DE1816459B1

DE1816459B1 - Neutronengenerator

Info

Publication number: DE1816459B1
Application number: DE19681816459
Authority: DE
Inventors: Dr Werner Eyrich
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1968-12-21
Filing date: 1968-12-21
Publication date: 1970-06-25
Also published as: US3629588A; GB1252375A; FR2026783A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Neutronengenerator und Isolator gebildete Einheit seitlich aus dem Vamit einer auf Hochspannungspotential liegenden und kuumgehäuse herausnehmbar ist. in einem Vakuumgehäuse elektrisch isoliert angeord- Die Strombelastbarkeit der Ionenquelle wird durch

neten Ionenquelle zum Erzeugen eines Ionenstrahl- Flüssigkeitskühlung erhöht, wobei die Ionenquelle bündeis und einem Target, in dem das Ionenstrahl- 5 durch eine Bohrung im Stützisolator mit einer isoliebündel mittels Kernreaktionen Neutronen erzeugt. renden Kühlflüssigkeit versorgt wird.

Neutronengeneratoren sind kernphysikalische Ge- Zum Zuführen von Deuteriumgas zur Ionenquelle

rate, die vorerst nur in relativ kleiner Zahl benötigt ist an dem von der Ionenquelle abgewandten Ende werden und einen erheblichen Wert darstellen. Solche des herausnehmbaren Isolators ein Gasreduzierventil Geräte sind zudem, insbesondere für Forschungs- io angeordnet, das mit der Ionenquelle über ein durch zwecke auf dem Gebiet der Kernphysik immer wieder den Isolator geführtes metallisches Rohr verbunden an ganz spezielle Aufgaben anzupassen und erfordern ist und durch einen elektrisch isolierenden Schlauch diese Aufgaben optimal erfüllende Ausbildungen mit Deuteriumgas gespeist wird, eines oder mehrerer Bauelemente. An das die Ionenquelle umschließende Vakuum-

Dadurch wird ein erheblicher finanzieller Aufwand 15 gehäuse kann eine aus Absaugelektrode und Targeterforderlich, der seinerseits die Anwendung von halter bestehende Baugruppe angeschlossen werden, Neutronengeneratoren auf ein Mindestmaß begrenzt. wobei Absaugelektrode und Targethalter auf Erd-

Aus der deutschen Patentschrift 745 240 ist ein potential liegen. Dabei ist es auch möglich, das Target Neutronengenerator bekannt, dessen Ionenquelle auf als Drehtarget auszubilden. Wird ein größerer Ab-Hochspannungspotential hegt und an ein Vakuum- 20 stand zwischen Ionenquelle und Target bei vorbegehäuse angeflanscht ist. Die Ionenquelle ist jedoch stimmter Targetgröße gefordert, so kann an das nicht allseitig vom Vakuumgehäuse umschlossen, so Vakuumgehäuse auch ein elektrostatisches Linsendaß Hochspannung führende Teile von außen zugang- system zum Fokussieren des Ionenstrahlbündels und lieh sind und die betriebsmäßige Handhabung dieser ein Ionenrohr zur Aufnahme des Targets angeflanscht Einrichtung außerordentlich erschwert ist. 25 werden.

Bei dem aus der deutschen Patentschrift 1 276 221 Soll an die Ionenquelle eine höhere Spannung anbekannten Neutronengenerator ist die Ionenquelle an gelegt werden, so wird vorteilhafterweise die Ionendas Vakuumgehäuse angeflanscht und außerhalb des- quelle von einem isoliert aufgehängten Blechmantel selben in einem von Vakuumgehäuse getrennten, mit umschlossen, dessen Potential niedriger als das der einer isolierenden Flüssigkeit gefüllten Raum ange- 30 Ionenquelle ist. Dabei ist es auch möglich, den Blechordnet. Dadurch wird eine zufällige Berührung an mantel elektrisch mit einer Linsenelektrode zu verHochspannung liegender Bauelemente mit Sicherheit binden.

