一种耐高温微型中子源

技术领域

本发明涉及微型加速器型中子源，特别是涉及一种耐高温微型中子源。

背景技术

微型中子源在油气测井、工业物料成分在线检测、辐照测试等领域有着广泛的应用。油气测井微型中子源通常工作在超过3000m深的地层，由于地层温度梯度的存在，微型中子源工作环境温度达到125℃以上，甚至高达175～200℃，这给微型中子源的耐温和热管理设计带来了极大挑战。微型中子源包括中子管、电源系统和控制系统等，其中核心部件是中子管，中子管(尤其是中子管靶)散热能力是影响微型中子源耐温性能的关键因素之一。现有微型中子源中子管一般采用基于热传导和/或自然对流的散热方式，散热效率低，且进一步提升的空间很小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种耐高温微型中子源。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

所述控制系统、所述电源系统和所述中子管在所述外壳内依次顺序放置；

所述耐高温微型中子源还包括主动射流系统和快中子探测系统，所述外壳内充有绝缘气体，所述主动射流系统和所述快中子探测系统依次布置在所述中子管靶后端；所述主动射流系统内含有主动射流单元，用于产生射流。

本发明的有益效果是，实现对中子管靶的主动强化散热，克服了已有技术中中子管靶只能利用热传导和/或绝缘气体或绝缘油进行自然对流冷却的缺陷，极大提高中子管靶的散热能力，同时也有利于电源系统、控制系统电路板和器件的散热，大幅提高微型中子源的耐温性能。另一方面，本发明提出了在中子管靶后端布置快中子探测系统，根据快中子探测系统实时测量的中子产额与要求产额的差异情况，通过控制系统调节电源系统参数，从而提高微型中子源中子产额的稳定性。

优选地，所述主动射流系统包含不少于两个主动射流单元；所述主动射流单元包含振动片、所述振动片两侧的压电振动膜和振动腔；所述主动射流单元为环扇形柱体结构，与外壳同轴，沿圆周布置在所述外壳的内壁；所述振动片与所述中子管靶轴线平行，设置在所述振动腔长边方向的内侧；所述振动腔朝向中子管靶的一侧设置有射流孔。

优选地，所述射流孔为单孔或阵列多孔，射流孔的形状为圆形、椭圆形、菱形、三角形、长方形或狭缝形。

上述实施例中，工作时对压电振动膜通以激励交流电压，压电振动膜带动振动片振动，振动腔体积随振动片的振动周期性地增大-减小，对周围的绝缘气体形成吸-吹效应，综合效果是形成朝向中子管靶的射流，从而实现中子管靶的主动强化散热。

优选地，所述主动射流系统包含一个主动射流单元；所述主动射流单元为圆柱体扁盒结构，由振动片、所述振动片两侧的压电振动膜、振动腔和所述振动腔的底座构成；所述振动片与所述中子管靶轴线垂直，所述振动腔轴线与所述中子管靶轴线重合，所述振动片设置在所述振动腔上远离所述中子管靶的一侧；所述振动腔朝向中子管靶的一侧设置有射流孔。

优选地，所述主动射流系统包含一个主动射流单元；主动射流单元为长方体扁盒结构，由振动片、所述振动片两侧的压电振动膜、振动腔和固定所述振动腔的底座构成；所述振动片与所述中子管靶轴线平行，所述振动腔中心线与所述中子管靶轴线重合，所述振动片设置在所述振动腔长边方向的单侧或双侧；所述振动腔朝向所述中子管靶的一侧设置有射流孔。

优选地，所述射流孔为单孔或阵列多孔，射流孔的形状为圆形、椭圆形、菱形、三角形、长方形或狭缝形。

优选地，所述主动射流单元为单支梁结构，由振动片、所述振动片两侧的压电振动膜和固定振动片的底座构成；所述振动片与所述中子管靶轴线平行，并且所述振动片中心线与所述中子管靶轴线重合。

上述实施例中，工作时，对压电振动膜通以激励交流电压，压电振动膜带动振动片振动，振动片振动带动周围的绝缘气体形成总体朝向中子管靶的快速射流，从而实现中子管靶的主动强化散热。

进一步地，所述中子管靶末端伸出所述中子管，并且其伸出所述中子管的部分侧表面加工成横向或纵向肋片结构。

上述实施例中，中子管靶的散热面积可以增加达数倍，进一步增强换热能力。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的一种耐高温微型中子源轴向剖面示意图。

图2为本发明实施例1提供的一种耐高温微型中子源的轴向剖面示意图和位于射流孔的径向剖面示意图。

图3为本发明实施例2提供的一种耐高温微型中子源的轴向剖面示意图和位于射流孔的径向剖面示意图。

图4为本发明实施例3提供的一种耐高温微型中子源的轴向剖面示意图和位于射流孔的径向剖面示意图。

图5为本发明实施例4提供的一种耐高温微型中子源的轴向剖面示意图和位于射流孔的径向剖面示意图。

图1中1为中子管、2为电源系统、3为控制系统、4为主动射流系统、5为快中子探测系统、6为外壳。

图2中1为中子管、11为中子管靶、41为振动片、42为压电振动膜、43为振动腔、44为射流孔；

图3中1为中子管、11为中子管靶、41为振动片、42为压电振动膜、43为振动腔、44为射流孔、45为底座；

图4中1为中子管、11为中子管靶、41为振动片、42为压电振动膜、43为振动腔、44为射流孔、45为底座；

图5中1为中子管、11为中子管靶、41为振动片、42为压电振动膜、43为振动腔、45为底座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1：

如图1和2所示，耐高温微型中子源由中子管、电源系统、控制系统、主动射流系统、快中子探测系统和外壳组成，外壳内充有SF6或其他绝缘气体，主动射流系统和快中子探测器系统依次布置在中子管靶后端。主动射流系统包括2个主动射流单元，沿圆周均匀布置在微型中子源内壁。每个主动射流单元由振动片、振动片两侧的压电振动膜和振动腔构成。振动腔上射流孔形状为圆弧形狭缝。中子管靶末端伸出中子管，并且其伸出中子管的部分侧面加工成横向肋片结构。微型中子源工作时，压电振动膜在外部激励交流电压的驱动下，带动振动片往复振动，振动腔交替吸入和吹出绝缘气体，并在下游形成朝向中子管靶的射流，对中子管靶进行冷却，同时也加强了微型中子源内部气体的流动，有利于电源系统板、控制系统等散热。根据数值模拟和实验测试结果，中子管靶散热能力可提高50％以上。快中子探测系统直接实时测量中子产额，根据测量产额与要求产额的差异情况，通过控制系统自动调节中子管储存器电流、阳极电压等电源系统参数，从而提高微型中子源中子产额的稳定性，实现中子产额波动在5％以内。

实施例2：

如图1和3所示，耐高温微型中子源由中子管、电源系统、控制系统、主动射流系统、快中子探测系统和外壳组成，外壳内充有SF6或其他绝缘气体，主动射流系统和快中子探测器系统依次布置在中子管靶后端。主动射流系统包括1个主动射流单元，主动射流单元由振动片、振动片两侧的压电振动膜、振动腔和固定振动腔的底座构成，布置在微型中子源中心轴线上。振动片与中子管靶轴线平行，并且振动片中心线与中子管靶轴线重合；振动腔上射流孔的形状为狭缝形。在振动腔的双侧均布置振动片。微型中子源工作时，压电振动膜在外部激励交流电压的驱动下，带动振动片往复振动，振动腔交替吸入和吹出绝缘气体，并在下游形成朝向中子管靶的射流，对中子管靶进行冷却，同时也加强了微型中子源内部气体的流动，有利于电源系统、控制系统等散热。本实施例为双侧振动片结构，这种结构的优点是振动腔体积变化幅度更大，产生的射流速度更大，对中子管靶的冷却能力更强。

实施例3：

如图1和4所示，耐高温微型中子源由中子管、电源系统、控制系统、主动射流系统、快中子探测系统和外壳组成，外壳内充有SF6或其他绝缘气体，主动射流系统和快中子探测器系统依次布置在中子管靶后端。主动射流系统包括1个主动射流单元，主动射流单元由振动片、振动片两侧的压电振动膜、振动腔和振动腔的底座构成。振动片与中子管轴线垂直，并且振动片轴线与中子管靶轴线重合；振动腔的射流孔为阵列3孔，射流孔的形状为圆形。微型中子源工作时，压电振动膜在外部激励交流电压的驱动下，带动振动片往复振动，振动腔交替吸入和吹出绝缘气体，并在下游形成朝向中子管靶的射流，对中子管靶进行冷却，同时也加强了微型中子源内部气体的流动，有利于电源系统、控制系统等散热。本实施例采用阵列多孔形式，各射流孔产生的射流相互影响，进一步加强对绝缘气体的扰动，相比单孔散热效果进一步增强。

实施例4：

如图1和5所示，耐高温微型中子源由中子管、电源系统、控制系统、主动射流系统、快中子探测系统和外壳组成，外壳内充有SF6或其他绝缘气体，主动射流系统和快中子探测器系统依次布置在中子管靶后端。主动射流系统包括一个主动射流单元，主动射流单元由振动片、振动片两侧的压电振动膜和固定振动片的底座构成，布置在微型中子源中心轴线上；振动片与中子管靶轴线平行，并且振动片中心线与中子管靶轴线重合。微型中子源工作时，压电振动膜在外部激励交流电压的驱动下，带动振动片往复振动，在下游形成朝向中子管靶的射流，对中子管靶进行冷却，同时也加强了微型中子源内部气体的流动，有利于电源系统、控制系统等散热。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。