防離子濺射的微型潘寧離子源的制作方法

本實用新型涉及測井中子管制造技術中離子源裝置，尤其是一種防離子濺射的微型潘寧離子源。

背景技術：

在測井中子管中一般都采用潘寧離子源，這種離子源能在低氣壓下穩定工作，具有結構和供電系統相對簡單、工作壽命長和易于小型化等特點，其結構示意圖如圖2所示。由圖2可知它由陽極筒、陰極、輸出陰極、主磁鋼、磁環、陶瓷絕緣環、離子源罩和封接環構成。用兩個絕緣陶瓷環將陽極筒上下擠壓固定，同時，用非磁性材料外、離子源罩和封接環將整個離子源包圍在內。陽極筒內徑為9mm,采用非磁性不銹鋼材料，以免在其內部形成磁分路而降低離子源內部磁場強度；陰極和輸出陰極選用了二次電子發射系數大、抗濺射的鉻-鎳-鈦合金，陰陽極間距離為1.5～2.0mm；磁場由永久磁鋼提供，材料為鋁鎳鈷，離子源內部磁場強度達到0.2T以上，主磁鋼放置陰極端，同時在輸出陰極引出孔處放置一個磁環，不僅能起到補償主磁鋼的軸向衰減作用，也增加了引出孔處的等離子體密度。其工作原理如圖1，兩個相對安裝的陰極、輸出陰極和陽極筒構成放電室，并處于軸向磁場中，在陽極電壓形成的電場和軸向磁場的共同作用下，初始電子沿著陽極筒在兩陰極間作螺旋運動，與氣體分子碰撞發生電離，碰撞電離的電子又加入下一輪的碰撞，碰撞產生的正離子向低電位運動，一部分轟擊陰極產生二次電子發射，在這樣循環中，氣體電離形成等離子體。通過輸出陰極小孔，在加速電壓的作用下，從等離子體中引出離子流。這種結構的潘寧離子源目前被廣泛應用于各種類型的微型中子管中，并且得到了人們的認可。

但是這種結構的潘寧離子源用上下兩個絕緣陶瓷環來固定陽極筒，并由這兩個絕緣陶瓷環與陰極或輸出陰極隔離絕緣。當中子管使用時間累計到一定程度時，由于離子的濺射在上陶瓷環上內壁和下陶瓷環下內壁表面會形成一層金屬膜，導致陰陽極之間絕緣變差，甚至短路。為了避免此問題的發生，本實用新型設計了一種獨特的結構，它既能牢固地固定陽極筒，又能使陰陽極之間保 持很好的絕緣，無論中子管使用多長時間，絕不會因離子濺射而使陰陽極之間發生短路現象。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種防離子濺射的微型潘寧離子源，解決了由于離子濺射而導致的陰陽極之間絕緣變差的問題。

本實用新型的技術解決方案是：

一種防離子濺射的微型潘寧離子源，包括陽極筒、陰極、輸出陰極、離子源罩、封接環、定位環、主磁鋼、磁環和絕緣陶瓷環，其特別之處在于：所述陰極的形狀為圓形臺階狀，所述絕緣陶瓷環包含外陶瓷環和內陶瓷環，外陶瓷環包括一個水平圓環，沿水平圓環外沿上表面設置有筒狀陶瓷環，沿水平圓環內沿下表面設置有筒狀陶瓷環；內陶瓷環為筒狀陶瓷環垂直設置在外陶瓷環水平圓環的上表面處，內陶瓷環的外側與外陶瓷環的內側有間距，外陶瓷環和內陶瓷環為一體結構。

