專利名稱：可控中子源用超小直徑潘寧離子源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及可控中子源中的潘寧放電離子源，特別是一種可控中子源用的超小直徑潘寧離子源裝置。
背景技術(shù)：
潘寧離子源亦稱冷陰極離子源，該離子源有一個陽極室，室的兩端都是陰極，把所需的元素引進陽極室，通過電弧放電產(chǎn)生等離子體，受陰極和軸向磁場制約的電子在陽極室中和氣體發(fā)生多次電離碰撞。中子源通常用加速的氘核轟擊吸飽氘的鈦靶，由(DT)反應(yīng)產(chǎn)生中子。用于油田測井的可控中子源，其直徑必須很小，否則會影響井下作業(yè)。可控中子源外徑的大小由所用離子源外徑大小決定。高頻離子源和orbitron離子源因體積太大是無法使用的。過采油管的測井儀器外徑為42-45mm，要求可控中子源外徑為25-30mm。目前一般的內(nèi)磁式潘寧離子源，是在圓筒形陽極兩側(cè)放置兩個圓片形陰極組成。由于軸向磁場強度不夠大，其直徑目前仍然較大，難以滿足測井要求。
潘寧離子源同比放電原理是，磁場強度H同比例增加時，放電室尺寸同比例減小，仍然可以得到同樣大小的放電電流(氣壓不變)。所以要縮小潘寧離子源的徑向尺寸，必須增加永久磁鋼的軸向磁場強度。以往使用的中子源，因其離子源放電室尺寸較大，磁場強度損失可用增大離子源體積補償。但隨著油田測井技術(shù)的提高，目前較大直徑的中子源已不能滿足使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是要避免現(xiàn)有技術(shù)的上述困難，為油田測井提供一種超小直徑的可控中子源用潘寧離子源裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的解決方案是可控中子源超小直徑潘寧離子源包括離子源外殼、前陰極、后陰極、陽極和陽極導(dǎo)線，其特征是緊貼前陰極前部設(shè)有增強磁場的環(huán)形磁鋼。
上述后陰極的后部可以設(shè)置增強磁場的磁鋼柱。
上述與前陰極接觸的離子源外殼和離子源底座組成離子源的外磁路。
上述磁鋼柱后可以聯(lián)有導(dǎo)磁片。
上述的磁鋼柱和導(dǎo)磁片裝在一個由非導(dǎo)磁材料制成的杯形磁鋼罩內(nèi)，磁鋼罩的前端與后陰極相聯(lián)；磁鋼罩外圓表面裝有環(huán)形離子源底座，離子源底座與導(dǎo)磁片的厚度相同并處于對齊的位置；磁鋼罩后端裝有起密封作用的瓷質(zhì)芯柱底盤及密封環(huán)，芯柱底盤上嵌有若干密封陽極引線的瓷質(zhì)小芯柱；以上各部件是組裝在一起的整體件。該整體件是適合后裝入工藝要求的專用陶瓷-金屬芯柱。
上述導(dǎo)磁片后部可設(shè)有抵住前面部件的固定環(huán)，杯形磁鋼罩尾部帶有收口的卷邊。
上述芯柱底盤與瓷質(zhì)導(dǎo)線小芯柱的封接面右邊可設(shè)有減小銀銅焊封接應(yīng)力的凹腔。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點1.能使潘寧離子源放電室內(nèi)軸向磁場強度大大增加，因而可制成直徑15-22mm的超直徑潘寧離子源，同時使可控中子源玻璃外殼的直徑縮小至25-32mm，使測井儀器外徑縮小到40-45mm，從而完全滿足油田測井之需，使進行過油管脈沖中子測井成為可能。
2.結(jié)構(gòu)緊湊、牢固、工作可靠。
3.由磁鋼罩、離子源底座、芯柱底盤、密封環(huán)和小芯柱等共同組成的專用陶瓷-金屬芯柱，能滿足潘寧離子源磁鋼柱后裝入結(jié)構(gòu)要求，從而避免高溫對磁鋼產(chǎn)生不利影響。它與離子源的小形化和可控中子源小形化密不可分。陶瓷-金屬芯柱同時可起到對離子源的支撐和扶正作用。并能提高可控中子源工作的穩(wěn)定性。


