一种自成靶中子管充氚台及其充氚方法
【专利摘要】本发明涉及一种自成靶中子管充氚台及其充氚方法，该充氚台包括氘氚气计量装置、真空系统、供电电源和管路；氘氚气计量装置包括氘储存器、氚储存器、氘氚混合储存器和氘氚气计量计。本发明通过设置氘氚气计量装置，利用氘储存器、氚储存器、氘氚混合储存器和氘氚气计量计相互之间的管路连通实现氘气和氚气的准确定量配制，保证了氘氚混合气比例和氘氚混合气总量的可控性，进而确保自成靶中子管的中子产额高和中子输出稳定。
【专利说明】
-种自成卽中子管充M台及其充M方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种自成祀中子管充氣台及其充氣方法。
【背景技术】
[0002] 随着油田开采进程和测井技术的发展，对中子管技术也提出了更高的要求，不但 要求中子产额达到2xi〇8n/sW上，还要求耐溫达到175°C，使用寿命达到5(K)hW上。目前， 用于中子管制造的祀类型主要有预制氣祀和自成祀两类。用预制氣祀制管时，祀内事先已 经吸满氣，中子管工作时，気轰击氣而产生中子。用运类祀制成的中子管单位祀流中子产额 较高，但是耐溫只能达到150°C，使用寿命一般也不会超过100小时。而用自成祀制管时，祀 内事先不吸氣，在储存器内吸入一定数量的気氣混合气，中子管工作时，将気氣离子逐渐注 入祀内，经过一段时间后，祀内気氣含量达到饱和，形成自成祀，运类祀制成的中子管耐溫 和使用寿命都优于前者。自成祀是通过充氣工艺完成的，充氣工艺的质量直接影响到自成 祀中子管祀的中子产额和工作稳定性，进而影响到制造自成祀中子管的成败。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种自成祀中子管充氣台及其充氣方法，提高自成祀中子管 充氣工艺的质量。
[0004] 本发明的技术解决方案是:一种自成祀中子管充氣台，其特殊之处在于:包括気氣 气计量装置、真空系统、供电电源和管路；
[0005] 所述気氣气计量装置包括気储存器、氣储存器、気氣混合储存器和気氣气计量计； 所述気储存器一端与気气瓶相连，気储存器的另一端通过一个真空阀与所述管路相连;所 述氣储存器一端与氣气瓶相连，氣储存器的另一端通过一个真空阀与所述管路相连;所述 気氣混合储存器通过一个真空阀与所述管路相连;所述気氣气计量计通过一个真空阀与所 述管路相连；
[0006] 所述真空系统与管路连通，用于管路的抽真空和真空度测量；
[0007] 所述供电电源用于为気氣气计量装置供电。
[000引上述真空系统包括机械累、分子累和离子累;所述机械累与分子累相连，然后再通 过真空阀E与管路相连;所述离子累通过真空阀与管路相连。
[0009] 上述自成祀中子管充氣台还包括加热装置;所述加热装置包括溫控加热器和密封 钟罩;所述溫控加热器和待充气的中子管均位于密封钟罩内。
[0010] 上述気储存器通过真空阀A与管路相连，所述氣储存器通过真空阀B与管路相连， 所述気氣混合储存器通过真空阀C与管路相连。
[0011]上述気储存器的储存容量大于化化;所述氣储存器的储存容量大于化化;所述気 氣混合储存器的储存容量大于IOkPa;所述気氣气计量计的计量范围为O-lOOkPa。
[0012] 上述溫控加热器的溫度控制范围为0-600°C。
[0013] 本发明还提供一种基于上述自成祀中子管充氣台的充氣方法，其特殊之处在于： 包括W下步骤：
[0014] 1】抽真空；
[001引1.1】将自成祀中子管接入管路；
[0016] 1.2】打开真空阀E，启动机械累和分子累；
