高温高压小型激光氘-氘聚变中子管转让专利
申请号 : CN200810018070.4
文献号 : CN101272656B
文献日 : 2010-10-20
发明人 : 庞巨丰
申请人 : 西安石油大学
摘要 :
一种高温高压小型激光氘-氘聚变中子管，在管体内壁上设置有绝缘层，管体内设置有阴极和位于阴极内的阳极，管体外的下端设置有与阴极相连接的阴极管脚和与阳极相连接的阳极管脚，管体的顶端为透明体，管体内充有氘气。本发明的阴极的外径为40mm、内径为30～34mm、高为110～150mm，阴极的底部中心加工有孔径为20～23mm的中心孔，阳极位于底部的中心孔内，阳极与阴极同轴，阳极的直径为8～15mm、高为100～120mm，在管体内充有氘气。本发明具有体积小、耐高温、耐高压、产额高、使用寿命长等优点。本发明是组成石油测井仪的一个器件，在150℃或150℃以上高温、80MPa或80MPa以上高压的环境条件下，能满足中子-中子测井。
权利要求 :
1.一种高温高压小型激光氘-氘聚变中子管，在管体(1)内壁上设置有绝缘层(5)，管体(1)内设置有阴极(3)和位于阴极(3)内的阳极(4)，管体(1)外的下端设置有与阴极(3)相连接的阴极管脚(6)和与阳极(4)相连接的阳极管脚(7)，其特征在于：管体(1)的顶端为透明体，管体(1)内充有氘气；所说的阴极(3)的外径为40mm、内径为30～34mm、高为110～150mm，阴极(3)的底部中心加工有孔径为20～23mm的中心孔，阳极(4)位于底部的中心孔内，阳极(4)与阴极(3)同轴，阳极(4)的直径为8～15mm、高为100～120mm，在管体(1)内充有氘气。
2.按照权利要求1所述的高温高压小型激光氘-氘聚变中子管，其特征在于：其中阴极(3)内径为30～33mm、高为110～140mm，阴极(3)的底部中心孔径为20～22mm，阳极(4)的直径为8～14mm。
3.按照权利要求1所述的高温高压小型激光氘-氘聚变中子管，其特征在于：其中阴极(3)内径为30mm、高为130mm，阴极(3)底部的中心孔径为20mm，阳极(4)的外径为10mm、高为120mm。
4.按照权利要求1所述的高温高压小型激光氘-氘聚变中子管，其特征在于：所说在管体(1)内充的氘气的压力为520～550Pa。
5.按照权利要求1所述的高温高压小型激光氘-氘聚变中子管，其特征在于：所说透明体为石英玻璃窗(2)。
说明书 :
技术领域
本发明属于高温高压激光中子源技术领域，具体涉及到激光等离子体D-D(氘-氘)聚变中子源。
背景技术
石油测井学是石油科学技术的十大重要学科之一。中子测井或中子-中子时间谱测井，及中子-俘获伽马测井或中子-俘获伽马能谱测井技术，其发展方向是采用可控脉冲中子源。目前国内测井用的可控脉冲中子管产额低、使用寿命短，所使用的加速器型D-T(氘-氚)核反应脉冲中子管，核反应脉冲中子管中子产额低，约108中子/秒，甚至107n/s，使用寿命仅几十个小时，一般不超过100小时。由于D-D(氘-氘)核反应脉冲中子源产额太低，因此，目前尚没有D-D核反应脉冲中子管。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题在于克服上述可控脉冲中子管的缺点，提供一种体积小、耐高温、耐高压、产额高、使用寿命长的高温高压小型激光氘-氘聚变中子管。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在管体内壁上设置有绝缘层，管体内设置有阴极和位于阴极内的阳极，管体外的下端设置有与阴极相连接的阴极管脚和与阳极相连接的阳极管脚，管体的顶端为透明体，管体内充有氘气。本发明的阴极的外径为40mm、内径为30～34mm、高为110～150mm，阴极的底部中心加工有孔径为20～23mm的中心孔，阳极位于底部的中心孔内，阳极与阴极同轴，阳极的直径为8～15mm、高为100～120mm，在管体内充有氘气。
本发明优选的阴极内径为30～33mm、高为110～140mm、底部中心孔径为20～22mm，阳极的优选直径为8～14mm。
本发明最佳的阴极内径为30mm、高为130mm、底部的中心孔径为22mm，最佳的阳极的外径为10mm、高为120mm。
本发明的管体内充的氘气压力为520～550Pa。
本发明的透明体为石英玻璃窗。