上述內陶瓷環的外側與外陶瓷環的內側的間距為0.5mm。

上述的內陶瓷環的壁厚為0.5mm。

為了進一步的降低濺射率，上述的陰極、輸出陰極和陽極筒的材料為鉬。

優選的，上述的磁鋼為釤鈷材料。

為了防止磁場外泄，上述的離子源罩和封接環的材料為高導磁材料。

上述的陶瓷絕緣環的材料為99陶瓷材料。

上述的定位環的材料為無磁不銹鋼材料。

本實用新型的有益效果是：

1、陰極設計為臺階狀，擋住了從陰極端面濺射出來的離子到達外陶瓷環內壁的A區；

2、由于設置了內陶瓷環，它有效隔離了陽極筒和外陶瓷環，這樣從陰極表面濺射出來的離子不會沉積在外陶瓷環內壁表面和內陶瓷環外壁表面的C區；

3、由于絕緣陶瓷環下端設計一個高度為1.5mm臺階，從輸出陰極表面濺射出來的離子同樣不會沉積在D區和E區。

附圖說明

圖1是潘寧離子源工作原理圖；

圖2是常規潘寧離子源結構示意圖；

圖3是本實用新型防離子濺射潘寧離子源結構示意圖；

圖4是本實用新型防離子濺射潘寧離子源絕緣陶瓷環結構示意圖。

圖中附圖標記為：1-主磁鋼；2-陰極；3-陽極筒；4-輸出陰極；5-陽極供電；6-封接環；7-絕緣陶瓷管；8-離子源罩；9-磁環；10-絕緣陶瓷環；101-外陶瓷環；102-內陶瓷環。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型做進一步的描述。

如圖3所示是本實用新型的防離子濺射微型潘寧離子源結構示意圖，將陰極2的形狀設計為臺階狀的，將圖2中的兩個絕緣陶瓷環和設計為單個絕緣陶瓷環10，如圖4所示，絕緣陶瓷環10包含了外陶瓷環101和壁厚為0.5mm的內陶瓷環102，內陶瓷環102的外側與外陶瓷環101的內側留有0.5mm的間距，在內陶瓷環102的內側固定陽極筒3，其余部分同圖2的常規微型潘寧離子源結構。

本實用新型的材料選用與圖2的常規微型潘寧離子源有所不同，可伐和鉬都具有較大的二次電子發射系數，較低的濺射率，能耐高溫，都適合做陰極材料；不銹鋼和鉬都是非磁性材料，也都適合做陽極材料，但一方面考慮到陰陽極材料不同時，因兩者膨脹系數不同，陽極表面被陰極材料濺射的沉積層容易起皮，引起陰陽極間尖端放電；另一方面考慮封接工藝的簡化，不銹鋼難以釬焊，而鉬則能釬焊，故選用鉬作為陰陽極材料；磁鋼材料要根據中子管結構和工作溫度來選用，鋁鎳鈷磁鋼磁能積較低，稀土磁鋼工作溫度和居里溫度低，而釤鈷磁鋼工作溫度為300～350℃，居里溫度為800℃，能滿足中子管的要求，故選用釤鈷磁鋼；離子源罩8和封接環6選用高導磁材料，可以有效防止離子源內部磁場外泄而減弱內部磁場強度，同時，也可以防止外部磁場對離子源內部磁場強度的影響而導致離子源工作不穩定；絕緣陶瓷環10選用99陶瓷材料；定位環11選用無磁不銹鋼材料。

本實用新型微型潘寧離子源在起初一段時間內的工作狀態與圖2結構的常規潘寧離子源相同，隨著使用時間的延長，也許會在圖3中外陶瓷環101的B區和內陶瓷環102內壁表面濺射一層金屬膜。但是由于絕緣陶瓷環10和陰極2結構的特殊性，可以有效地防止離子濺射而使陰陽極之間絕緣變差。

圖3中由于陰極2臺階的存在，擋住了從陰極2下端面濺射出來離子到達A區；由于設置了內陶瓷環102，它有效隔離了陽極筒和外陶瓷環101，這樣從陰極2下表面濺射出來的離子不會沉積在C區，即外陶瓷環101內壁表面和內陶瓷環102外壁表面；由于絕緣陶瓷環10下端設計一個高度為1.5mm臺階，從輸出陰極4上表面濺射出來的離子同樣不會沉積在D區和E區表面。從上述三方面分析可知，無論從陰極2下表面或輸出陰極4上表面濺射的離子濺射到達絕緣陶瓷環10表面，都不會破壞陰陽極之間的絕緣，從而達到了防離子濺射的目的。

這種防離子濺射微型潘寧離子源在外徑為25mm微型中子管中得到了應用，經過近100支這種中子管的實際使用驗證表明，其工作壽命超過了200小時。