Записка (Технология изготовления нейтронных трубок)

Министерство общего и профессионального образованияРоссийской ФедерацииМОСКОВСКИЙорденов Ленина, Октябрьской революциии Трудового Красного ЗнамениГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТим. Н. Э. БауманаФакультет:Кафедра: «Электронные«Машиностроительныетехнологии вТехнологии »машиностроении »Курсовой проектпо курсу: «Элионные технологии »Тема проекта: «Технология изготовления нейтронных трубок »Расчётно-пояснительная запискаИсполнитель:______________Селезнев А.В.Группа МТ11-82Руководитель:______________Колесник Л.Л.Дата защиты:_____________Москва 2013РефератОтчет содержит 33 страницы, 12 рисунков, 2 таблицы, 10 источников.Графическую часть проекта составляют 5 листов формата А1, выполненных вКОМПАС-3D V13 и Autodesk Inventor Professional 2010.

Расчетно-пояснительная запискавыполнена в среде подготовки текстовой документации Microsoft Word 2002 всоответствии с ГОСТ 7.32-2001 «Отчет о научно-исследовательской работе» cиспользованием формульного процессора MathType 6.0, все расчеты произведены всистеме математического обеспечения Mathcad 15 Professional.СодержаниеВведение…………………………………………………………………………………......41. Общее описание нейтронных трубок…………………………………………………… 51.1.

Принцип действия нейтронной трубки………………..……………………… 61.2. Конструкция вакуумной нейтронной трубки………………………………… 71.3. Конструкция газонаполненной нейтронной трубки……. …………………... 81.4. Сравнение вакуумной и газонаполненной нейтронных трубок……………..102. Технология изготовления газонаполненной нейтронной трубки……………………..122.1. Изготовление деталей и узлов…………………………………………………122.2. Обезжиривание…………………………………………………………………. 132.3.

Сборка нейтронной трубки…………………………………………………….152.4. Термовакуумная обработка и контроль герметичности……………………... 182.5. Высоковакуумная тренировка источников и заполнение нейтроннойтрубки газовой смесью……………………………………………………………………...192.6. Запайка нейтронной трубки……………………………………………………203. Математическое моделирование зависимости выхода нейтронов от количествавключений нейтронной трубки…………………………………………………………….213.1. Анализ выбранной технологической операции………………………………213.1.1. Сравнительный анализ входных и выходных параметров………… 223.1.2. Выбор выходного параметра………………………………………… 223.1.3. Наиболее существенные входные факторы………………………… 223.2.

Построение схемы контроля…………………………………………………...233.3. Проведение математического моделирования технологического процесса..233.3.1. План эксперимента…………………………………………………… 233.3.2. Построение математической модели изменения количестванейтронов в зависимости от количества включений нейтронной трубки………………243.3.3. Проверка воспроизводимости эксперимента по критериюКохрена………………………………………………………………………………………263.3.4. Оценка значимости полученных коэффициентов по критериюСтьюдента…………………………………………………………………………………...273.3.5. Проверка адекватности полученной модели экспериментальнымданным с помощью дисперсии адекватности……………………………………………..283.4.

Выводы по проведенному математическому моделированию……………...294. Анализ конструкции установки для заполнения нейтронной трубки газами………..304.1. Описание установки……………………………………………………………304.2. Принципиальная вакуумная схема установки………………………………..314.3. Технологическая диаграммы работы установки……………………………... 31Заключение и выводы………………………………………………………………………. 32Список использованных источников………………………………………………………33ВведениеИстория создания и развития генераторов нейтронов насчитывает более 70 лет,начиная свой отсчет с 1933 года, когда группой исследователей под руководствомРезерфорда впервые были получены моноэнергетические нейтроны по D – D реакции сэнергией 2,45 МэВ. Вскоре, Пеннингом и его коллегами была разработана перваязапаянная нейтронная трубка, основанная на том же типе реакции. Настоящий прорыв вобласти создания портативных нейтронных генераторов произошел чуть позже – в 19481949 годах, когда в Лос-Аламосской национальной лаборатории в США былиопубликованы результаты работ по получению нейтронов с энергией 14 МэВ при помощиD-T реакции.

Эти открытия привели к появлению возможности создания достаточнопростых, компактных и мощных источников нейтронного излучения – нейтронныхгенераторов.41. Общее описание нейтронных трубок.Генераторы нейтронов, а именно, нейтронные трубки, широко применяются вразличных областях науки и техники:1. Технические средства обнаружения и контроля опасных веществ – химическихотравляющихвеществ,взрывчатыхвеществ,ядерныхделящихсяматериалов,наркотических веществ;2. Ядерная геофизическая аппаратура для разведки и разработки нефтегазовых ирудных месторождений (каротаж);3. Аналитическая аппаратура технологического контроля промышленных идругих производств, элементный анализ готовой продукции и отходов (металлов исплавов, удобрений, сельхозпродукции, промышленных отходов и т.д.);4.

Аппаратура контроля ядерноопасных объектов, содержащих делящиесяматериалы (бассейны выдержки отработанного топлива АЭС, емкости с радиоактивнымиотходами, резервуары с растворами при переработке ядерного топлива и т.д.);5. Нейтронная радиография и томография на тепловых и быстрых нейтронах;6.