vermieden, aber die Möglichkeit von Manipulationen Eine andere Variationsmöglichkeit besteht darin,

an der Ionenquelle erschwert oder stark einge- daß an das die Ionenquelle umschließende Vakuumschränkt. 35 gehäuse eine auf Erdpotential liegende Absaugelek-

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 080 234 ist fer- trode und ein in einem Vakuumgehäuse isoliert aufner ein Neutronengenerator bekannt, bei dem eine auf gehängtes, auf negativer Hochspannung liegendes Hochspannungspotential liegende Ionenquelle all- Targetgehäuse angeschlossen wird. Die in das Targetseitig von einem Vakuumgehäuse umschlossen ist. gehäuse eintretenden Ionen sind bei dieser Anord-Dieses Vakuumgehäuse ist aber ein abgeschmolzenes 40 nung bereits so vorbeschleunigt, daß eine Verdoppe-Glasgefäß, so daß eine Anpassung dieses Neutronen- lung der Ionenenergie erreicht wird unter Umgehen generators an spezifische Aufgaben durch wahlweises der Schwierigkeiten einer Verdoppelung der Ionen-Anschließen von Elektroden und Targethaltern nicht quellenspannung. Für den Fall, daß ein größerer Abmöglich ist. stand zwischen Beschleuniger und Target gefordert

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Neutronen- 45 wird, kann zwischen Ionenquelle und Target ein generator zu schaffen, der bei einfacher Handhabung Fokussierungssystem mit einstellbarer Linsenspan- und hoher Betriebssicherheit vielseitig verwendbar ist nung angeordnet werden.

und in wirtschaftlicher Weise optimal an unterschied- Zum zusätzlichen Erhöhen der Ionenenergie wird

liehe Aufgaben angepaßt werden kann. an das die Ionen in Richtung auf das Target beschleu-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 50 rügende Elektrodensystem nach dem vom Linearlöst, daß die Ionenquelle als bauliche Einheit in einem beschleuniger bekannten Prinzip eine mit Hochfrerotationssymmetrischen Ionenquellengehäuse zusam- quenz modulierte Spannung angelegt, mengefaßt ist, von mehreren an dem Ionenquellen- Die Ionenquelle kann auch an Stelle des Perma-

gehäuse radial angreifenden, senkrecht zum Ionen- nentmagneten zum Erzeugen des magnetischen Feldes Strahlbündel gerichteten Isolatoren getragen und von 55 mit einer Spule ausgerüstet werden. Dabei ist es vordem auf Erdpotential liegenden metallischen Vakuum- teilhaft, diese Spule aus dem Heizstromkreis der auf gehäuse allseitig umschlossen ist, an dessen der Ionen- Hochspannungspotential liegenden Ionenquelle zu austrittsöflnung gegenüberliegenden Seite ein Flansch speisen. Dabei wird die dem Heiztransformator entzum wahlweisen Anschließen von Baugruppen ange- nommene Wechselspannung gleichgerichtet und durch ordnet ist, die den spezifischen Aufgaben angepaßte 60 ein im Anschlußblock der Versorgungsleitungen an-Targethalter und Elektroden zum Absaugen und/oder geordnetes Stellglied gesteuert. Durch diese Maßnah-Fokussieren des Ionenstrahlbündels enthalten. me wird ein Trenntransformator eingespart, der sonst

Dabei wird die Ionenquelle zweckmäßigerweise für die Spannungsversorgung der Ionenquelle erforvon zwei Isolatoren getragen, von denen der eine fest derlich wäre.

mit dem Vakuumgehäuse und lösbar mit dem Ionen- 65 Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der quellengehäuse und der andere fest mit dem Ionen- Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher quellengehäuse und lösbar mit dem Vakuumgehäuse beschrieben. Es zeigt verbunden ist, und daß die aus Ionenquellengehäuse F i g. 1 erne Ionenquelle in einem Vakuumgehäuse,

