Пояснительная записка к эскизному проекту




Скачать 187.47 Kb.
НазваниеПояснительная записка к эскизному проекту
Дата публикации22.06.2013
Размер187.47 Kb.
ТипПояснительная записка
uchebilka.ru > Физика > Пояснительная записка

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ
Институт ядерных исследований










Директор Института ядерных исследований НАН Украины




И.Н. Вишневский




«__»_________200__г.


Разработка скважинного генератора на основе малогабаритной ускорительной нейтронной трубки типа НТГ-2М

Пояснительная записка к эскизному проекту
Створення свердловинного генератора на основі малогабаритної прискорювальної нейтронної трубки типу НТГ-2М

Пояснювальна записка до ескізного проекту

ГдБ86 00.00.000 ПЗ




РАЗРАБОТАНО




Заведующий лабораторией ФТП ИЯИ Института ядерных исследований
НАН Украины




Коломиец Н.Ф.




«__»_________200__г.




Научный сотрудник лаборатории ФТП ИЯИ Института ядерных исследований НАН Украины




Коваленко А.В.




«__»_________200__г.




Ведущий инженер лаборатории ФТП ИЯИ
Института ядерных исследований
НАН Украины




Середа А.К.




«__»_________200__г.



СОДЕРЖАНИЕ


Лист

^ 1Наименование и область применения проектируемого изделия 4

2Техническая характеристика 5

3Принцип действия генератора термоядерных нейтронов. 6

4Описание и обоснование выбранной конструкции 7

^ 5Конструктивно-технологические особенности генератора нейтронов 10


Разработка скважинного генератора нейтронов на основе малогабаритной ускорительной трубки типа НТГ-2М (эскизный проект) предусмотрена техническим заданием, являющимся неотъемлемой частью договора № 48 от 01 апреля 2008 года, заключенным между Национальной Академией наук Украины и Институтом ядерных исследований НАН Украины.

При разведке и контролировании добычи месторождений полезных ископаемых, в частности, нефтегазовых месторождений широко применяется метод импульсного нейтронного каротажа буровых скважин. В некоторых случаях этот метод не имеет альтернативы, например, только этим методом можно определить границу водонефтяного раздела.

Осуществляют метод импульсного нейтронного каротажа с помощью скважинной аппаратуры, которая построена на основе малогабаритных ускоряющих нейтронных трубок. Принцип действия таких трубок заключается в осуществлении ядерной реакции синтеза ядер трития и дейтерия, в результате чего генерируются быстрые термоядерные (ДТ) нейтроны с энергией 14 МэВ.

Аппаратура импульсного нейтронного каротажа, которая выпускается в Украине, комплектуется ускоряющими трубками российского производства, которые имеют ряд существенных недостатков. Это низкая частота генерации нейтронных импульсов, которая суживает функциональные возможности метода, низкий ресурс работы, и т.п.

Кроме того, в последнее время значительно возросли требования к аппаратуре нейтронного каротажа буровых скважин. Во - первое, кроме разведки нефтегазовых месторождений, необходимо осуществлять контроль их разработки, а это означает, что габаритные размеры этой аппаратуры должны разрешать опускать ее в межтрубное пространство буровой скважины (между обсадной и рабочей трубами), а именно, внешний диаметр прибора не должен превышать 42 мм. Во - вторых, вместо метода импульсного нейтрон-нейтронного каротажа целесообразно применять метод нейтрон-гамма каротажа, который дает возможность получить значительно больше геофизической информации, а для этого необходимо увеличить частоту генерации нейтронных импульсов.

Поэтому разработка скважинного генератора нейтронов диаметром 42 мм на основе малогабаритной ускоряющей нейтронной трубки типа НТГ-2М чрезвычайно актуальна.

  1. Наименование и область применения проектируемого изделия

1.1Наименование разрабатываемого изделия - скважинный генератор нейтронов на основе малогабаритной ускорительной трубки типа НТГ-2М.

