根据权利要求1所述的一种碳纳米管阴极离子源装置，其特征在于，所述固定组件包括压紧固定环(7)和焊接环(8)；

8.根据权利要求5所述的一种碳纳米管阴极离子源装置，其特征在于，所述压紧固定环(7)为陶瓷材质。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的中子管，其特征在于，包括中子管外壳(10)和离子源装置；

10.根据权利要求9所述的一种中子管，其特征在于，所述中子管外壳(10)为陶瓷材质。

技术总结
本发明公开了一种碳纳米管阴极离子源装置及中子管，碳纳米管阴极组件设置在支柱的一端，碳纳米管阴极组件远离支柱的一端设置有若干个凸点；第一绝缘体套装在碳纳米管阴极组件的外侧，栅极筒套装在第一绝缘体的外侧，栅极筒靠近碳纳米管阴极组件的端面上开设有与凸点对应的通孔；第二绝缘体套装在栅极筒的外侧，固定组件套装在支柱的外侧，固定组件的一端与阴极、第一绝缘体、栅极筒和第二绝缘体的一端相抵，阳极筒套装在第二绝缘体和固定组件的外侧。本发明离子源结构紧凑并提高了除气温度，能获得较大的离子流输出，既克服了磁材料结构件带来的结构复杂、材料除气温度低的缺点，又提高了离子源输出离子流，增强了离子源工作的稳定性。

技术研发人员：岳爱忠,刘炯,李兵
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13