[实用新型]测井可控中子源加速间隙结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及采用潘宁放电离子源的可控中子源的加速间隙结构。

背景技术

可控中子源是低压中子发生器中的一种。1937年潘宁发明密封式可控中子源，包括离子源、钛氚吸附靶、单一的加速间隙和氘气贮存器等，由管状玻璃外壳密封。工作时用加速的氘核轰击吸饱氚的钛钯，由DT反应产生快中子。潘宁离子源比高频离子源或orbitron体积小的多。可控中子源外径的大小由所用离子源外径决定。用于油田测井的可控中子源直径必须很小，否则无法进入井下作业。一般测井用可控中子源加速间隙包括大可伐环、潘宁离子源外壳，加速电极和小可伐环等。潘宁离子源外壳和大可伐环用磁性材料制成。目前可控中子源的潘宁离子源与玻璃外壳之间都有2～5mm的距离，因而潘宁离子源外径最小只能达到22mm左右。在加速电压-100KV，并有良好耐压性能情况下，只能做成外径32mm的可控中子源。过油管脉冲中子测井要求使用直径25mm以下的可控中子源。在离子源外径22mm无法再缩小或缩小很困难的情况下欲做成外径25mm可控中子源目前是很困难的。

发明内容

本实用新型的目的是要避免现有技术的上述困难，为油田测井可控中子源提供一种外径小、结构紧凑、耐压高的加速间隙结构，从而使可控中子源外径能缩小至25mm以下。

本实用新型的解决方案包括玻璃外壳、大可伐件、潘宁离子源外壳和加速电极等，其特征是：大可伐件和离子源外壳是组合在一起的整体件；离子源外壳与玻璃外壳相接触；离子源外壳端部是向前凸出的渐缩形钝圆头。

上述离子源外壳端部钝圆头的侧面母线最好为凸弧，其弧度半径越接近玻璃外壳越大，弧度半径为连续过渡。

本实用新型的优点是：虽然取消了潘宁离子源壳体和玻璃外壳之间的间隙，但通过使离子源前端传统的平头变为向前凸起的钝圆头，从而减小了加速间隙玻璃壳内表面上的电位梯度，从而提高可控中子源的耐压水平并改善高加速电压下的稳定性。最终能使测井可控中子源的外径缩小至25mm，同时符合耐压要求，完全适合进行过油管脉冲中子测井。

附图说明

附图是测井可控中子源加速间隙结构的纵剖面示意图。

具体实施方式

参见附图，测井可控中子源包括玻璃外壳3、大可伐环1、潘宁离子源外壳2、加速电极4和小可伐环5等。潘宁离子源外壳2和电极4之间为加速间隙6，间隙距离d₃。通常可控中子源的真空间隙d₃以每毫米耐压10kV计算，单一加速间隙d₃约需10mm，考虑到离子束的影响，取d₃为13mm。加速电极4的顶端边缘与玻壳内径距离d₁约需10mm。虽然离子源外壳是地电位，但为了使玻壳在离子源端(地端)电压降不至于太大，且二次电子在玻壳地电位端表面极易积累，使此处电压更负，电压梯度加大，所以离子源外壳2与玻璃外壳3内壁的距离通常为2～5mm。玻璃外壳3的厚度d为2～4mm。如果潘宁离子源外径22mm，加速电压-100kV时，在有良好耐压情况下只能做成外径32mm的可控中子源。

图中大可伐环1和离子源外壳2都是导磁材料。本实用新型将皆为导磁材料的大可伐环1与离子源外壳2做成一体，其外径大约为22mm。玻璃外壳3紧贴离子源外壳2，即二者距离为零。这样可控中子源外壳直径即能缩小至25mm左右。从而满足测井使用要求。通常潘宁离子源外壳2和玻璃外壳3之间有2～5mm间隙，在可控中子源相同材料工艺和气压条件下，减小此间隙会使可控中子源高加速电压下的稳定性变差。因而长期以来，认为必须保留2～5mm间隙。本实用新型在取消此间隙的同时，使离子源外壳2端部尽量向右凸起，形成渐缩形钝圆头7。该钝圆头为回转体，其侧面母线为凸弧，弧度半径越接近玻璃外壳3越大，且弧度半径为圆滑过渡，类似曲线板。所采用的曲线可以是抛物线、立方曲线或正弦曲线等的一部分。钝圆头前端为带孔的平面。这样一来可以明显改善可控中子源高加速电压下的稳定性。

这样制成的中子源外径可缩至25mm，玻璃外壳厚度约2mm。图中电极4的d₁、d₃尺寸比现有同类产品明显缩小。这些都有助于改善高加速电压下的稳定性。

本实用新型取消传统离子源外壳与玻璃外壳间隙制成的直径25mm可控中子源经试验证明，可以正常进行过油管脉冲中子测井，完全满足测井需要。从而解决了测井中一项长期存在的技术难题。