本发明与现有的可控脉冲中子管相比，在管体内充有氘气，管体上端为透明体，由激光器发射的激光穿过管体顶部的透明体照射到管体内的氘气，阴极和阳极与20000～25000V高压直流电源接通后，产生等离子体聚焦使氘氘聚变，发射能量为2.45MeV的中子，中子产额达到109中子/脉冲，寿命长达10000小时，可作为激光等离子体(氘-氘)聚变中子源。本发明具有体积小、耐高温、耐高压、产额高、使用寿命长等优点。本发明是组成石油测井仪的一个器件，在150℃或150℃以上高温、80MPa或80MPa以上高压的环境条件下，能满足中子-中子测井或中子-中子时间谱测井，中子-俘获伽马测井或中子-俘获伽马能谱测井。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在管体内壁上设置有绝缘层，管体内设置有阴极和位于阴极内的阳极，管体外的下端设置有与阴极相连接的阴极管脚和与阳极相连接的阳极管脚，管体的顶端为透明体，管体内充有氘气。本发明的阴极的外径为40mm、内径为30～34mm、高为110～150mm，阴极的底部中心加工有孔径为20～23mm的中心孔，阳极位于底部的中心孔内，阳极与阴极同轴，阳极的直径为8～15mm、高为100～120mm，在管体内充有氘气。
本发明优选的阴极内径为30～33mm、高为110～140mm、底部中心孔径为20～22mm，阳极的优选直径为8～14mm。
本发明最佳的阴极内径为30mm、高为130mm、底部的中心孔径为22mm，最佳的阳极的外径为10mm、高为120mm。
本发明的管体内充的氘气压力为520～550Pa。
本发明的透明体为石英玻璃窗。
本发明与现有的可控脉冲中子管相比，在管体内充有氘气，管体上端为透明体，由激光器发射的激光穿过管体顶部的透明体照射到管体内的氘气，阴极和阳极与20000～25000V高压直流电源接通后，产生等离子体聚焦使氘氘聚变，发射能量为2.45MeV的中子，中子产额达到109中子/脉冲，寿命长达10000小时，可作为激光等离子体(氘-氘)聚变中子源。本发明具有体积小、耐高温、耐高压、产额高、使用寿命长等优点。本发明是组成石油测井仪的一个器件，在150℃或150℃以上高温、80MPa或80MPa以上高压的环境条件下，能满足中子-中子测井或中子-中子时间谱测井，中子-俘获伽马测井或中子-俘获伽马能谱测井。
附图说明
图1是发明一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
在图1中，本实施例的高温高压小型激光氘-氘聚变中子管由管体1、玻璃窗2、阴极3、阳极4、绝缘层5、阴极管脚6、阳极管脚7联接构成。
管体1为玻璃管体1或采用陶瓷管体1，管体1的外径为50mm，在管体1的内壁烧结时烧结一层绝缘层5，管体1的顶部烧结固定有玻璃窗2，由激光源射出的激光可从玻璃窗2射入导管体1内，管体1外的下端外烧结固定有与管体1连为一体的阴极管脚6和阳极管脚7。在管体1内与管体1同一条中心线的位置烧结固定安装有阴极3，阴极3与阴极管脚6连为一体，阴极3为筒状结构，阴极3的外径为40mm、内径为30mm、高为130mm，阴极3的底部中心位置加工有直径为20mm的中心孔。在管体1内的中心位置烧结固定安装有阳极4，阳极4正好位于阴极3底部的中心孔内，阳极4与阴极3同一中心轴，阳极4与阳极管脚7烧结连为一体，阳极4为棒状结构，阳极4的直径为10mm、高为120mm。将管体1内抽至真空后，充入纯净的氘气体，充氘气的压力为520Pa。
这种结构的高温高压小型激光氘-氘聚变中子管，使用寿命长达10000小时，中子能量2.45MeV、中子产额达到109中子/脉冲的激光等离子体(氘-氘)聚变中子源。本发明是组成石油测井仪的一个器件，在150℃或150℃以上高温、80MPa或80MPa以上高压的环境条件下，能满足中子-中子测井或中子-中子时间谱测井，中子-俘获伽马测井或中子-俘获伽马能谱测井。
本实施例高温高压小型激光氘-氘聚变中子管产生中子的原理如下：
在150℃或150℃以上高温、80MPa或80MPa以上高压的环境条件下，由激光器发射的激光穿过管体1顶部的透明体照射到管体1内的氘气，阴极3和阳极4与20～25KV高压直流电源接通后，在两个电极之间的绝缘子上发生表面闪络，放电通道连接阳极4与阴极3，电流通过放电通道的同时产生自磁场，电流和自磁场相互作用产生的洛仑兹(Lorentz)力将使放电通道即等离子体电流鞘向外，同时也向上加速运动，随着放电的持续，电流鞘被加速至阳极4终端，然后在端部箍缩并形成很细的高密度、高温度等离子体聚焦，并使氘氘聚变，发射能量为2.45MeV的中子。
