JP2000321399A - 荷電変換型密封中性子発生管 - Google Patents

荷電変換型密封中性子発生管

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JP2000321399A
JP2000321399A JP11167270A JP16727099A JP2000321399A JP 2000321399 A JP2000321399 A JP 2000321399A JP 11167270 A JP11167270 A JP 11167270A JP 16727099 A JP16727099 A JP 16727099A JP 2000321399 A JP2000321399 A JP 2000321399A
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ion source
generating tube
conversion electrode
target
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JP11167270A
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Yoshinobu Miyake
善信 三宅
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TAIYO MATERIAL KK
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】石油検層用の小形密封中性子発生管において中
性子発生管内の電場の強度が強すぎて放電が発生し、絶
縁破壊が発生し中性子管の寿命が短くなる。この問題を
解決して高温で耐衝撃性に強い小形の密封中性子発生管
を提供する。 【解決手段】ガス状の重水素とガス状の3重水素を低圧
力で充填した気密真空容器2内に負イオン源4の下流に
荷電変換用電極11を設置し、その下流にターゲット5
を配置した構造とし、荷電変換用電極11に正の電圧を
印加することにより、負イオン源から放出されるイオン
のエネルギーは荷電変換用電極11の部分を通過する間
に正イオンに変換され、この正イオンはアース電位に保
たれたターゲットに向かって更に加速され、この正イオ
ンは荷電変換用電極11に印加する電圧の2倍で加速さ
れたエネルギーを得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は中性子発生装置の
一つである密封型中性子管で負イオンを荷電変換して加
速することにより、中性子発生管内に印加するイオを加
速するための電圧を低くすることができ、放電によるダ
メージが少なく長寿命で高温度の環境下で使用できるだ
けでなく振動に強い小形の密封中性子発生管に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】図1を用いて従来の中性子管における中
性子の発生原理を説明する。図1の例ではイオン源3を
アース電位とし、ターゲット5には絶縁体7を介して負
の高電圧が印加してある。
【0003】従来技術の密封中性子発生管1は、真空容
器2内に配設された正イオン源3、ターゲット5、水素
吸蔵合金6及び絶縁体7から構成される。次に作動原理
について述べる。水素吸蔵合金6から放出される重水素
9又は3重水素10を所定の管内圧力を一定値に保つよ
うに水素圧力調整電源15を用いて水素吸蔵合金6の温
度が調節される。次にターゲット5にイオン源3の電位
に対して負の高電圧を印加し、イオン源から生成された
重水素Dまたは3重水素Tの正イオンは重水素Dまたは
3重水素Tを吸着したターゲット5におよそ100kV
の電圧で加速されて衝突する。これによりD+D→3H
e+nまたはD+T→4He+nの核融合反応が起こり
中性子が発生する。この時のイオンの持つエネルギーは
イオン源に与える電圧にイオンの電荷を乗じた値とな
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】石油検層や宇宙開発で
使用する中性子発生管はその目的から超小型のものが要
求される。また3重水素は放射性物質で危険物質であり
且つ高価であるため、出来るだけ小さく且つ堅牢な容器
内で核融合反応を起こさせる必要がある。核融合反応を
起こして、ある一定の中性子の数量を得るためには中性
子発生管に100kV程度の高電圧をかける必要があ
る。この場合には電位勾配が高すぎて要求される中性子
発生管の寸法では電界強度が過大となり絶縁破壊をおこ
すので、長寿命で信頼性のある中性子発生管を提供する
ことができない。
【0004】平行平板で絶縁破壊を起こす限界電位勾配
は約25kV/cmである。従って100kVの高電圧
を保持するには4cmの電極間ギャップが必要となる。
一般にイオン源は円筒状真空容器の中心に配置するため
真空容器の内径は8cmが必要になる。この寸法で中性
子管の直径は規制される。ところが石油検層の場合に
は、経済性と掘削技術が先行し、ドリルの直径が先に小
さく決められている。この直径に収まるように中性子管
の直径を小さくするためには、上記の限界電位勾配を超
えてしまい製作不可能となる。
【0006】石油検層用中性子管の直径は25〜30m
mに制限され、この中で電極間におよそ100kVの高
電圧を印加する場合には加速電極の電気絶縁を確保する
ことは極めて困難である。そこでこの技術的に困難な壁
を乗り越えるために中性子管に印加する電圧を1/2ま
たは1/3まで低い電圧にしてイオンのエネルギーを従
来と同じ100keVまで加速ができる中性子管を提供
する。
【0007】現状では正イオン源又はターゲットのいず
れか一方に正または負の高電圧(=加速電圧)を印加し
なければならない。正イオン源に高電圧を印加する場合
にはイオン源を作動させる諸電源もその電圧に保つ必要
がある。このため電源が複雑になり広い絶縁空間を確保
しなければならない。逆にターゲットに高電圧を印加す
る場合には、絶縁誘電体を介して固定されたターゲット
のビーム衝突熱を除去することは絶縁誘電体の熱伝導率
が小さいので極めて困難となる。ターゲットの冷却は中
性子数量を増す上で重要な問題である。これはターゲッ
トが温度上昇した場合にターゲット表面に取りこまれた
ガス状のDまたはTが、急速に拡散消失するからであ
る。これらの問題を解決するにはイオン源やターゲット
をアース電位に設定できれば好都合であり大きさ、温
度、堅牢さの問題解決が容易になる。
【0008】そこで、上記課題を解決するために本発明
を採用すると従来の装置に比べて印加電圧を1/2また
は1/3に低くすることで電位勾配を小さくして、絶縁
体にかかる電位勾配を小さくすることにより、長寿命で
小形の密封中性子管を提供することができる。さらにイ
オン源およびターゲットをアース電位に配設することに
より、電気回路が単純になり温度と振動に強い堅牢な小
形の密封中性子管を提供することができる。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記した問題を解決する
ための手段を図2を使って説明する。図2は本発明にか
かわる荷電変換型密封中性子発生管を表しており、低圧
力(10−3〜10−1Torr)の重水素D又は3重
水素Tで満たされた密封真空容器2内において負イオン
源4、荷電変換用電極11、ターゲット5の順序に配列
されている。
【0010】負イオン源4はアース電位に設定してあ
り、負イオンに随伴する電子を永久磁石で偏向して除去
する機構を備えており、PIG放電またはアルカリを触
媒としたPIG放電によって生成される負に帯電した重
水素D−又は負に帯電した3重水素T−のみを放出する
ことができるものである。負イオンから正イオンに変換
するための荷電変換用電極11には正極性の高電圧を印
加する。ターゲット5は荷電変換用電極11に対して負
イオン源と反対側に配設してある。
【0011】負イオン源で生成された負イオンは、荷電
変換用電極11で加速されて荷電変換電極のギャップ内
のガス状の重水素D又はガス状の3重水素Tと衝突して
電子を2ケ剥ぎ取られて正イオンになる。剥ぎ取られた
電子は正電圧を印加した荷電変換用電極11に吸い取ら
れ、正イオンは荷電変換用電極11とターゲット5との
間の電界により更に加速されてターゲット5に衝突す
る。そのときのイオンのエネルギーは荷電変換用電極1
1の電圧をVとすると2V[eV]となる。荷電変用電
極11に印加する電圧は正イオン源を用いる従来の場合
に比べて1/2となり、電位勾配を同じ値に保つために
はその分だけ真空容器の直径を小さくできる。
【0012】荷電変換用電極11の水素ガス圧は管内で
接地電位に固定した水素吸蔵合金6の温度を調整して一
定に保たれる。負イオンから正イオンへの荷電変換効率
は、30keVの負イオン加速において荷電変換電極1
1の長さが10cmで水素ガス圧が1.0×10−2T
orrの場合に30%である。残りの70%は殆ど中性
ビームである。このガス圧力は従来の中性子管の作動圧
力と同じ値である。又荷電変換効率が30%という値は
多くの冷陰極PIGイオン源のプロトン比と同じ大きさ
である。
【0013】本発明を採用すると負イオン源及びターゲ
ットはアース電位に配設できる利点がある。さらに正イ
オン源を絶縁して高電圧にするために従来必要であった
諸構造物が不要になり、また電気部品を高電圧に保つ必
要がなくなる。同様にターゲットをアース電位にするこ
とで冷却が容易になる。これらのことはビーム加速系の
絶縁維持及び絶縁耐久性を向上する上で極めて有利とな
り、且つ単純な構造で堅牢となるため、従来に比較し
て、耐熱、耐衝撃性とも優れた小形で長寿命の密封中性
子発生管を提供できる。
【0014】
【発明の実施の形態】次に本発明の好適な実施形態につ
いて添付図面を参照して詳細に説明する。図中同一符号
は同一または対応部分を示すものとする。
【0015】図2は本発明の密封中性子発生管1の実施
例を示す。真空容器2内に負イオン源4を配設し、その
ビームが出る方向に円筒状の荷電粒子変換用電極11を
配設する。荷電粒子変換用電極11に対して負イオン源
4と反対側にターゲット5を配設する。負イオン源4と
ターゲット5は真空容器と同じアース電位である。
【0016】荷電変換用電極11は正の高電圧を印加で
きるように真空容器の中心部に荷電変換用絶縁体12で
絶縁されて固定してある。真空容器内の重水素9と3重
水素10の圧力を水素吸蔵合金6でその温度を調整する
ことにより一定の圧力に制御する。
【0017】この配置で水素ガス圧力を所望の値に制御
し、負イオン源を作動させると重水素又は3重水素の負
イオンは荷電変換用電極11に向かって加速され、荷電
変換用電極11に印加した電圧に対応するエネルギーを
得る。荷電変換電用極11内で負イオンは正のイオンに
荷電変換され、この正イオンは更に加速されて荷電変換
電極の電圧に対応するエネルギーを受け取り、荷電変換
電極11に印加した電圧の2倍に対応するエネルギーを
得てターゲットに激突して核融合反応を起こす。この密
封中性子発生管ではイオンのエネルギーは荷電変換用電
極1
【0018】1に印加する電圧の2倍に対応するエネル
ギーを得ることになり、真空容器内に印加する高電圧は
正イオンを加速する従来の場合の1/2に減少し、それ
だけ電位勾配も緩やかになり絶縁体にかかる負担が軽減
され、長寿命の密封中性子発生管ができる。
【0019】負イオン源とターゲットは真空容器と同じ
アース電位に設定されているためイオン源の動作に必要
な陰極または陽極の電圧(約1000ボルト)のみで済
むので配線周りのスペースは殆ど不要になる。又ターゲ
ットも真空容器と同じ電位に設置してあるため真空容器
を介して放熱できる故、ターゲットの冷却が容易にな
る。
【0020】図4は他の実施例であり、ターゲットに負
極性のバイアス電位Wを与えることにより荷電変換部の
電位をΔVだけ下げることを狙ったものである。この方
法で荷電変換用電極11の電気絶縁の安全性はさらに改
善される。ターゲットへの加速エネルギを一定にすると
仮定するとΔV=W/2と計算される。W=2/3Vの
場合にはΔV=1/3Vとなる。つまり荷電変換用電極
11及びターゲット5のバイアスの電位を従来の正イオ
ン加速電圧の1/3まで低下させることができる。
【0021】
【発明の効果】中性子が物質に強い透過力を有するこ
と、特に相手物質との特異な相互作用をすることを利用
して密封型中性子管が水素、炭素、窒素や塩素を含んだ
物質の製品検査や安全検査に使用されている。パルス中
性子発生管は石油検層における石油含有量を検出する有
効
【0022】な手段として利用されている。しかし今日
では中性子管を小さくできないため、6インチ用のドリ
ル用までしか対応できていない。このため縦掘り用にの
み使用されている。しかも構造が複雑なため、高温や振
動に耐えられず一旦掘削ドリルを引き上げて、中性子管
を紐でつるして深い穴に下ろしてから石油含有量を測定
し、この情報を持って引き上げ地上で情報を解読する方
法がとられている。
【0023】本発明により小型で長寿命で且つ高温に耐
え堅牢な密封型中性子発生管が提供できるため、今まで
不可能であった石油検層用のドリルと一体に取り付けて
横掘りにも対応ができ更に掘削をしながらリアルタイム
で情報が得られる故、石油検層の効率を画期的に向上さ
せ且つ的中率の向上に寄与するところが大きい。
【0024】容器を小型にできることでターゲットに吸
蔵する3重水素の量を少なくできる。このことは経済性
もさることながら不慮の事故が発生した場合の放射線に
対する危険性が少なくてすむ。空港での手荷物検査、地
雷探査用、エンジンのオイル循環検査あるいは放射線治
療用の中性子発生管では放射線が外部に漏洩しない様に
遮蔽し、一定の方向から中性子が出るようにコリメート
する。その場合に遮蔽を小さくできる経済効果があり、
且つ装置が小形となり取扱が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来型中性子管の構造の一例。
【図2】本発明に係る一実施形態。
【図3】本発明に係る電圧配分を代えた一実施形態。
【符号の説明】
1…密封型中性子発生管、2…真空容器3…正イオン
源、4…負イオン源、5…ターゲット6…水素吸蔵合
金、7…ターゲット絶縁体、8…高電圧電源9…重水素
ガス、10…3重水素ガス、11…荷電変換用電極、1
2…荷電変換用電極絶縁体、13…直流電源、14…イ
オン源電源 15…水素圧力調整電源

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 密封した真空容器内で重水素Dまたは
    3重水素Tを加速してD−D又はD−T核融合反応を起
    こさせて中性子を発生させる密封中性子発生管におい
    て、該真空容器内に負イオン源を配設し、重水素Dまた
    は3重水素Tを負イオンにして加速することを特徴とす
    るもの。
  2. 【請求項2】 該密封した真空容器内で加速された重
    水素D又は3重水素Tの負イオンを前記真空容器内に残
    留した重水素Dまたは残留した3重水素Tによる衝突荷
    電変換反応を起こして正イオンに変換してこの正イオン
    をさらに加速するために、負イオン源とターゲットの間
    に負イオンを正イオンに変換するための荷電変換用電極
    を配設したことを特徴とする請求項1に記載の荷電変換
    型密封中性子発生管。
  3. 【請求項3】 前記荷電変換用電極は、円筒状の金属
    で作られており前記真空容器、負イオン源およびターゲ
    ットと電気的に絶縁されており、該荷電変換用電極に負
    イオン源並びにターゲットの電位に対して正の電圧を印
    加することを特徴とする請求項2に記載の荷電変換型密
    封型中性子発生管。
JP11167270A 1999-05-11 1999-05-11 荷電変換型密封中性子発生管 Pending JP2000321399A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006510033A (ja) * 2002-12-10 2006-03-23 コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガニゼーション 放射線撮影装置
JP2009210585A (ja) * 2008-02-29 2009-09-17 Schlumberger Technology Bv 性能改善のために中性子発生器におけるイオンビーム及びターゲット電圧を制御する中性子発生器

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