圖1是可控中子源及其潘寧離子源的縱剖面圖。
具體實施方式
參見附圖，在中子源玻璃管外殼18和金屬端子13內(nèi)裝有潘寧離子源20。該離子源包括前陰極2、后陰極6和陽極5。陽極和后陰極為非磁性材料。以上三個部件所包圍的空間為潘寧離子源放電室。為了盡量增大放電室內(nèi)的軸向磁場強度，緊貼前陰極2前部設(shè)置磁鋼環(huán)1，在后陰極6后部設(shè)置磁鋼柱17。這里磁鋼環(huán)和磁鋼柱都采用永久磁鐵。本裝置中采用的磁鋼是目前磁性較強的磁鋼，如釹鐵硼等。磁鋼環(huán)1前端與離子源外殼19相接觸。離子源外殼19為杯形，底部有孔21，與磁鋼環(huán)1的孔相對。
因可控中子源不能放入吸氣劑，為使排氣徹底，可控中子源工藝過程中要經(jīng)過450℃長時間烘烤，高溫會使永久磁體的磁場強度大大降低。為此，本實用新型的永久磁體采用后裝入結(jié)構(gòu)，即經(jīng)高溫處理工藝后再裝入永磁體，以避免高溫使永磁體磁場強度下降。圖中將磁鋼柱17置于一個長筒形磁鋼罩12內(nèi)，筒的一端封閉，類似杯形。磁鋼罩由非導(dǎo)磁材料無氧銅制成。磁鋼柱17后部有導(dǎo)磁片16，導(dǎo)磁片后部有鐵磁性固定環(huán)14。磁鋼罩12口部有向內(nèi)折的卷邊22，抵住固定環(huán)14，使筒內(nèi)各件都得到固定。在磁鋼罩12外部的臺肩處設(shè)有環(huán)形離子源底座15。上述離子源底座15、導(dǎo)磁片16和離子源外殼19均為高純鐵材料，成為離子源的外磁路。離子源外殼19和離子源底座15之間可通過點焊固定。杯形陽極5由陶瓷絕緣環(huán)3、4固定。陽極導(dǎo)線8外包有導(dǎo)線絕緣管7。陽極導(dǎo)線外的陶瓷小芯柱10是氣密封件。瓷質(zhì)芯柱底盤9上共有三個小芯柱及三根陽極導(dǎo)線。為排氣可控源要經(jīng)數(shù)十小時400℃以上高溫處理，此時芯柱要仍有良好的密封性。上述陶瓷絕緣環(huán)3、4、陽極導(dǎo)線絕緣管7和小芯柱10等應(yīng)有耐數(shù)千伏特的絕緣度。
在可控中子源經(jīng)高溫等工藝處理完后，將磁鋼柱17由磁鋼罩左方的圓孔中滑入。安裝到位后，裝入固定環(huán)14。磁鋼罩12孔口向內(nèi)卷邊，就可使管內(nèi)各部件位置固定。后裝入磁鋼柱17后，磁路是開路的。由于磁阻大，放電室中的磁場強度又要降低，在裝入磁鋼柱后使磁路閉合。把玻璃外殼18放入數(shù)匝粗導(dǎo)線繞成的線圈中。線圈中心處在放電室陽極位置，用大電容經(jīng)線圈脈沖放電，在強脈沖磁場下使閉路中的磁鋼環(huán)1和磁鋼柱17達到磁飽合。從而最大限度利用永久磁場的磁能量。
圖中，芯柱底盤9、小芯柱10、密封環(huán)11和磁鋼罩12之間均為氣密封銀銅焊。它們連同離子源底座15和后陰極6共同構(gòu)成可控中子源和離子源的陶瓷-金屬芯柱。本芯柱是為測井可控中子源專門設(shè)計，能滿足潘寧離子源的磁鋼柱后裝入結(jié)構(gòu)要求，以避免高溫對磁鋼產(chǎn)生不利影響。它與離子源和可控中子源小形化密不可分，并能滿足可控中子源工作穩(wěn)定性的要求。芯柱同時可起到對離子源的支撐和扶正作用，要求牢固性好。
無氧銅的磁鋼罩12與芯柱底盤9采用真空銀銅焊接，以保證氣密性。后陰極(非磁性材料)6、離子源底座(純鐵)15與磁鋼罩12之間也是真空銀銅焊接。安裝時，磁鋼柱17從磁鋼罩12左邊的圓形空腔滑入到底部，再放入純鐵做的導(dǎo)磁片16。導(dǎo)磁片的厚度應(yīng)與離子源底座15一致。位置剛好對齊。離子源底座15位于離子源外殼19左端口部。二者用氬弧點焊上，離子源就與磁鋼罩12固定。同時與芯柱底盤9固定。后陰極6的嵌合結(jié)構(gòu)可起到到扶正離子源的作用，從而解決了離子源固定和磁鋼柱后裝入的問題。