Нейтронная радиотерапия при лечении онкологических заболеваний;7. Приборы и аппаратура для научных исследований, включая исследованияпланет Солнечной системы.Условно нейтронные трубки (НТ) можно разделить на газонаполненные (ГНТ) ивакуумные (ВНТ). В вакуумных трубках давление не превышает 10-2 Па, в то время как вгазонаполненных давление обычно существенно выше. Это различие косвенно связанно спринципами, на которых основана работа данных трубок.

В газонаполненных нейтронныхтрубках источником ионов дейтерия служит тлеющий разряд, зажигаемый в атмосфересмеси дейтерия и трития, то есть рабочий газ содержится в объеме трубки. В вакуумныхже нейтронных трубках дейтерий окклюдирован в электродах и извлекается из них тольков момент срабатывания трубки при помощи, в частности, импульсного вакуумногодугового разряда. Для восстановления рабочего давления после срабатывания вакуумныетрубки оснащены геттером, поглощающим высвобожденный газ.

Различаются и режимыработы: газонаполненные трубки могут работать на высоких частотах (до 10 кГц) и даже внепрерывном режиме, в то время как вакуумные нейтронный трубки, как правило,работают с частотой не выше 100 Гц. Исторически так сложилось, что за рубежомнаибольшее развитие получили газонаполненные нейтронные трубки, а в Россиивакуумные.51.1.

Принцип действия нейтронной трубки.Ускорительная трубка для генерации нейтронов или нейтронная трубка (НТ)представляет собой электровакуумное устройство для получения ускоренных частиц сэнергией, достаточной для эффективного протекания ядерной реакции с образованиемнейтронов на мишени.

Наибольшее распространение получили НТ на основе диодной ускоряющей системы и различных типов ионных источников. Различают газонаполненные ивакуумные НТ. Газонаполненные НТ заполнены рабочим газом (как правило, смесьюдейтерия и трития) до давления Р > 10-2 Па, достаточного для возникновения иподдержания газового разряда в ее ионном источнике. В вакуумных НТ выделениерабочего газа (дейтерия) для ионного источника и его ионизация происходят в моментсрабатывания трубки. Обычно дейтерием насыщают электроды ионного источника.Давление в вакуумных НТ Р < 10-2 Па.Нейтронная генерация в диодных НТ происходит в результате реакций: T(d,n)4He;P(T,n)4He; D(d,n)3He; T(H,n)3He; T(T,2n)4He, где d – дейтроны, п – нейтроны, T, D – тритийи дейтерий соответственно.

Наиболее эффективной с точки зрения реализации компактногоприбора оказалась ядерная реакция T(d,n)4He, имеющая максимум сечения σ, при энергииускоренного дейтрона ED ~ 100 кэВ.В ряде НТ используют реакцию D(d,n)3He, но для ее эффективной реализациинужны дейтроны с энергией 1 МэВ. Получить дейтроны с такой энергией вмалогабаритных приборах очень сложно.Далее приведены реакции T(d,n)4He, D(d,n)3He:D − T ⇒ 12 H + 13 H → 24 He(3,52 MeV ) + n(14, 07 MeV ),D − D ⇒ 12 H + 12 H → 23 He(0,82 MeV ) + n(2, 45MeV ).Схема, поясняющая работу нейтронной трубки, приведена на рисунке 1.Основными узлами любой нейтронной трубки являются: источник ионов, разрядныйпромежуток и мишень.Рисунок 1 – Схема работы нейтронной трубки6Для получения заряженных частиц служит ионный источник.

Извлеченные из негос помощью электрического поля ионы изотопов водорода ускоряются полем, проходядиодный зазор, и попадают на твердую мишень, содержащую аналогичные изотопы.Обычно мишень представляет собой гидрид металла, хорошо растворяющего водород (Ti,Zr, Er, Sc и т.д.). Как правило, из ионного источника в ускоряющий промежуток поступаютдейтроны или смесь дейтронов и тритонов.

Нейтронообразующая мишень также содержиттритий и дейтерий. Схема работы газонаполненной нейтронной трубки приведена на листе 1.1.2. Конструкция вакуумной нейтронной трубки.Вакуумная нейтронная трубка представляет собой электровакуумный прибор(ускорительную трубку), предназначенный для получения ускоренных частиц с энергией,достаточной для протекания на мишени ядерной реакции с образованием нейтронов. Длягенерации нейтронов используется реакция T(d,n)4He.

Конструктивно ВНТ можноразделить на три части – источник ионов, ионно-оптическая система и мишенный узел. Нарисунке 2 схематично изображена вакуумная нейтронная трубка.Рисунок 2 – Вакуумная нейтронная трубка в разрезе. Источник ионов вынесенкрупным планом7В вакуумных нейтронных трубках применяются трехэлектродные искродуговыеисточники ионов. В рабочем режиме источника ионов катод находится под нулевымпотенциалом, а на анод подается напряжение с конденсатора, заряженного до потенциалапорядка 3,5-5 кВ. Поджигающий электрод отделен от катода керамическим изолятором,на поверхность которого напылен проводящий слой, обладающим сопротивлениемпорядка 1кОм.