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F i g. 2 einen Neutronengenerator mit geerdetem An den Flansch 402 des die Ionenquelle 1 um-

Targethalter, schließenden Vakuumgehäuses 4 kann eine Hoch-

F i g. 3 einen Neutronengenerator mit Fokussie- vakuumpumpe, an den Flansch 403 können Einheiten

rungseinrichtung und Ionenquelle umhüllender angeschlossen werden, die an spezifische Aufgaben

Steuerelektrode, 5 angepaßte Targethalter und Elektroden zum Ab-

F i g. 4 einen Neutronengenerator mit auf nega- saugen und/oder Fokussieren von Ionenstrahlbündeln

tivem Hochspannungspotential liegendem Target- enthalten,

halter, In Fig. 2 ist an den Flansch403 des Vakuum-

F i g. 5 einen Neutronengenerator mit Fokussie- gehäuses 4 eine Baugruppe angeflanscht, die eine auf

rungseinrichtung und auf negativem Hochspannungs- io Erdpotential liegende Absaugelektrode 6 und einen

potential liegendem Targethalter. Targethalter 7 mit einem Target 8 enthält. Der Ab-

In F i g. 1 wird die Ionenquelle 1 durch die Stütz- stand des Targets von der Eintrittsebene der Ionen in isolatoren 2 und 3 getragen. Der Isolator 2 ist in dem die Bohrung der Absaugelektrode kann beispielsweise die Ionenquelle umschließenden Vakuumgehäuse 4 100 bis 200 mm betragen bei einem Targetdurchmesfedernd angeordnet und wird in eine Lagerschale des 15 ser von 30 bis 100 mm. Der Targethalter ist mit einer Ionenquellengehäuses 5 gedrückt. Der Isolator 3 ist Gas- oder Flüssigkeitskühlung ausgerüstet,
mit dem Ionenquellengehäuse 5 fest verbunden. Diese _ An Stelle des ruhenden Targets könnte auch ein aus Ionenquellengehäuse, Isolator und Tragflansch nicht dargestelltes Drehtarget eingebaut werden.
401 bestehende Einheit kann nach Lösen der Flansch- In Fig. 3 ist der Anschluß einer anderen ein verbindung seitlich aus dem Vakuumgehäuse heraus- 20 Fokussierungssystem 9 enthaltende Baugruppe dargeführt werden. Die Ionenquelle 1 wird von dem gestellt. Dabei liegt z. B. an der Ionenquelle 1 eine metallischen Gehäuse 5 umschlossen, welches eine positive Hochspannung von etwa 150 kV, an den Ionenaustrittsöffnung 501 und einen Deckel 502 be- Linsenelektroden 901 eine positive Hochspannung sitzt. Nach Abnehmen des Deckels 502 kann der die von etwa 100 kV und an der Linsenelektrode 902 eine Kathode tragende Kathodenflansch 101, der gegen 25 z. B. im Bereich von — 30 kV bis + 30 kV veränderdas Gehäuse 5 und den Kühlkanal 102 durch einen bare Spannung.

Dichtring 103 abgedichtet ist, zum Auswechseln der Um an die Ionenquelle eine höhere Spannung anKathode abgenommen werden, ohne daß die Kühl- legen zu können, wird das Ionenquellengehäuse 5 von flüssigkeit abgelassen werden muß. einem isoliert aufgehängten Blechmantel 10 umschlos-

