US Patent 4282440 中英译文.docx
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USPatent4282440中英译文
UnitedStatesPatent
NEUTRONACCELERATORTUBEHAVINGIMPROVEDIONIZATIONSECTION
具有改进的电离层的中子加速器管
ABSTRACT
Aneutronacceleratortubehavingatargetsection,anionizationsection,andareplenishersectionforsupplyingacceleratorgastotheionizationsection.Theionizationsectionislocatedbetweenthetargetandthereplenishersectionandincludesanionizationchamberadaptedtoreceiveacceleratorgasfromthereplenishersection.Theionizationsectionfurtherincludesspacedcathodeshavingopposedactivesurfacesexposedtotheinterioroftheionizationchamber.Theactivesurfaceofatleastoneofthecathodesisformulatedofaβ-emittingmaterial.Ananodeislocatedintermediatethecathodeswherebyinresponsetoanappliedpositivevoltage,electronsaretransmittedbetweentheopposedactivesurfacesofthecathodesandproducetheemissionofsecondaryelectrons.Theactivesurfaceoftheothercathodemaybeformulatedofaβ-rayemitterormaterialhavingasecondaryelectronemissionfactorofatleast2.Onecathodememberlocatedinthetubeadjacenttothereplenishersectionmayhaveaprotuberantportionextendingaxiallyintotheionizationchamberandformulatedofaβ-rayemittingmaterial.Aportionoftheactivesurfaceofthecathodewhichisrecessedwithrespecttotheprotuberantportionmaybeformulatedofamaterialhavingasecondaryelectronemissionfactorofatleast2.Theothercathodespacedfromthefirstcathodememberinthedirectionofthetargethasanaperturethereinalongtheaxisoftheprotuberantportion.
摘要
一个中子加速器管具有目标层,电离层和补充液层,其中补充剂层是用于给电离层提供加速器气体。
电离层位于目标层与补充液层之间,并包括用来接收来自补充剂层的加速器气体的电离室。
电离层还包括具有相对活性表面的相间隔开的阴极,其中这些活性表面是直接暴露于电离室中的内部。
这些阴极中至少有一个阴极的活性表面的是由具有β放射性的材料制成的。
一个阳极位于阴极的中间,并提供了一个正电压,使得电子在阴极的相对的活性表面之间传输,从而产生了次级电子的发射。
其他阴极的活性表面也可能是由一个β射线发射器或者是由次级电子发射系数的至少是2的材料制成的。
中子管里靠近补充剂层的一个阴极可能会有一个突起的部分轴向延伸进入电离室,它可能是由发射β射线的放射性材料制定的。
阴极的活性表面上凹嵌于相关突起处的一部分可能是次级电子发射系数至少是2的材料制定的。
与第一个阴极成员在目标层方位上间隔的其他阴极,在沿突起部分主轴方向上,有一个孔径在其中。
NEUTRONACCELERATORTUBEHAVINGIMPROVEDIONIZATIONSECTION
BACKGROUNDOFTHEINVENTION本发明的背景
Thisinventionrelatestoneutronsourcesandmoreparticularlytoaccelerator-typeneutrontubesourceshavingimprovedionizationsections.
本发明涉及中子源,更具体地说,涉及具有改进的电离层的加速器式中子管的源。
Accelerator-typeneutrontubesourcesareemployedinmanyapplications.Awellknownapplicationisintheradioactivityloggingofwellspenetratingsubterraneanformations.Forexample,intheartofneutron-neutronwellloggingasourceofprimaryneutronsisemployedtoirradiatesubterraneanformationsofinterest.Theresultingsecondaryradiationismeasuredbyoneormoredetectorsspacedaxiallyfromthesourcewithintheborehole.Suchsecondaryirradiationmaytaketheformofthermalneutrons,epithermalneutrons,orthermalneutroncapturegammarays.AloggingtoolofthistypeemployedforporositymeasurementsisdisclosedinU.S.Pat.No.4,005,290toAllenwhereintheloggingtoolincludesaneutronsourceandepithermalandthermalneutrondetectors.
