长寿命密封中子源的制作方法

专利名称:长寿命密封中子源的制作方法
本实用新型涉及一种用于探矿、石油测井、辐射养殖、医疗诊断及中药材活化分析鉴别等领域的长寿命密封中子源。
现有技术中的中子源按其产生装置可以划分为三类反应堆中子源、同位素中子源、加速器中子源，反应堆中子源投资巨大，设备复杂，操作维护均很不方便，不能移动，虽然有较高的中子产额，但能谱复杂，一般单位无条件购置；同位素中子源虽能做成较小的体积，但中子产额低，能谱单长色性差，不能关断，防护困难，因此它们均不适宜进行样品的现场辐照和流动辐照。近几年，长寿命密封中子源的问世，与上述的三类中子源相比，它是属于小型加速器中子源，产生中子的能量高，能谱单色性好，可关断，容易防护，但其研制生产的难度大，价格昂贵。目前的技术状况是整机多采用负高压加速，商品靶，玻璃中子管，高压工频供电电路。采用商品靶玻璃外壳密封，其特点是加工制作容易，但机械强度差，绝缘强度低，商品靶可瞬间获得较高的中子产额，但稳定性差。高压电路采用工频直接变压器升压，然后经倍压整流输出的形式，由于电源工作频率低，变压器，整流滤波电容及硅柱体积大，造价高，操作维修和携带很不方便，在大功率输出时问题尤为严重。另外，由负高压组装设计的中子源，在中子管的靶端加以120KV的负高压，虽能有效地解决高压供电与低压供电的绝缘问题，但由于靶端处于高压，一方面在离子束流长时间轰击下靶的冷却变得十分困难，不利于获得较高的中子产额；另一方面，在进行中子辐照时难以获得最大有效的中子通量，降低了中子源的利用率。
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，依据中子辐射技术应用的实际需要，而设计了一种长寿命密封中子源，由于实现了电源小型化设计技术，正高压加速和靶端接地技术以及采用优质自成靶陶瓷中子管，整机体积小，重量轻，携带方便，操作防护容易，整机工作性能稳定，寿命长，是一种适于推广应用的理想中子源。
为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案长寿命密封中子源主要由三部分构成中子管、高压电源及控制电路。具体的结构是这样的在密封金属外壳1内固定有面板并设有绝缘介质4，在面板上部依次装有相互连接的高压电源主逆变电路2、倍压器6、高压线8；下部依次装有隔离变压器3、离子源供电电路5及储存器供电电路7，其隔离变压器3与离子源供电电路5及离子源接线嘴9相接，储存器供电电路7与隔离变压器3及储存器接线嘴10连接，具有穿孔的绝缘支架12上设有自称靶陶瓷中子管11并固定在密封金属外壳1上，稀土磁钢13吸附连接中子管靶底与密封金属外壳1间，其中A、B、C三点为输入端，D为地线，A点与高压电源主逆变电路2相接，B、C两点分别与隔离变压器3相接。控制电路包括高压直流供电电路、离子源供电电路、储存器电路及相应的调节显示部分。其工作过程是接通电源后，2KV直流电压和1.5A的直流电流分别加在中子管的离子源和储存器上。离子源的作用是使管内的D、T气体电离，其电离电流的大小对中子产额影响很大。储存器为中子管内的气压调节元件，能吸收一定数量的氘氚气体。工作时将其通电加热则气体放出，改变储存器的加热电流即可调整管内气压。离子源、储存器工作稳定后，打开加速高压电源，缓慢调节升高到120KV，长寿命密封中子源开始正常工作。
本实用新型的特点在于1、长寿命密封中子源整机结构以加速器型设计，正高压加速，并采用了靶接地技术和离子源悬浮技术，中子辐照有效通量大，结构中自称靶陶瓷中子管，以AI2O3为靶片，陶瓷绝缘外壳，潘宁离子源，采用体积小，磁场强度高的新型稀土磁钢--汝铁硼提供永久性磁场，位置设置于真空系统之外。克服了玻璃中子管机械强度差，绝缘强度低，热稳定性差及磁路复杂等缺点，保证整机有较长的寿命和稳定性。为了有效抑制D、T离子打在靶上发射的二次电子，在靶底外设计了独特的恒定磁路系统，消除了二次电子对管子高压性能的影响。2、加速高压发生器电路，采用逆变电路原理，以新型硅控元件S3900MF设计，电路结构简单，性能稳定，工作频率4.5KHZ，大大缩小整流器件体积，电源效率高，便于安装和维修。3、高压直流供电电源(0-100V)首次采用脉宽调制的方式来实现。传统的“脉宽调制”概念仅用于低压直流稳压电源，本电路设计依据了“脉宽调制”的基本原理，以VMOS功率场效应管为开关管，采用单端它激式直流变换电路，通过大范围调节激励脉冲的宽度实现电源输出电压的连续可调，使得“脉宽调制”的概念有了更广泛的意义和实用性，实现了高压直流供电电源的无工频变压器开关电源设计。4、该产品随机自带有独特的产额测量方法，无须专门的中子探测设备，由中子场中某一点的中子通量间接测中子产额，其结果与常规的实验结果有较好的一致性。