In der zentralen Bohrung 301 des Isolators 3 liegt 30 sen, dessen Potential niedriger als das der Ionenquelle ein den Anodenstrom führendes Edelstahlrohr 302, ist. Dieser Blechmantel kann auch z. B. mit der das durch das aus Isoliermaterial bestehende konische Linsenelektrode 901 leitend verbunden werden.
Anschlußstück 303 hindurchgeführt ist. Zur Versor- In Fig. 4 ist an den Flansch 403 eine andere Baugung der Ionenquelle mit Deuteriumgas wird durch gruppe angeschlossen, bei der das Target 8 mit dem das Rohr 302 ein außen isoliertes Kupferrohr 304 35 Targethalter la in einem Vakuumgehäuse 11 isoliert geführt, das auf der einen Seite mit dem Kathoden- angeordnet und auf negatives Hochspannungspotenflansch, auf der anderen Seite mit einem durch den tial gelegt ist. Die Absaugelektrode 6 liegt auf Erd-Gasdruck oder mechanisch gesteuerten Nadelventil potential, die Ionenquelle 1 auf positivem Hochspan- 305 verbunden ist. nungspotential. Man erreicht dadurch eine Verdoppeln dem Rohr 302 liegt außerdem ein Kabel 306, 40 lung der Ionenenergie bei Umgehung der Schwierigweiches gemeinsam mit dem Kupferrohr 304 zur Ver- keiten, die auftreten würden, wenn die Ionenquellensorgung der Kathoden mit Heizstrom dient. Über das spannung verdoppelt und das Target auf Erdpotential Kupferrohr 304 und das Kabel 306 wird auch der gelegt würde.

zum Aufrechterhalten des Plasmas erforderliche Das Targetgehäuse wird durch zwei seitlich an

Strom geleitet, der über die Anode und das Rohr 302 45 demselben angreifende Isolatoren 12,13 gehalten,

abgeleitet wird. Durch den Isolator 12 ist das Hochspannungskabel 14

Zur Spannungsversorgung der Zwischenelektrode geführt, über Bohrungen 15 im Isolator 13 wird das

105 ist ferner durch das Rohr 302 ein isoliertes Kabel flüssige Kühlmittel für die Kühlung des Targets zu-

307 geführt, das an bekannte Schaltelemente ange- und abgeleitet,

schlossen ist. 50 Auch in F i g. 5 liegt das Target auf negativem

In dem Rohr 302 liegt auch ein Schlauch 308 zum Hochspannungspotential und ist in einer Vakuum-Abfuhren der die Ionenquelle kühlenden Flüssigkeit. kammer isoliert aufgehängt. Wegen des zwischen Die Zuleitung der Kühlflüssigkeit erfolgt durch den Ionenquelle und Target geforderten größeren Ab-Restquerschnitt des Rohres 302. Standes ist ein Fokussierungssystem 9 mit einstellbarer

Auf das konische Anschlußstück 303 ist ein aus 55 Linsenspannung vorgesehen. Der Targethalter 7 b mit

Isoliermaterial bestehender Anschlußblock 309 öl- dem Target 8 ist in einem Ionenrohr 16 b angeordnet,

dicht aufgesetzt. Zur Versorgung der Ionenquelle mit Das Ionenrohr ist von einem auf Erdpotential liegen-

Hochspannung, Pulsspannung und Heizstrom sind im den Gehäuse 17 umschlossen, das an das Gehäuse 18

Anschlußblock 309 nicht dargestellte Steckverbindun- des Fokussierungssystems vakuumdicht angeschlos-

gen angeordnet, wobei die Hochspannung über ein 60 sen ist.

Kabel, die Versorgungsspannungen der Ionenquelle Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen

über nicht dargestellte Transformatoren zugeführt insbesondere darin, daß Neutronengeneratoren mit

werden. wesentlich geringerem Aufwand als bisher an unter-

Das Nadelventil 305 wird über einen Isolierstab schiedliche Aufgaben in wirtschaftlicher Weise opti-

eingestellt und über einen Isolierschlauch mit Deute- 65 mal angepaßt werden können, so daß deren Anwen-

riumgas versorgt. Im Anschlußblock 309 sind ferner dungsbereiche wesentlich ausgeweitet werden. Damit

nicht dargestellte Kanäle für die Kühlmittelversor- verbunden ist auch eine Erhöhung der Betriebssicher-

gung vorgesehen. heit und des Bedienungskomforts.