在许多应用中采用加速器型中子管源。
一个众所周知的应用是在穿透地层的放射性测井中的应用。
例如,在中子领域中的中子测井时,主中子的源被用在照射感兴趣的地下地层。
由此产生的二次辐射是由一个或多个检测器测量的,这些检测器从井眼内的源处轴向地隔开。
这样的二次辐射可能需要热中子,超热中子,热中子俘获伽玛射线的形式来实现。
甲孔隙度测量时采用的这种类型的测井工具在来自艾伦的第4005290号美国专利中公开,其中日志记录的工具就包括了中子源以及超热中子和热中子探测器。
Inproceduressuchasporositylogging,theneutronsourceisacontinuoussourceusuallyofachemicaltype.Otherwellknownradioactivewellloggingtechniquesinvolvetheuseofpulsedneutronsources.Forexample,intheartofradioactiveassaywelllogginganassaytoolisloweredintothewelltothelevelofaformationtobeassayed.Theassayoperationisthencarriedoutbycyclicallyoperatinganeutronsourceinthetoolinordertoirradiatetheformationunderinvestigationwithrepetitiveburstsoffastneutrons.Inoneassayprocedure,disclosedinU.S.Pat.No.3,686,503toGivensetal,delayedfissionneutronsemittedbyuraniumwithintheformationmaybedetectedbyaneutrondetector.Anotherprocedure,disclosedinU.S.Pat.No.4,180,730toGivensetal,involvesdetectionofpromptfissionneutronsemittedfromuraniumintheformation.Pulsedneutronloggingtechniquesmayalsobeemployedinproceduresinwhichradioactivedecayratesaredetermined.Thus,theformationunderinvestigationisirradiatedwithaburstoffastneutronsandtheresultingneutronpopulationisdetectedduringsuccessiveoroverlappingtimewindows.Forexample,U.S.Pat.No.3,800,150toGivensdisclosesapulsedneutronloggingtechniqueinwhichepithermalneutrondecayorthermalneutrondecayismeasuredbyemployingtimewindowsfordetectionwhichpartiallyoverlaponeanother.
在如孔隙度测井的程序里,中子源是一个通常的化学类型的连续源。
其他知名的放射性测井技术还涉及到使用脉冲中子源。
例如,在放射性检测测井的领域中,测定工具下降入井而形成待测定的水平。
该测定的操作是通过在工具中的中子源循环操作,然后进行测定以便于调查研究一阵重复的快中子的照射形成。
在一个公开在吉文斯等人的美国专利第3686503号里的分析过程,说它可能是通过在延迟裂变中子发射的地层内铀的中子检测器检测到的。
而另一个过程,则是公开在吉文斯等人的第4180730号美国专利里,它涉及从铀矿的形成发出提示裂变中子检测。
脉冲中子测井技术也可用于确定放射性衰变率的过程里。
因此,调查过程是在一阵快中子照射下,并且在连续或重叠的时间窗口中检测到产生的中子数量时形成的。
例如,在吉文斯的第3800150号美国专利中公开了一种脉冲中子测井技术,其中,超热中子衰变或热中子衰减是通过采用部分地彼此重叠的时间窗进行检测来测量的。
Neutronsourcessuchasmaybeemployedinradioactiveloggingproceduresasdescribedabovemaytaketheformofaccelerator-typeneutrontubescomprisingatargetsection,areplenishersection,andanionizationsectionlocatedbetweenthetargetandthereplenishersection.Thereplenishersectionprovidesasourceofacceleratorgastotheionizationsectionwhereitisionizedandthenacceleratedtoimpactthetarget.Thetargetisformulatedofmaterialwhichrespondstothebombardingionstoproduceneutrons.Inanumberofwellknownaccelerator-typetubesources,heavyisotopesofhydrogenareemployedastheacceleratorgasandinthetarget.Forexample,theacceleratorgasmaytaketheformofdeuteriumormixturesofdeuteriumandtritiumandthetargetmayincludetritiummolecules,deuteriummoleculesormixturesofdeuteriumandtritiummolecules.Theso-calleddeuterium-tritiumnuclearreactionisonecommonlyemployedinanaccelerator-typeneutrontubetoproduceneutrons.Inthereplenishersectionafilamentorreservoirusuallymadeofzirconiumortitaniumiselectricallyheated(undercontrolledconditions)toreleasedeuteriumgaspreviouslyadsorbedinthefilamentorreservoir.Zirconiumandtitaniumhavethepropertyofadsorbingcopiousquantitiesofdifferentgasessuchashydrogen,deuterium,tritium,andothergases.Thesematerialshavethefurtherpropertyofreleasingthehydrogenisotopegasesunderacontrolledreleaseconditionwhenheatedtoabout300beenadsorbed.Thedeuteriummoleculesareionizedintheionizingsectionbytheapplicationofapositivevoltagetoananodeintheionizingsection.Thedeuteriumionsarethenacceleratedbyalargenegativevoltage,e.g.-100KV,andimpactthetritiumtargettoproduceasupplyofneutrons.