下面将结合具体实施例及附图对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型加速高压电源原理图。
图3是本实用新型高压直流开关电源的原理图。
参照图1，在密封金属外壳1内固定有面板并设有绝缘介质4，在面板上部依次装有相互连接的高压电源主逆变电路2、倍压器6、高压线8；下部依次装有隔离变压器3、离子源供电电路5及储存器供电电路7，其隅离变压器3与离子源供电电路5及离子源接线嘴9相接，储存器供电电路7与隔离变压器3及储存器接线嘴10连接，具有穿孔的绝缘支架12上设有自称靶陶瓷中子管11并固定在密封金属外壳1上，稀土磁钢13吸附连接中子管11靶底与密封金属外壳1间，其中A、B、C三点为输入端，D为地线，A点与高压电源主逆变电路2相接，B、C两点分别与隔离变压器3的两个输入端相接。其工作原理是由A点输入的100V可调直流作为高压主逆变电路的供电电源，经变频升压达到4.5KHZ，10KV，再由倍压器倍压整流输出120K的直流正高压，经120KV高压线接于中子管的离子源负极。由于离子源及储存器在结构上同处于高压端，故要求这两路供电电路必须悬浮于120KV的高压上。B、C两点分别输入12V和50V的交流电压经隔离变压器后送给离子源和储存器两路电源，分别得到1.5A和2KV的直流电接到储存器接线嘴和离子源接线嘴上。
参照图2，由恒流电感L、逆变可控硅RCA、C1和变压器B组成逆变电路，其连接关系是电感L与逆变可控硅RCA的阳级、电阻R1、逆变电容C1相连，C1的另一端与变压器B的初级线圈N1相连，而N1的另一端与电容C2、RCA的栅级、保护电阻R3相连，RCA的门极与触发脉冲的输出端P相连，R1与C2串联后与RCA的阳极及栅极并联。变压器次级线圈N2的两端分别与由高压电容C5-C17、硅柱D2-D14组成的倍加器的两个输入端相连，其中N2的一端还与微安表头G2相接并接地，倍加器的输出端与测量电阻R6、负载电阻R7的一端相连，R7的另一端接地，R6的另一端与表头G1连接。电路的工作过程是由脉冲振荡器产生的触发脉冲，经限流电阻控制端，逆变电路电源由大功率可调开关电源提供8-100V可调电压，在触发脉冲末到来时，RCA不导通，电源通过恒流电感L对C1充电，将电能储存在C1中，当触发电平到来时，RCA被触发导通，C1上电荷通过RCA的阳阴极和B的初级放电，C1和N1组成欠阻尼串联电路，在RCA导通期间C1和N1串联振荡电路使C1反充电荷又经RCA内部反并二管放电，放电电流使RCA两端呈负压而关断，完成一个周期的正弦振荡，逆变电路正常工作时触发脉冲。
参照图3，滤波电容C1、C2与电源滤波器L1并联，在输入端串联保险丝F1，并与开关K连接，L1的输出端与限流电阻R1串联并与整流桥Q1相连，Q1的一端接地，输出端与滤波电容C3、C4与负载电阻R2相连，C3、C4、R2并联后接地，电阻R3、电容C5并联后与高反压二极管D1的正极接变压器B2的初级线圈的一端及功率开关管T3的D极，R3、C5并联后的另一端与变压器初级线圈一端及Q1的输出端相连，变压器B2的次级线圈的一端接地；另一端接并联的整流二极管D2及电容C6、D2，并联的另一端接滤波电容C7、C8及电感L2，电感L2的另一端接有负载电阻R4并接于输出端，C7、C8、R4的另一端接地。变压器B1的初级线圈接开关K；次级线圈接整流桥Q2的输入端，Q2的输出端，一端接地；另一端接并联的滤波电容C9、C10、C11并与慢起动电路电阻R5、三极管T1、T2的集电极相连，T1的发射极与T2的基极相连，T2的发射极接稳压块7809的输入端，7809的输出端接滤波电容C12及振荡电路，振荡电路中的电阻R6与NE555的4、8脚相连，NE555的7脚接电阻R6的另一端、电阻R7的一端及二极管D3的正极，D3的负极与电位器W相连，W的另一端接二极管D4的正极，D4的负极接电阻R7的另一端，电位器W的可调端接NE555的2、6脚和C13的一端，NE555的5脚接电容C14的一端，3脚与电阻R8相连，R8的另一端接电阻R9的一端与场效应晶体管T3的G极相连，T3的D极接串联的二极管D5、D6的负极，C9、C10、C11、7809地端、C12、C13、NE555的地端、C14、R9、T3的S极、D6的正极接地。电路工作原理K闭合，交流电压一路经保险丝F1并经过由L1、C1和C2组成的电源滤波器和限流电阻R1到整流桥Q1，电源滤波器的作用是滤除电网中杂散信号的干扰，同时电源滤波器和限流电阻R1组成了开机峰值冲击电流限制电路，由Q1整流后的脉冲电压经C3、C4滤波后得310V的直流电压送给开关电路。交流电源的另一路经变压器B1降压后到12V，由Q2、C9、C10整流滤波后得到的14V的直流电压，此电压首先加到由T1、T2、R5和C11组成的慢启动电路，14V电压经R5给C11充电，由于充电时间常数较大，C11上电压逐渐升高，T2发射极输出电压也逐渐升高，7809输出端电压也从低逐渐升高，使振荡电路的振荡频率和脉冲幅度也逐淅升到正常值，此过程由R5、C11时间数决定，在本电路中为10秒钟，从而达到慢启动目的。
权利要求
1.一种长寿命密封中子源，包括设有绝缘介质(4)的密封金属外壳(1)，其特征在于在密封金属外壳(1)内固定有面板并设有绝缘介质(4)，在面板上部依次装有相互连接的高压电源主逆变电路(2)、倍压器(6)、高压线(8)；下部依次装有隔离变压器(3)、离子源供电电路(5)及储存器供电电路(7)，其隔离变压器(3)与离子源供电电路(5)及离子源接线嘴(9)相接，储存器供电电路(7)与隔离变压器(3)及储存器接线嘴(10)连接，具有穿孔的绝缘支架(12)上设有自称靶陶瓷中子管(11)并固定在密封金属外壳(1)上，稀土磁钢(13)吸附连接中子管(11)靶底与密封金属外壳(1)间，其中A、B、C三点为输入端，D为地线，A点与高压电源主逆变电路(2)相接，B、C两点分别与隔离变压器(3)相接。
2.根据权利要求
1所述的长寿命密封中子源，其特征在于由恒流电感L、逆变可控硅RCA、C1和变压器B组成逆变电路，其连接关系是电感L与逆变可控硅RCA的阳级、电阻R1、逆变电容C1相连，C1的另一端与变压器B的初级线圈N1相连，而N1的另一端与电容C2、RCA的栅级、保护电阻R3相连，RCA的门极与触发脉冲的输出端P相连，R1与C2串联后与RCA的阳极及栅极并联，变压器次级线圈N2的两端分别与由高压电容C5-C17、硅柱D2-D14组成的倍加器的两个输入端相连，其中N2的一端还与微安表头G2相接并接地，倍加器的输出端与测量电阻R6、负载电阻R7的一端相连，R7的另一端接地，R6的另一端与表头G1连接。
3.根据权利要求
1所述的长寿命密封中子源，其特征在于所述的高压直流电源，其电路连接关系是滤波电容C1、C2与电源滤波器L1并联，在输入端串联保险丝F1，并与开关K连接，L1的输出端与限流电阻R1串联并与整流桥Q1相连，Q1的一端接地，输出端与滤波电容C3、C4与负载电阻R2相连，C3、C4、R2并联后接地，电阻R3、电容C5并联后与高反压二极管D1的正极接变压器B2的初级线圈的一端及功率开关管T3的D极，R3、C5并联后的另一端与变压器初级线圈一端及Q1的输出端相连，变压器B2的次级线圈的一端接地；另一端接并联的整流二极管D2及电容C6、D2，并联的另一端接滤波电容C7、C8及电感L2，电感L2的另一端接有负载电阻R4并接于输出端，C7、C8、R4的另一端接地。变压器B1的初级线圈接开关K；次级线圈接整流桥Q2的输入端，Q2的输出端，一端接地；另一端接并联的滤波电容C9、C10、C11并与慢起动电路电阻R5、三极管T1、T2的集电极相连，T1的发射极与T2的基极相连，T2的发射极接稳压块7809的输入端，7809的输出端接滤波电容C12及振荡电路，振荡电路中的电阻R6与NE555的4、8脚相连，NE555的7脚接电阻R6的另一端、电阻R7的一端及二极管D3的正极，D3的负极与电位器W相连，W的另一端接二极管D4的正极，D4的负极接电阻R7的另一端，电位器W的可调端接NE555的2、6脚和C13的一端，NE555的5脚接电容C14的一端，3脚与电阻R8相连，R8的另一端接电阻R9的一端与场效应晶体管T3的G极相连，T3的D极接串联的二极管D5、D6的负极，C9、C10、C11、7809地端、C12、C13、NE555的地端、C14、R9、T3的S极、D6的正极接地。
专利摘要
一种用于探矿、石油测井、辐射养殖、医药等领域的长寿命密封中子源,包括中子管、高压电源及控制电路。外壳内固定有面板并设有绝缘介质,在面板上部依次装有相互连接的高压电源主逆变电路、倍压器、高压线;下部依次装有隔离变压器、离子源供电电路及储存器供电电路,其隔离变压器与离子源供电电路及离子源接线嘴相接,储存器供电电路与隔离变压器及储存器接线嘴连接,绝缘支架上设有中子管并固定在外壳上,稀土磁钢吸附连接中子管靶底与金属外壳间。
文档编号G21G4/02GKCN2442365SQ00210038
公开日2001年8月8日 申请日期2000年8月24日
发明者邓玉福, 朱明光, 丁言镁, 李履平 申请人:邓玉福