1.2Предназначен разрабатываемый генератор нейтронов для следующих целей:

  • прежде всего, для использования в составе комплексов аппаратуры для нейтронного каротажа скважин при разведке и добыче полезных ископаемых;

  • в аппаратуре измерителей влаги - при проектировании и строительстве автомобильных путей, которые отвечают требованиям европейских стандартов, эксплуатации поливных сельскохозяйственных земель;

  • в аппаратуре определения подкритичности, например, в бассейнах выдержки отработанного ядерного топлива методом импульсного зондирования;

  • в аппаратуре поиска взрывных веществ, предотвращения несанкционированного перемещения ядерного топлива, активационного элементного анализа материалов и веществ, и т.п.

  1. Техническая характеристика

1.3Требования к скважинному генератору нейтронов определяются в зависимости от назначения аппаратуры, в состав которой входит этот генератор.

1.4Применительно к наиболее широкой области применения генераторов нейтронов – а именно, в составе аппаратуры импульсного каротажа геологических и промышленных буровых скважин месторождений полезных ископаемых, в частности, нефтегазовых месторождений, основные требования заключаются в следующем.

1.4.1 Исходя из особенностей каротажных методик, расстояние от нейтроннообразующей мишени до счетчиков излучения должно быть наименьшим, что должно быть предусмотрено в конструкции генератора.

1.4.2Начальный средний нейтронный выход должен составлять не меньше 108 с-1.

1.4.3 Частота генерации нейтронных импульсов должна лежать в диапазоне 300-400 Гц.

1.4.4Термостойкость скважинного генератора нейтронов определяется температурой окружающей среды, которая в свою очередь определяется глубиной (уровнем залегания полезных ископаемых) буровые скважины. При проведении каротажа глубоких буровых скважин иногда необходимо опускать генератор нейтронов на глубины, где температура окружающей среды достигает 150°С. Необходимо также учитывать, что при работе генератора нейтронов выделяется тепловая энергия (на термоэмиссионном катоде источника ионов, на нейтроннообразующей мишени, на подогревателе газохранилища нейтронной трубки и др.). По этой причине необходимо создать в конструкции генератора нейтронов условия для отвода тепловой энергии и использовать в электронных схемах термостойкие комплектующие элементы.

1.4.5Механическая и климатическая стойкость скважинного генератора нейтронов определяются ГОСТ 26116-84.

1.5Как правило, нейтронный генератор выполняют в виде двух узлов:

  • узел излучателя нейтронов, который содержит ускоряющую трубку и источник ускоряющего напряжения ̴ 100кВ;

  • узел питания и управления, которые содержит источник питания термоэмиссионного катода ̴ 1-6В, управляемый источник питания нагревателя газохранилища - 1-9В, импульсный анодный модулятор источника ионов 500В, 400гц, и схему автоматического управления физико-техническими характеристиками генератора.

Электрическое питание генератора, применяемого в каротажной аппаратуре, должно осуществляться от наземного источника +150В по одножильному кабелю-тросу длиной до 4 км, по которому также передается геофизическая информация от скважинных детекторов излучения, в связи с чем электронные узлы, обеспечивающие питание ускорительной трубки и управление физико-техническими характеристиками генератора, должны быть размещены непосредственно в блоке генератора нейтронов, который опускается в скважину.

В генераторах нейтронов, которые используются для других целей, например в аппаратуре определения влажности грунтов и т.п., электронные схемы питания и управления могут быть выполнены в виде отдельного блока, соединенного с излучателем нейтронов кабелями длиной до 15 м.

  1. Принцип действия генератора термоядерных нейтронов.

Термоядерные нейтроны возникают при осуществлении реакций синтеза ядер дейтерия и трития (Дт-реакция), или дейтерия и дейтерия (ДД-реакция):

T(d,n)He- при этом испускаемый нейтрон имеет энергию 14МэВ;

D(d,n)³He- нейтрон имеет энергию 2,5МэВ.

Эти реакции являются безпороговыми, имеют существенные сечения (ДТ-реакция - 4 Барн, ДД-реакция - 40миллиБарн) при взаимных энергиях ядер около 100 кэВ. Осуществляют эти реакции, как правило, на ускорителях заряженных частиц прямого действия, где пучок дейтронов с энергией ̴100кэВ падает на твердую металло-тритиевую мишень. Металло-тритиевая мишень представляет собой тонкую пленку металла-сорбента (титана, скандия, циркония или др.) нанесенную на металлическую подкладку, выполненную из меди, молибдена, алюминия или других металлов, которые не сорбируют изотопы водорода. Упомянутая пленка насыщается тритием.

Выход нейтронов из такой мишени в процессе работы систематически падает благодаря ряду причин, основной из которых является эффект разбавления трития в пленке металла-сорбента падающими на нее ядрами дейтерия с последующей десорбцией обоих изотопов из пленки. Таким образом уменьшается концентрация трития в мишени и, как следствие, уменьшается нейтронный выход. Поэтому в процессе работы ускорителя заряженных частиц для генерации нейтронов приходится периодически заменять металло-тритиевую мишень.

Вместе с тем, в малогабаритных запаянных ускоряющих нейтронных трубках такой возможности нет, поэтому приходится заменять всю трубку. Стандартные трубки с вакуумно-дуговым источником ионов имеют ресурс работы 30-50 часов при среднем выходе нейтронов 108 н/сек и частоте генерации импульсов нейтронов 15-30Гц. Эти показатели требуют значительного улучшения, поэтому нами была разработана газонаполненная ускорительная нейтронная трубка типа НТГ-2Г. Общий вид указанной трубки приведен в приложении А.

В трубке НТГ-2Г вместо вакуумно-дугового источника ионов применен источник ионов типа Пеннинга (газовый разряд с осциллирующими электронами в скрещенных радиальном электрическом и осевом магнитном полях), что дало возможность значительно расширить частотный диапазон генерации нейтронных импульсов (от непрерывного режима до 20000Гц).

Кроме того, для увеличения ресурса работы в трубке НТГ-2Г используется смешанный дейтрон-тритонный пучок, что обеспечивает постоянную подпитку нейтроннообразующей мишени тритием. Благодаря таким мерам ресурс работы трубки НТГ-2Г удалось увеличить до более чем 200 ч.

  1. Описание и обоснование выбранной конструкции

1.6Схема электрическая функциональная.

Схема электрическая функциональная нейтронного генератора (далее-БНГ) показана на рис.1.



Рисунок 1. Схема электрическая функциональная генератора нейтронов

Режим генерации нейтронов включается либо подачей питающего напряжения на блок при замкнутом переключателе S1, либо замыканием S1 при поданном питающем напряжении.

При подаче питающего напряжения на блок, на катод и нагреватель хранилища поступают напряжения Uк=Uк.номин. и Uхр.=(0,6…0,8)×Uхр.номин., соответственно, на мишень генератора нейтронов подается напряжение Uм=0,5Uм.номин.

При включении режима генерации нейтронов схема управления вырабатывает сигнал управления анодным модулятором, задавая частоту следования и длительность импульсного напряжения на выходе амплитудного модулятора. Напряжение с выхода амплитудного модулятора подается на анод генератора нейтронов, возникает импульсный ток мишени.

Одновременно включается цепь стабилизации тока мишени Iмиш. Сигналом обратной связи для стабилизирующего регулятора, находящегося в схеме управления, является усредненный импульсный ток мишени, протекающей через высоковольтный блок. Выходной сигнал регулятора воздействует на величину напряжения нагревателя хранилища Uхр, что приводит к изменению давления газа в генераторе нейтронов и, соответственно, к изменению величины тока мишени.

Регулятор схемы управления увеличивает напряжение питания нагревателя хранилища до тех пор, пока ток мишени не достигнет величины Iмиш. =(0,6…0,7) Iмиш.номин. После достижения этой пороговой величины генератор питания с высоковольтным блоком обеспечивают подачу номинального напряжения Uм=Uм.номин. на мишень генератора нейтронов.

После прекращения переходных процессов ток мишени устанавливается на номинальном уровне Iмиш.номин. , то есть, БНГ находится в рабочем режиме.

Для сокращения длительности переходного процесса предусмотрено снижение величины напряжения на мишени при величине тока мишени Iмиш. ›(1,3 - 1,5) Iмиш.номин.

Цепочка автосмещения Ссм, Rcм, VДсм обеспечивает подачу напряжения на антидинатронную сетку генератора нейтронов, что позволяет разгрузить генератор от вторичных электронов, выбиваемых из мишени.

1.6.1Схема электрическая принципиальная

Принципиальная схема блока управления генератора показана на рисунке 2.



Рисунок 2. Схема электрическая принципиальная блока управления нейтронного генератора

Анодный модулятор состоит из блока питания анодного модулятора АМ (II), вырабатывающего напряжение +500 В, и выходного анодного ключа АМ (I), модулирующего это напряжение. Управляющие импульсы на АМ (I) поступают от генератора управляющих импульсов ГУИ, выходное напряжение анодного ключа (импульсы амплитудой +500 В и частотой 400 Гц, током до 2А и скважностью Q ~100) подается на анод нейтронной трубки через разъем X2-1. ГУИ вырабатывает импульсы, когда его вход 3 (X1-3) закорочен на общий провод. Питание ГУИ осуществляется от блока питания схемы управления СУ (II), которая питает также схему управления СУ (I).

Высокое напряжение -50…-100кВ вырабатывается каскадным умножителем напряжения с повышающим трансформатором ВВ, запитываемым от высокочастотного генератора питания ГП. Для стабилизации высокого напряжения часть напряжения с повышающего трансформатора ВВ подается в схему ГП на выводы 3,4. Питание схемы ГП осуществляется от входного стабилизатора напряжения ВСН и блока СУ (II).

Блок питания катода БПК и блок питания нагревателя хранилища БПХ выполнены по идентичным схемам, питание на блоки поступает от входного преобразователя напряжения ВПН. БПК обеспечивает на выходе Х2-3 напряжение до 10 В при нагрузке до 1А (устанавливается при настройке), БПХ, соответственно, до 8 В, 0,8 А на выходе Х2-2.

Схема управления СУ (I), на которую поступают сигнал управления от ГУИ (на вывод 2) и ток, равный току мишени нейтронной трубки (на вывод 1), вырабатывает на выводе 5 сигнал управления накалом хранилища, на выводе 6-сигнал управления высоким напряжением.

Высокое напряжение на мишень нейтронной трубки поступает через соединитель Х3.

  1. Конструктивно-технологические особенности генератора нейтронов

1.7Генератор нейтронов, исходя из выдвинутых к нему требований, выполнен с применением максимально плотного монтажа на узлах с применением печатных плат, размер которых позволяет вписать их в габаритные размеры ганаратора. При этом особое внимание было уделено электрической прочности изоляции и обеспечению требуемого теплоотвода.

1.8Узлы генератора нейтронов, смонтированные на печатных платах, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование узла

Обозначение узла

Блок питания анодного модулятора АМ(II)

Гд Б86.01.00.000

Выходной анодный ключ АМ (I)

Гд Б86.02.00.000

Блок питания схемы управления СУ (II)

Гд Б86.04.00.000

Схема управления СУ (I)

Гд Б86.05.00.000

Входной стабилизатор напряжения ВСН

Гд Б86.06.00.000

Генератор питания ГП

Гд Б86.07.00.000

Генератор управляющих импульсов ГУИ

Гд Б86.03.00.000

Входной преобразователь напряжения ВПН

Гд Б86.09.00.000

Блок питания катода нагревателя хранилища БПКХ

Гд Б86.10.00.000

1.9Схемы электрические принципиальные разработанных узлов генератора нейтронов, а также эскизы сборок этих узлов приведены в отдельной папке.










^ ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ


Изм.

Номера листов (страниц)

Всего листов (страниц)
в докум.

№ док-та

Вх. №
и дата

Подп.

Дата

измененных

замененных

новых

аннулированных













































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































ё




























Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Пояснительная записка к эскизному проекту iconРеферат Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Детали машин»
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Детали машин» содержит: 55 страниц, 12 таблиц, 11 рисунка, 6 источников

Пояснительная записка к эскизному проекту iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «радиопередающие устройства»

Пояснительная записка к эскизному проекту iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «разработка сапр»

Пояснительная записка к эскизному проекту iconПояснительная записка к курсовому проекту на тему: «Электроснабжение завода»

Пояснительная записка к эскизному проекту iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Схемотехника аэу»

Пояснительная записка к эскизному проекту iconПояснительная записка к курсовому проекту на тему: «Технология строительства газопровода»

Пояснительная записка к эскизному проекту iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Электронные промышленные устройства»

Пояснительная записка к эскизному проекту iconПояснительная записка к курсовому проекту на тему: «Расчет парового котла типа е-75-40 гм»

Пояснительная записка к эскизному проекту iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Инженерно-...

Пояснительная записка к эскизному проекту iconПояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Схемотехника...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<