ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2004, № 2, с. 160-163
_ ПРИБОРЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ
--В ЛАБОРАТОРИЯХ
ПОРТАТИВНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ НЕЙТРОНОВ ВСЕРОССИЙСКОГО НИИ АВТОМАТИКИ (ВНИИА) ДЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
© 2004 г. Е. П. Боголюбов, В. И. Рыжков
Поступила в редакцию 24.06.2003 г.
Одним из основных направлений деятельности ВНИИА является разработка и производство нейтронных генераторов, технологий и аппаратуры на их основе.
Практическое внедрение нейтронных технологий в промышленность сдерживалось до недавнего времени из-за отсутствия подходящих источников нейтронов. Традиционно используемые в качестве нейтронных источников ядерные реакторы, ускорители, изотопные источники имеют ряд ограничений для их использования в аналитической и контрольной аппаратуре, которая должна быть относительно недорогой, безопасной и доступной широкому кругу пользователей. Этим требованиям в наибольшей степени отвечают портативные генераторы нейтронов, работы по созданию и совершенствованию которых во ВНИИА ведутся на протяжении 45 лет. За этот период была создана необходимая научно-исследовательская, производственная и технологическая база, включая сложные и дорогостоящие производства электровакуумных приборов, электротехнической керамики, высоковольтных элементов, специализированные участки для работ с тритием. Это позволяет постоянно улучшать технические характеристики генераторов и своевременно реагировать на новые требования и запросы потребителей.
В настоящее время во ВНИИА разработано более 20 моделей и серийно выпускаются 12 мо-
делей нейтронных генераторов, которые классифицируются следующим образом.
К первому классу относятся генераторы на газонаполненных нейтронных трубках (табл. 1).
Характерной особенностью генераторов этого класса является возможность генерации нейтронных импульсов длительностью от 5-10 мкс до единиц миллисекунд с частотой генерации от сотен герц до десятков килогерц. При этом выход 14 МэВ нейтронов в импульсе составляет 104-106 нейтронов/импульс. Генераторы могут также работать в режиме непрерывной генерации нейтронов.
Внешний вид генераторов первого класса (модели ИНГ-07 и ИНГ-17) показан на рис. 1.
Второй класс - это генераторы на вакуумных нейтронных трубках (табл. 2).
Характерной особенностью генераторов этого класса является возможность генерации импульсных потоков быстрых нейтронов с выходом 14 МэВ нейтронов в импульсе до 1010 нейтронов/импульс, частотой генерации до 100 Гц и длительностью нейтронных импульсов до 5 мкс. Эти генераторы отличает простота схемы и конструкции, а также отсутствие накальных цепей, что обеспечивает возможность практически мгновенной генерации нейтронов после включения питающего напряжения.
Внешний вид генератора данного класса (модель ИНГ-03) показан на рис. 2.
Таблица 1
Характеристики генераторов ИНГ-07 ИНГ-06 ИНГ-08 ИНГ-17
Поток нейтронов, нейтронов/с 1 ■ 109 1 ■ 108 5 ■ 107 5 ■ 108
Длительность нейтронного импульса, 20-100 20-100 20-100 20-100
регулируемая, мкс
Частота, Гц 100-10000 400-10000 40-10000 100-10000
Ресурс, ч 500 300 300 500
Потребляемая мощность, Вт 200 30 30 60
Габаритные размеры блока излучения 190 х 440 70 х 785 34 х 790 70 х 240
нейтронов (0 х длина), мм
Максимальная рабочая температура, °С +40 +120 +120 +40
Назначение Общего Каротажный Каротажный Общего
назначения назначения
ИНГ-07
(а)
ИНГ-17
М'ШШ! т
(б)
Рис. 1
В генераторах первых двух классов для получения нейтронов используется предварительная ионизация газа (дейтерия либо смеси дейтерия с тритием) в нейтронной трубке, последующее ускорение ионов под действием внешнего электрического поля и бомбардировка мишени, насыщенной либо дейтерием, либо тритием, либо смесью этих газов. В зависимости от типа ядерной реакции, происходящей в мишени и определяемой составом газа в мишени и типом ускоряемых ионов, можно получать нейтроны с энергией 2.5 МэВ (Б-О-нейтроны) или14 МэВ (Б-Т-нейтроны).
Третий класс - это генераторы на камерах с плазменным фокусом (табл. 3).
Характерной особенностью генераторов этого класса является возможность получения нейтронных импульсов наносекундного диапазона с рекордной (до 1018 нейтронов/с) интенсивностью.
В генераторах на камерах плазменного фокуса используется не ускорительный механизм получения нейтронов, как в нейтронных трубках, а сжатие и фокусировка дейтериево-тритиевой плазмы
при сильноточном разряде в специальной двух-электродной камере, наполненной дейтерием либо смесью дейтерия с тритием. Генераторы этого класса производят наносекундные нейтронные импульсы высокой интенсивности, причем характерный размер излучающей нейтроны области составляет несколько миллиметров, т.е. данный тип источника нейтронов можно рассматривать как точечный.
На рис. 3 показан внешний вид генератора третьего класса - модели ИНГ-103.
Генераторы нейтронов, выпускаемые ВНИИА, характеризуются широким спектром параметров и характеристик, безопасностью, удобством эксплуатации, небольшими размерами и весом, невысокой стоимостью в сравнении с западными аналогами. Благодаря этим качествам они успешно конкурируют на мировом рынке с генераторами западных фирм и поставляются в Германию, США, Англию, Китай, Японию и другие страны мира.
На основе интеграции достижений в области нейтронных генераторов, детекторов излучения,
Таблица 2
Характеристики генераторов ИНГ-013 ИНГ-031 ИНГ-03 ИНГ-101 ИНГ-10-50-120
Поток нейтронов, нейтронов/с 1 ■ 1010 1 ■ 1010 1 ■ 109 1 ■ 108 1 ■ 108
Длительность нейтронного 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
импульса, мкс
Частота, Гц 1-100 1-100 1-15 1-20 1-50
Ресурс, ч 100 100 200 100 75
Потребляемая мощность, Вт 300 500 50 30 30
Габаритные размеры блока излучения 130 х1000 130 х 950 130 х 960 34 х1300 34 х 1300
нейтронов (0 х длина), мм
Максимальная рабочая - - - +120 +120
температура, °С
162
БОГОЛЮБОВ, РЫЖКОВ
ИНГ-03
Рис. 2
ядерной электроники и компьютерной техники ВНИИА начал решать задачи по созданию современных нейтронных измерительно-информационных технологий. Эти технологии, включающие в себя методы и технические средства получения, обработки, представления и передачи информации, основаны на использовании эффектов взаимодействия нейтронов с исследуемыми объектами и веществами.
Основные области применения нейтронных генераторов
1. Нефтегазодобывающая промышленность:
- нейтронный каротаж нефтегазовых скважин.
2. Атомная промышленность:
- исследование и контроль подкритичности сборок;
- контроль ядерной безопасности бассейнов выдержки АЭС;
- определение содержания бора в трубопроводах АЭС;
- контроль содержания и равномерности распределения урана в ТВС;
- контроль отходов производства ядерных материалов.
3. Урановая промышленность - Программа "Уран России":
- определение содержания урана в скважинах;
ИНГ-103
1
Рис. 3
- контроль технологии переработки и производства урана.
4. Металлургия:
- элементный анализ и сертификация металлов и сплавов;
- определение границы шлак-металл.
5. Дефектоскопия:
- нейтронная радиография на тепловых и быстрых нейтронах.
6. Горнорудная и химическая промышленность:
- сортировка руды;
- контроль качества угля;
- определение элементного состава химических удобрений.
7. Экология и уничтожение отравляющих веществ:
Таблица 3
Характеристики генераторов ИНГ-102 ИНГ-103 ИНГ-104
Выход нейтронов в импульсе, нейтронов/импульс Длительность нейтронного импульса, нс Габаритные размеры блока излучения нейтронов, мм 1 ■ 107 10-15 0 300 х 700 1 ■ 1010 15-20 400 х 600 х 1350 1 ■ 1011 25-30 1000 х 1400 х 1500
- мониторинг почвы, воды, промышленных отходов, продуктов питания;
- инспекционный контроль за уничтожением химического оружия;
- идентификация неизвестных отравляющих веществ.
8. Медицина:
- борозахватная и лучевая терапия в онкологии;
- брахитерапия;
- элементный анализ состава тела человека.
9. Борьба с терроризмом и контрабандой:
- обнаружение и идентификация ядерных материалов, взрывчатых и токсических веществ.
10. Поиск мин в грунте и стенах зданий.
В первую очередь усилия специалистов ВНИИА направлены на разработку технологий каротажа рудных и нефтегазовых скважин, активационно-го анализа, радиографии и томографии, борьбы с терроризмом и контрабандой.
Адрес для справок: 127055, Москва, Сущевская ул., 22, ВНИИ автоматики им. Н.Л. Духова. E-mail: yunb@online.ru
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.