实施例2
在本实施例中，阴极3的外径为40mm、内径为32mm、高为110mm，阴极3的底部中心加工有孔径为22mm的中心孔，阳极4为棒状结构，阳极4的外径为8mm、高为100mm。管体1内抽至真空后，充入纯净的氘气体，充氘气的压力为535Pa。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
本实施例高温高压小型激光氘-氘聚变中子管产生中子的原理与实施例1相同。
实施例3
在本实施例中，阴极3的外径为40mm、内径为34mm、高为150mm，阴极3的底部中心加工有孔径为23mm的中心孔，阳极4为棒状结构，阳极4的外径为15mm、高为120mm。管体1内抽至真空后，充入纯净的氘气体，充氘气的压力为550Pa。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
本实施例高温高压小型激光氘-氘聚变中子管产生中子的原理与实施例1相同。
实施例1
在图1中，本实施例的高温高压小型激光氘-氘聚变中子管由管体1、玻璃窗2、阴极3、阳极4、绝缘层5、阴极管脚6、阳极管脚7联接构成。
管体1为玻璃管体1或采用陶瓷管体1，管体1的外径为50mm，在管体1的内壁烧结时烧结一层绝缘层5，管体1的顶部烧结固定有玻璃窗2，由激光源射出的激光可从玻璃窗2射入导管体1内，管体1外的下端外烧结固定有与管体1连为一体的阴极管脚6和阳极管脚7。在管体1内与管体1同一条中心线的位置烧结固定安装有阴极3，阴极3与阴极管脚6连为一体，阴极3为筒状结构，阴极3的外径为40mm、内径为30mm、高为130mm，阴极3的底部中心位置加工有直径为20mm的中心孔。在管体1内的中心位置烧结固定安装有阳极4，阳极4正好位于阴极3底部的中心孔内，阳极4与阴极3同一中心轴，阳极4与阳极管脚7烧结连为一体，阳极4为棒状结构，阳极4的直径为10mm、高为120mm。将管体1内抽至真空后，充入纯净的氘气体，充氘气的压力为520Pa。
这种结构的高温高压小型激光氘-氘聚变中子管，使用寿命长达10000小时，中子能量2.45MeV、中子产额达到109中子/脉冲的激光等离子体(氘-氘)聚变中子源。本发明是组成石油测井仪的一个器件，在150℃或150℃以上高温、80MPa或80MPa以上高压的环境条件下，能满足中子-中子测井或中子-中子时间谱测井，中子-俘获伽马测井或中子-俘获伽马能谱测井。
本实施例高温高压小型激光氘-氘聚变中子管产生中子的原理如下：
在150℃或150℃以上高温、80MPa或80MPa以上高压的环境条件下，由激光器发射的激光穿过管体1顶部的透明体照射到管体1内的氘气，阴极3和阳极4与20～25KV高压直流电源接通后，在两个电极之间的绝缘子上发生表面闪络，放电通道连接阳极4与阴极3，电流通过放电通道的同时产生自磁场，电流和自磁场相互作用产生的洛仑兹(Lorentz)力将使放电通道即等离子体电流鞘向外，同时也向上加速运动，随着放电的持续，电流鞘被加速至阳极4终端，然后在端部箍缩并形成很细的高密度、高温度等离子体聚焦，并使氘氘聚变，发射能量为2.45MeV的中子。
实施例2
在本实施例中，阴极3的外径为40mm、内径为32mm、高为110mm，阴极3的底部中心加工有孔径为22mm的中心孔，阳极4为棒状结构，阳极4的外径为8mm、高为100mm。管体1内抽至真空后，充入纯净的氘气体，充氘气的压力为535Pa。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
本实施例高温高压小型激光氘-氘聚变中子管产生中子的原理与实施例1相同。
实施例3
在本实施例中，阴极3的外径为40mm、内径为34mm、高为150mm，阴极3的底部中心加工有孔径为23mm的中心孔，阳极4为棒状结构，阳极4的外径为15mm、高为120mm。管体1内抽至真空后，充入纯净的氘气体，充氘气的压力为550Pa。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
本实施例高温高压小型激光氘-氘聚变中子管产生中子的原理与实施例1相同。