芯柱底盤9與瓷質(zhì)小芯柱10的封接面的右邊有一凹腔23，腔的作用是減小銀銅焊封接的應(yīng)力。因芯柱底盤9厚度約5mm，有了凹腔后，封接部位的金屬厚度與沖壓件一樣薄。無氧銅的可塑性大，這樣封(焊)接應(yīng)力就減小到允許的程度。合金制成的密封環(huán)11左端與可控中子源左端氬弧焊封口。右端與芯柱底盤9用銀銅焊密封。密封環(huán)11應(yīng)按規(guī)定進行燒氫、鍍鎳處理。
權(quán)利要求1.可控中子源用超小直徑潘寧離子源裝置，包括離子源外殼(19)、前陰極(2)、后陰極(6)、陽極(5)和陽極導(dǎo)線(8)，其特征是緊貼前陰極(2)前部設(shè)有增強磁場的環(huán)形磁鋼(1)。
2.如權(quán)利要求1所述的潘寧離子源裝置，其特征在于所說的后陰極(6)后部設(shè)有增強磁場的磁鋼柱(17)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的潘寧離子源裝置，其特征在于與前陰極(2)接觸的離子源外殼(19)和離子源底座(15)組成離子源的外磁路。
4.如權(quán)利要求2所述的潘寧離子源裝置，其特征在于所說的磁鋼柱(17)后聯(lián)有導(dǎo)磁片(16)。
5.如權(quán)利要求4所述的潘寧離子源裝置，其特征在于所說的磁鋼柱(17)和導(dǎo)磁片(16)裝在一個由非導(dǎo)磁材料制成的杯形磁鋼罩(12)內(nèi)，磁鋼罩的前端與后陰極(6)相聯(lián)；磁鋼罩(12)外圓表面裝有環(huán)形離子源底座(15)，離子源底座與導(dǎo)磁片(16)厚度相同并處于對齊的位置；磁鋼罩后端裝有起密封作用的瓷質(zhì)芯柱底盤(9)及密封環(huán)(11)，芯柱底盤(9)上嵌有若干密封陽極引線的瓷質(zhì)小芯柱(10)；以上各部件是組裝在一起的整體件。
6.如權(quán)利要求5所述的潘寧離子源裝置，其特征在于所說的導(dǎo)磁片(16)后部設(shè)有抵住前面部件的固定環(huán)(14)，杯形磁鋼罩(12)尾部帶有收口的卷邊(22)。
7.如權(quán)利要求5所述的潘寧離子源裝置，其特征在于所說的芯柱底盤(9)與瓷質(zhì)小芯柱(10)的封接面右邊有一減小銀銅焊封接應(yīng)力的凹腔(23)。
專利摘要可控中子源用超小直徑潘寧離子源裝置，其特征是在前陰極前部設(shè)有增強磁場的環(huán)形磁鋼。在后陰極后部設(shè)有增強磁場的磁鋼柱及導(dǎo)磁片。磁鋼柱和導(dǎo)磁片裝在一個由非導(dǎo)磁材料制成的杯形磁鋼罩內(nèi)，磁鋼罩的前端與后陰極相聯(lián)；磁鋼罩外側(cè)裝有環(huán)形離子源底座，離子源底座與導(dǎo)磁片處于對齊的位置；磁鋼罩后端裝有起密封作用的瓷質(zhì)芯柱底盤及密封環(huán)等；其中磁鋼罩、離子源底座、芯柱底盤和密封環(huán)等是組裝在一起的整體件，形成滿足后裝入工藝要求的專用陶瓷－金屬芯柱。優(yōu)點是能使潘寧離子源的磁場強度大大增加，因而可減小離子源外徑，最終使可控中子外徑縮小至25－32mm，測井儀器外徑縮小至40－45mm，從而完全滿足油田測井之需。
文檔編號G01V5/10GK2528032SQ0222458
公開日2002年12月25日 申請日期2002年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月5日
發(fā)明者石文夫, 夏文學(xué) 申請人:西安市思坦電子科技有限公司