中子源,也可能被用于如上所述的放射性测井程序中,它可以采用加速器式中子管的形式,这种形式包含目标层,补充剂层,还有位于目标与补充剂层之间的电离层。
补充剂层给电离层的提供了一个加速器气体源,在电离层那里它被电离后,然后加速到影响目标。
目标是由能轰击离子产生中子的反应的物质材料制成的。
在一些熟知的加速器型管源,重氢的同位素被用作为加速器气体,并且用在目标部。
例如,加速器气体可采取的形式有氘或氘和氚的混合物,且做目标时可能包括氚的分子,氘分子或氘和氚分子的混合物。
所谓的氘-氚核反应是一种常用的加速器式中子管产生中子的应用。
在补充剂层的灯丝或储层通常是由锆或钛的电加热(在受控的条件下)以释放先前吸附在灯丝或储层中的氘气。
锆和钛有吸附大量丰富的各种不同的气体性能,如:
氢,氘,氚,和其他气体。
这些材料有有更进一步的性能,当加热到约300个被吸附时,它们能释放可控条件下的氢同位素气体。
在电离层中氘分子在一个阳极产生的正电压的作用下被电离的。
然后氘离子在大的负电压下加速,如-100KV,并影响氚靶产生的中子供应。
Whilevarioustechniquesmaybeemployedinionizingtheacceleratorgas,oneionizationtechniquewhichissuitableparticularlywheretheneutronsourceisoperatedatalowacceleratorgaspressureandinapulsedmodeistheso-calledPenningmethod.APenningionsourcecomprisesspacedcathodesandananodelocatedintermediatethecathodes.Inacold-cathodetypePenningionsource,electronsareemittedfromacathodesurfacebyfieldemissionwhenapositivevoltagepulseisappliedtotheanode.Amagnetassociatedwiththesourcefunctionstospiraltheelectronsthusincreasingtheirflightpathandincreasingthestatisticalprobabilitythattheywillcollidewithmoleculesofacceleratorgassuppliedtotheionizationchamber.InawelldesignedPenningionsource,someoftheelectronsoriginatingatonecathodesurfacewillimpacttheothercathodesurfaceandsecondaryelectronsareemittedwhichalsofunctiontoincreasetheionizationreaction.SuchionsourcesarewellknowntothoseskilledintheartandaredescribedinFlinta,J."PulsedHigh-IntensityIonSource",PartI;Pauli,R.andFlinta,J."PulsedHigh-IntensityIonSource",PartII,NuclearInstruments2,pp219-236(1958).Inahot-cathodetypePenningionsource,onecathodeisaheatedfilamentandinitialelectronsaresuppliedbythermionicemissionfromthefilament.Inallotherrespects,cold-cathodeandhot-cathodePenningionsourcesareessentiallythesame.Hot-cathodeionsourcesarealsowellknowntothoseskilledintheartandonesuchsourceisdescribedinWood,J.andCrocker,A."AnElectrostaticallyFocusedIonSourceAndItsUseInASealed-OffD.C.NeutronSource",NuclearInstrumentsAndMethods21,pp47-48(1963).
虽然可以采用各种技术电离加速器气体,但是有一种电离技术是特别合适的,尤其是中子源是工作在一个低加速器气体压力和脉冲模式情况下,那就是所谓的Penning方法。
一个Penning离子源包括相互间隔的阴极,位于阴极中间的阳极。
Penning离子源为冷阴极型时,当一个正电压脉冲施加到阳极,电子在场作用下将从阴极表面发射出来。
磁铁与源的功能相关,它使电子螺旋起来,从而增加他们的飞行路径并会增加他们和电离室提供的加速器气体分子的碰撞机率。
在一个精心设计的Penning离子源里,在阴极表面产生的电子影响着其他阴极表面并且次级电子将会发射,这也可以增强电离反应。
这种离子源是被那些熟练的技术人员所熟知的,并在《Flinta,J.》第I部分中被描述为“脉冲高强度的离子源”;在《Pauli,R.和Flinta,J》第二部分,核仪器2,第219-236页(1958)中被描述为“脉冲高强度的离子源”。
在Penning离子源为热阴极型时,阴极是一根加热的灯丝,并且灯丝的热电子发射提供了初始的电子。
在所有其他方面,冷阴极和热阴极Penning离子源基本上是相同的。
热阴极离子源也被那些熟练的技术人员所熟知的,并在《Wood,J.和克罗克》,核仪器和方法21,页47-48(1963)中描述了这样的一个源:
“静电聚焦离子源及其在一个密封关闭DC中子源的使用”。
SUMMARYOFTHEINVENTION发明概要
Inaccordancewiththepresentinvention,thereisprovidedanaccelerator-typeneutrontubehavinganewandimprovedionizationsectionforionizingtheacceleratorgas.Theionizationsectionislocatedbetw
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