[0017] 1.3；!当管路真空度达到4X IO-4PaW上时，打开真空阀F，启动离子累；
[001引 2】除气；
[0019] 2.1】当管路真空度达到IX ICT5PaW上时，分别打开気气储存器的电源开关KU氣 气储存器的电源开关K2、気氣混合气储存器的电源开关K3和中子管储存器的电源开关K4， 依次进行除气；
[0020] 2.2】当管路真空度不再发生变化时，关闭真空阀B、真空阀C和真空阀D;
[0021] 2.3】关闭电源开关K2、电源开关K3和电源开关K4;
[0022] 3】供気氣气；
[0023] 3.1】关闭真空阀E和真空阀F，打开気气瓶阀口，向気气储存器输送気气；
[0024] 3.2】気气输送完成后关闭电源开关Kl、真空阀A和気气瓶阀口；
[0025] 3.3】打开氣气瓶阀口、电源开关K2和真空阀B，向氣气储存器输送氣气；
[0026] 3.4】氣气输送完成后关闭电源开关K2、真空阀B和気气瓶阀口；
[0027] 4】気气计量；
[00%] 4.1】打开真空阀A和电源开关Kl，观察気氣气计量计读数，当读数达到所需気气量 时关闭真至阀A;
[0029] 4.2】打开真空阀C和电源开关K3,将気气吸入気氣混合气储存器后关闭真空阀C和 电源开关K3;
[0030] 5】氣气计量；
[0031] 5.1】打开真空阀B和电源开关K2,观察気氣气计量计读数，当读数达到所需氣气量 时关闭真至阀B;
[0032] 5.2】打开真空阀C和电源开关K3,将氣气吸入気氣混合气储存器后关闭真空阀C和 电源开关K3;
[00削 6】中子管充气；
[0034] 6.1】打开真空阀C和电源开关K3,放出気氣混合气；
[0035] 6.2】打开真空阀D和电源开关K4,将気氣混合气吸入中子管储存器中。
[0036] 上述基于自成祀中子管充氣台的充氣方法，还包括步骤0】确定気氣混合气的比例 和总量；
[0037] 0.1】获取気气的纯度为山，気气量为cb，氣气的纯度为ti，氣气量为t2,気气量与氣 气量之比为b，其中山> ti，则有
[00；3 引
[0039] 在给定気气量d2条件下，取氣气量t2为
[0040]
[0041 ]则気氣混合气的比例为：
[0042]
[0043] 0.2】按照步骤0.1】中确定的気氣混合气的比例配制気氣混合气后储存在気氣混 合气储存器中；
[0044] 0.3】将自成祀中子管接入管路，打开真空阀C和真空阀D，中子管吸入一定量的気 氣混合气后关闭真空阀D和真空阀C。
[0045] 0.4】打开中子管阳极的电源开关K5为中子管阳极供电，再打开电源开关K4为中子 管储存器供电，观察中子管阳极的电流变化;若电流不变或者变化缓慢，则気氣混合气总量 合适;若电流持续下降，则気氣混合气总量过低;若电流持续上升，则気氣混合气总量过高； 根据电流变化情况调整并确定気氣混合气总量。
[0046] 本发明的有益效果在于：
[0047] (1)本发明通过设置気氣气计量装置，利用気储存器、氣储存器、気氣混合储存器 和気氣气计量计相互之间的管路连通实现気气和氣气的准确定量配制，保证了気氣混合气 比例和気氣混合气总量的可控性，进而确保自成祀中子管的中子产额高和中子输出稳定。
[0048] (2)本发明的真空系统装置由机械累、分子累、离子累和真空计组成，抽真空能力 逐级递增，便于监控和调整管路和各个储存器内部的真空度。中子管管外真空度可W达到 1 〇-咕a量级，管内可W达到1 〇-中a量级。
[0049] (3)本发明的充氣台还设置有加热装置，用于完成中子管的二次排气(或除气），主 要除去祀内気气和管内壁杂气，便于控制充气比例和充气量的精度。
【附图说明】
[0050] 图1为本发明较佳实施例的充氣台结构示意图。
【具体实施方式】
[0051] 参见图1，本发明较佳实施例的充氣台由気氣气计量装置、供电电源、真空系统、管 路和加热装置组成。
[0052] 気氣气计量装置:完成気气或氣气量的计量。它由気储存器1、氣储存器2、気氣混 合储存器3和気氣气计量计4组成。気储存器1用来储存気气，其储存容量大于5KPa;氣储存 器2用来储存氣气，其储存容量大于5Wa;気氣混合储存器3用来储存気氣混合气，其储存容 量大于IOKPa;気氣气计量计4用来分别计量気气量、氣气量和気氣混合气总量，其计量范围 为0~100邸a。另外，为了配制気氣比例和気氣总量的便捷和准确，分别在気气、氣气、気氣 混合气=个储存器和待充氣中子管5与管路6之间各安设一个真空阀，它们分别是真空阀A、 6、巧阳。
[0053] 供电电源:为気氣气计量装置和待充氣中子管的储存器提供直流电源(也可W替 换使用交流电）。它由四路直流电源组成，其中S路为32V/5A，分别给気或氣、気氣混合和待 充氣中子管的储存器供电，另外一路为3KV/2mA，为待充氣中子管的阳极供电。
[0054] 真空系统：用于管路的真空获得和测量。它由机械累7、分子累8、离子累9和真空计 10组成，中子管管外真空度可W达到10>a量级，管内可W达到1(T中a量级。
[0055] 管路:用于连接気氣气计量装置和真空系统各部件W及待充氣中子管。
[0056] 钟罩式加热装置:完成中子管的二次排气(或除气），主要除去祀内気气和管内壁 杂气。它主要由0~600°C溫控加热器11和密封钟罩12组成。
[0057] 本发明的自成祀中子管充氣工艺主要包括気氣气比例的选择、気氣混合气总量的 确定和充氣工艺过程=方面。分别阐述如下：
[005引1)気氣气比例的选择
[0059] 对于自成祀来说，在気气、氣气纯度完全一样的理想条件下，取気气量与氣气量的 比例为1:1时，気氣核反应的几率达到最大，产生的中子产额最高。但是实际中気气、氣气的 纯度很难一致，一般情况下，気气纯度要高于氣气的纯度，也就是说实际制管时要使中子管 产生的中子产额高，应该取氣气量大于気气量。
[0060] 在实际制管时，可W通过気气和氣气纯度的差异估算氣气量。设気气的纯度为山， 気气量为d2,氣气的纯度为tl，氣气量为t2,気气量与氣气量之比（即気氣混合气的比例）为 6，一般情况下有山>心即有
[0061]
[0062] 在给定気气量Cb条件下，要使氣气量t2的原子或分子数目与気气量Cb的原子或分 子数目相等，应取氣气量t2为
[0063]
[0064] 上式表不氣气量t2取值比気气量cb多cb ? A di-ti
[0065] 则気氣混合气的比例为：
[0066]
[0067] 在实际操作中，除依据上述计算结果外，还需考虑中子管管内残留気气的除气程 度等因素影响，要进行适当调整，W达到最佳気氣混合气的比例。
[0068] 2)気氣混合气总量的确定。在自成祀中子管中，気氣混合气储存器吸气量的多少， 直接影响到中子管性能指标的好坏，吸气量少，储存器加热电流增大，功耗增大，难W保证 中子管长期稳定工作，但又不能过多，过多不但浪费気氣气体，而且影响気氣储存器的气压 调节性能，同样难W保证中子管稳定工作。所W在制管前确定中子管所需的気氣混合气总 量是首要解决的问题。其方法如下：
[0069] (1)按照已经确定的気氣比例配制一定量的気氣混合气，储存在気氣混合气储存 器3内，关闭真空阀D，待用；
[0070] (2)将待充氣中子管5接入充氣台，再打开真空阀C和D，让该中子管5吸入一定量的 気氣混合气，然后再关闭真空阀D和C;
[0071] (3)打开开关K5给中子管阳极供W2KV左右电压，再打开开关K4给中子管储存器供 电，调节电压使阳极电流为ISOiiA左右，此时观察阳极电流的变化情况，若此时阳极电流不 变或变化很缓慢，表明気氣混合气正合适;若阳极电流持续下降，表明该中子管吸入気氣混 合气量不够;若阳极电流持续上升，表明该中子管吸入気氣混合气量太多。気氣混合气量的 多少，都要按照上述方法通过反复调整，最终确定中子管所需的気氣混合气总量。
[0072] 3)充氣工艺过程
[0073] (1)抽真空。将気气瓶、储氣容器和待充気氣混合气的中子管5分别接入充氣台的 管路6上，打开真空阀A、B、C和D，启动机械累7,打开分子累8的真空阀E，当管路6的真空度达 至|J4X1(T咕aW上时，再打开离子累9的真空阀F，使管路6和中子管5的管内真空度进一步获 得提局；
[0074] (2)除气。当真空度达到ICT5化量级W上时，分别打开気气储存器1、氣气储存器2、 気氣混合气储存器3和中子管储存器的电源开关K1、K2、K3和K4,依次对它们除气。気气储存 器1、氣气储存器2和気氣混合气储存器3的除气电流最大不能超过4A，中子管储存器最大不 能超过1A。除气时间视管路真空度而定，如果再增加除气电流真空度不变，表明储存器内无 任何杂气，关闭储存器真空阀B、C和D，再关闭储存器的电源开关K2、K3和K4;
[0075] (3)供気氣气。关闭真空阀E和F，打开気气瓶阀向気气储存器1供気气，当気气储存 器1吸满気气后，关闭电源开关KU真空阀A和気气瓶阀，完成供気气;打开储氣容器阀、真空 阀B和电源开关K2向氣气储存器2供氣气，当氣气储存器2吸满氣气后，关闭电源开关K2、真 空阀B和储氣容器阀，完成供氣气。
[0076] (4)気气计量。打开真空阀A和开关Kl，从気气储存器1内放出気气，此时观察気氣 气计量计4显示的数值，当达到所需的気气量时，迅速关闭真空阀A，再打开真空阀C和开关 K3,此时気气被吸入気氣混合气储存器3内，关闭真空阀C和开关K3;
[0077] (5)氣气计量。打开真空阀B和开关K2,从氣气储存器2内放出氣气，观察気氣气计 量计4显示的数值，当达到所需的氣气量时，迅速关闭真空阀B，再打开真空阀C和开关K3,将 気氣混合气储存器3内的気气放出，与此时计量的氣气在管路6内互相混合后再吸回気氣混 合气储存器3内待用，然后关闭真空阀C和开关K3,完成了気氣混合气的配制；
[0078] (6)中子管吸気氣混合气。打开真空阀C和开关K3,放出気氣混合气，再打开真空阀 D和开关K4,中子管5内储存器将気氣混合气吸入，此时完成了中子管充氣工艺的全过程。
【主权项】
1. 一种自成祀中子管充氣台，其特征在于:包括気氣气计量装置、真空系统、供电电源 和管路； 所述気氣气计量装置包括気储存器、氣储存器、気氣混合储存器和気氣气计量计;所述 気储存器一端与気气瓶相连，気储存器的另一端通过一个真空阀与所述管路相连;所述氣 储存器一端与氣气瓶相连，氣储存器的另一端通过一个真空阀与所述管路相连;所述気氣 混合储存器通过一个真空阀与所述管路相连;所述気氣气计量计通过一个真空阀与所述管 路相连； 所述真空系统与管路连通，用于管路的抽真空和真空度测量； 所述供电电源用于为気氣气计量装置供电。2. 根据权利要求1所述的自成祀中子管充氣台，其特征在于：所述真空系统包括机械 累、分子累和离子累;所述机械累与分子累相连，然后再通过真空阀E与管路相连;所述离子 累通过真空阀与管路相连。3. 根据权利要求1或2所述的自成祀中子管充氣台，其特征在于:还包括加热装置;所述 加热装置包括溫控加热器和密封钟罩;所述溫控加热器和待充气的中子管均位于密封钟罩 内。4. 根据权利要求3所述的自成祀中子管充氣台，其特征在于:所述気储存器通过真空阀 A与管路相连，所述氣储存器通过真空阀B与管路相连，所述気氣混合储存器通过真空阀C与 管路相连。5. 根据权利要求4所述的自成祀中子管充氣台，其特征在于:所述気储存器的储存容量 大于5k化；所述氣储存器的储存容量大于5kPa;所述気氣混合储存器的储存容量大于 lOkPa;所述気氣气计量计的计量范围为O-lOOkPa。6. 根据权利要求4所述的自成祀中子管充氣台，其特征在于:所述溫控加热器的溫度控 制范围为0-600 °C。7. -种基于权利要求1-6中任一所述的自成祀中子管充氣台的充氣方法，其特征在于： 包括W下步骤： 1】抽真空 1.1】将自成祀中子管接入管路； 1.2】打开真空阀E，启动机械累和分子累； 1.3】当管路真空度达到4Xl(T4PaW上时，打开真空阀F，启动离子累； ^除气 2.1】当管路真空度达到IX 10-中aW上时，分别打开気气储存器的电源开关K1、氣气储 存器的电源开关K2、気氣混合气储存器的电源开关K3和中子管储存器的电源开关K4，依次 进行除气； 2.2】当管路真空度不再发生变化时，关闭真空阀B、真空阀C和真空阀D; 2.3】关闭电源开关K2、电源开关K3和电源开关K4; 3】供気氣气 3.1】关闭真空阀E和真空阀F，打开気气瓶阀口，向気气储存器输送気气； 3.2】気气输送完成后关闭电源开关K1、真空阀A和気气瓶阀口； 3.3】打开氣气瓶阀口、电源开关K2和真空阀B，向氣气储存器输送氣气； 3.4】氣气输送完成后关闭电源开关Κ2、真空阀B和気气瓶阀口； 4】気气计量 4.1】打开真空阀A和电源开关K1，观察気氣气计量计读数，当读数达到所需気气量时关 闭真空阀A; 4.2】打开真空阀C和电源开关K3,将気气吸入気氣混合气储存器后关闭真空阀C和电源 开关K3; 5】氣气计量 5.1】打开真空阀B和电源开关K2,观察気氣气计量计读数，当读数达到所需氣气量时关 闭真空阀B; 5.2】打开真空阀C和电源开关K3,将氣气吸入気氣混合气储存器后关闭真空阀C和电源 开关K3; 6】中子管充气 6.1】打开真空阀C和电源开关K3，放出気氣混合气； 6.2】打开真空阀D和电源开关K4,将気氣混合气吸入中子管储存器中。8.根据权利要求7所述的基于自成祀中子管充氣台的充氣方法，其特征在于:还包括步 骤0】确定気氣混合气的比例和总量； 0.1】获取気气的纯度为di，気气量为d2，氣气的纯度为ti，氣气量为t2，気气量与氣气量 之比为b，其中di>ti，则有0.2】按照步骤0.1】中确定的気氣混合气的比例配制気氣混合气后储存在気氣混合气 储存器中； 0.3】将自成祀中子管接入管路，打开真空阀C和真空阀D，中子管吸入一定量的気氣混 合气后关闭真空阀D和真空阀C; 0.4】打开中子管阳极的电源开关K5为中子管阳极供电，再打开电源开关K4为中子管储 存器供电，观察中子管阳极的电流变化;若电流不变或者变化缓慢，则気氣混合气总量合 适;若电流持续下降，则気氣混合气总量过低;若电流持续上升，则気氣混合气总量过高;根 据电流变化情况调整并确定気氣混合气总量。
【文档编号】H05H3/06GK106098507SQ201610506241
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】郤方华, 汪永安, 陆杰, 白超良, 刘洋
【申请人】西安冠能中子探测技术有限公司