Claims

Patentansprüche:

1. Neutronengenerator mit einer auf Hochspannungspotential liegenden und in einem Vakuumgehäuse elektrisch isoliert angeordneten Ionenquelle zum Erzeugen eines Ionenstrahlbündeis und einem Target, in dem das Ionenstrahlbündel mittels Kernreaktionen Neutronen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquelle (1) als bauliche Einheit in einem rotationssymmetrischen Ionenquellengehäuse (5) zusammengefaßt ist, von mehreren, an dem Ionenquellengehäuse (5) radial angreifenden, senkrecht zum Ionenstrahlbündel gerichteten Isolatoren (2, 3) getragen und von dem auf Erdpotential liegenden metallischen Vakuumgehäuse (4) allseitig umschlossen ist, an dessen der IonenaustrittsöSnung (501) gegenüberliegenden Seite ein Flansch (403) zum wahlweisen Anschließen von Baugruppen angeordnet ist, die an spezifische Aufgaben angepaßte Targethalter und Elektroden zum Absaugen und/oder Fokussieren des Ionenstrahlbündels enthalten.

2. Neutronengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquelle von zwei Isolatoren (2, 3) getragen ist, von denen der eine fest mit dem Vakuumgehäuse (4) und lösbar mit dem Ionenquellengehäuse (5) und der andere fest mit dem Ionenquellengehäuse (5) und lösbar mit dem Vakuumgehäuse (4) verbunden ist, und daß die aus Ionenquellengehäuse (S) und Isolator (3) gebildete Einheit seitlich aus dem Vakuumgehäuse (4) herausnehmbar ist.

3. Neutronengenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquelle (1) durch Kanäle (301) im Isolator (3) mit einer isolierenden Flüssigkeit gekühlt ist.

4. Neutronengenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung von Deuteriumgas zur Ionenquelle (1) an dem der Ionenquelle abgewandten Ende des herausnehmbaren Isolators (3) ein Gasreduzierventil (305) angeordnet ist, das mit der Ionenquelle über ein durch den Isolator (3) geführtes metallisches Rohr (304) verbunden ist und über einen elektrisch isolierenden Schlauch mit dem Deuteriumgas gespeist wird.

5. Neutronengenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Flansch (403) eine aus Absaugelektrode und Targethalter bestehende Baugruppe angeschlossen ist, wobei Absaugelektrode und Targethalter in an sich bekannter Weise auf Erdpotential liegen und das Target als ruhendes Target oder als Drehtarget ausgebildet ist.

6. Neutronengenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Flansch (403) ein an sich bekanntes elektrostatisches Linsensystem (9) zum Fokussieren des Ionenstrahlbündels und ein innerhalb eines auf Erdpotential liegenden Gehäuses (17) angeordnetes lonenrohr (16 b) zur Aufnahme des Targets (8) angeschlossen sind.

7. Neutronengenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquelle von einem isoliert aufgehängten Blechmantel (10) umschlossen ist, dessen Potential niedriger ist als das der Ionenquelle (1). Λ

8. Neutronengenerator nach Anspruch 7, da- ^ durch gekennzeichnet, daß der Blechmantel (10) elektrisch mit einer der Elektroden des Fokussierungssystems (9) verbunden ist.

9. Neutronengenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Flansch (403) eine auf Erdpotential liegende Absaugelektrode (6) und ein in einem Vakuumgehäuse (11) isoliert aufgehängtes, auf negativer Hochspannung liegendes Targetgehäuse (7 ä) angeschlossen sind.

10. Neutronengenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an das die Ionen in Richtung auf das Target beschleunigende Elektrodensystem nach dem vom Linearbeschleuniger bekannten Prinzip eine mit Hochfrequenz modulierte Spannung angelegt wird.

11. Neutronengenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 mit einem Duoplasmatron als Ionenquelle, dadurch gekenn- μ zeichnet, daß eine in der Ionenquelle angeordnete ™ Magnetspule aus dem Heizstromkreis der Ionenquelle gespeist wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen