ENT2465长寿命中子管设计及性能测试

中子管是可控中子源测井仪的核心部件,其工作的稳定性、耐高温、中子产额等指标对仪器的工作性能有重要影响。目前,随着深地探测的发展,应用于石油测井的中子管中子产额、耐高温性能、寿命、工作稳定性均有待提升。从结构、材料、制造工艺三方面,对自成靶中子管进行优化设计,进一步降低功耗,提高工作时间。通过耐高温、寿命和中子产额三项指标对外径为25 mm的ENT2465样管进行了性能评估测试,将样管置于中子实验测试平台的油槽内,连接激励线缆,记录样管工作过程中的温度、累计工作时间、中子产额、靶压、靶流和阳极电流。结果表明:在靶压为80 kV、靶流小于60μA条件下,该样管累计使用寿命超过了1000 h,其中175℃下连续工作时间持续23 h、累计工作超过500 h,室温下连续工作时间持续36 h。在相同靶压、靶流条件下,1000 h后中子产额仅下降5.3%。

靶钛膜处理对氘-氘及氘-氚中子管性能的影响

利用氘和氚充气真空系统和镀靶系统制备了不同靶膜厚度和充气量的系列中子管,其充气系统极限真空达到了1.5×10-6Pa.利用微调阀可精确控制每次进入系统的氘和氚气体量.通过改变钛丝量和加热电流来控制靶膜厚度,采用3He中子监测仪监测系列中子管的产额、稳定性及老练特性.探讨了靶膜的多次处理对于中子管的老练、稳定性等指标的影响,为提高中子管性能提供了参考.

钛靶膜厚度对中子管性能的影响

采用热蒸发技术利用钼丝作为灯丝,将纯钛蒸发到陶瓷靶上,得到了钛靶,并研究了钛膜厚度对中子管产额等性能的影响.对3支靶膜厚度(0.8,2.2和6.1μm)的中子管进行了对比,发现钛膜厚度为2.2μm时,中子管的产额最高.同时比较了3支中子管的老练及稳定性.

自成靶陶瓷中子管及其应用

采用自成靶和陶瓷绝缘外壳的中子管具有长寿命、耐高温、工作稳定等特点,已实际应用于C/O石油测井和辐照养虾等。一支管子可测井60口,实际测井工作寿命累计达400h;地面使用平均寿命超过500h。

靶膜对中子管中子产额的影响分析

分析影响中子管中子产额的3个方面因素。靶膜材料选用单质金属钛或锆,要求纯度达到99.99%,纯度越高单位面积内吸附氚气越多,氘氚核反应的概率就越大。除单质金属靶膜材料外,还可以选用Ti-Mo合金替代单质金属靶材料;靶膜镀制工艺是保证靶膜质量的关键,要保证镀膜的本底真空度高于10-4 Pa,氩气的纯度达到99.99%,同时镀靶膜时给靶基加以400℃高温和200V直流偏压,以增加靶膜的附着力,最大限度地保护靶面不被氧化;靶膜厚度选择在1.0～1.5mg/cm2之间较为合适,既能保证氘氚核反应在有效深度范围内核反应概率达到最大,又不浪费氘氚气体。因此只有选择高纯度的靶膜材料、良好的靶膜镀制工艺和合理的靶膜厚度,中子管才能输出高的中子产额。

自成靶陶瓷中子管的主要技术特点

报道了自成靶陶瓷中子管研究的最新进展。介绍了自成靶陶瓷中子管的关键技术措施及其长期工作性能和平均工作寿命。

自成靶陶瓷中子管的井下中子发生器

介绍了自成靶陶瓷中子管的技术特点以及以它为核心的中子发生器的原理和特性。该中子发生器在吉林油田首次与ＡＴＬＡＳ２７２７Ｃ／Ｏ测井仪对接成功，并开始批量测井。

175℃自成靶中子管的结构设计和指标测试

介绍了175℃自成靶中子管的组成及工作原理,详细阐述了它的离子源、加速系统、靶和氘氚储存器的结构设计和材料选用。离子源采用冷阴极潘宁离子源,阴阳极材料都选用钼材料,磁钢选用钐钴磁钢。175℃自成靶中子管采用输出阴极孔径为4～5mm、加速间距为15mm的单隙加速系统。靶基采用圆锥凹面结构,靶基材料选用无氧铜,靶膜厚度为0.74～0.78mg/cm2。采用由锆-石墨材料构成的吸气剂作为氘氚储存器。对175℃自成靶中子管进行测试,其中子产额高于2×108 n/s,使用寿命大于300h,工作温度达到了175℃。测试结果表明,175℃自成靶中子管具有使用寿命长、工作温度高、稳定性好的优点。

Ф25测井用微型自成靶中子管

介绍一种外径为25mm测井用微型自成靶中子管,其结构具有防溅射、耐高压和抗高温等特点,在制造工艺上实现了镀膜、封接、排气、充氚和老炼等多项技术创新。室内指标测试表明,这种中子管的中子产额达到了1×108 n/s以上,工作温度达到了150℃,使用寿命超过了300h。这种中子管在Ф38氧活化测井仪中得到了应用。

井下中子发生器电路研究

本文对Ｃ／Ｏ比（碳／氧比）井下中子发生器离子源电路和靶极高压电路进行了深入研究，结果表明：离子源电路采用反激式变换电路更合理，提出了确定靶极高压倍加电路最佳工作点的方法。

一种中子管用的Al_2O_3自生靶

一、引言采用自生靶是提高中子管性能的首要措施,而自生靶的材料选择和工艺处理方法对其性能有很大影响。菲利普等公司用蒸发到银基片的钛膜作为自生靶材料;我们对氚-钛靶和钛膜自生靶也做过一些实验。但这种钛膜靶会因溅射损失而影响寿命。我们在实验中还发现,当工作束流较大,靶温升高时,钛层中的气体会迅速逸出。

测井用小直径自成靶中子管

文章介绍一种外径为30mm的测井用自成靶中子管。这种中子管在结构设计上解决了离子源内部离子溅射和中子产额低两项技术难点,在制管工艺方面建立了独特的配置D-T比例和靶面粗化处理以增强靶膜附着力的两项术创新。室内性能指标测试表明,这种中子管的中子产额达到了商品靶中子管的指标,工作温度达到了150℃,使用寿命超过了300h。目前这种中子管在随钻中子孔隙度和氧活化测井仪中得到了应用。

测井用中子管寿命分析

就自生靶和预制靶两种类型的中子管在石油测井高温环境下的寿命问题进行了分析计算 .结果指出 :自生靶中子管比预制靶中子管具有耐高温、高稳定性、长寿命等优点 ,预期寿命为2 0 0 0h以上 .

氘轰击下氚靶中氚浓度深度分布的变化

本文推广了低温局部混合模型,并把它用于中子管氚靶的研究中。计算出了在不同氚量轰击下,靶中氚浓度的深度分布;还计算了靶的寿命曲线。计算结果和实验结果符合的很好。文章指出,氚靶内在氘射程内氚的消耗主要是由于氘对氚对氚的置换。

基于YAG∶Ce^(3+)荧光材料的中子管靶点表征方法

为实现伴随粒子中子管研究中的小靶点表征,设计了一种基于YAG∶Ce材料的模块化荧光靶体,给出了一种靶点实时监视与测量的方法。利用该方法实现了伴随粒子中子管最小4 mm直径靶点的实验工作。研究中在可更换的荧光靶面上经过激光雕刻阵列化后,能够分辨毫米级甚至亚毫米级的靶点大小。经过长时间高能离子束轰击后的YAG∶Ce材料靶面能够持续发光,未见性能下降,证明YAG∶Ce材料具有良好的耐辐照性能。

中子管靶材料对中子输出和溅射产额的影响

中子管的中子产额和寿命受靶性能影响,利用SRIM(The Stopping and Range of Ions in Matter)2008模拟计算不同束流和高压条件下钛靶的中子产额,并与3He中子监测仪测量结果进行比较,实验和模拟结果符合较好。模拟计算不同能量氘离子在不同含量的钪钛、钼钛、铌钛三种合金的中子输出和溅射产额。结果表明:入射离子能量为120 keV、合金比例为0.2的钪钛合金中子产额最高,模拟值可达1.24×10~9 s^(-1);合金比例为0.6的钪钛合金,金属原子和氚原子溅射产额较低;与钼钛和铌钛两种合金相比,钪钛合金的中子输出高,而溅射产额低。

密封中子管氘-氘产额及二次电子抑制

中子管的工作参数是影响中子产额的重要因素。为了更准确地调控D-D中子管的中子产额,对中子管的工作参数与产额关系进行了研究,同时为了提高中子管束流品质及寿命,对中子管的二次电子抑制进行实验。采用控制参数变量的方法分别研究了D-D中子管的热子电流、阳极高压、靶极高压对中子产额的影响,以及二次电子抑制电阻阻值与靶极电流之间的关系。结果表明:中子产额随着热子电流的增加而增加,当靶极高压为-80 kV、阳极高压为2.6 kV时,热子电流的最佳调控范围为290~305 mA;阳极高压与中子产额呈非线性关系,最佳阳极高压需要高于2.6 kV;靶极高压升高,中子产额随之增加,而且高压越高产额增加越快,靶极高压最佳工作范围为-120~-100 kV;D-D中子管二次电子抑制电阻阻值为8.7 MΩ或者抑制电压为403 V时,便可以完全抑制住二次电子。中子管的工作参数与中子产额的关系为今后中子管产额稳定性自调节可提供参考,二次电子抑制实验为抑制二次电子电流的产生提供依据。

一种新型的小直径150℃中子发生器

随着脉冲中子测井的发展,小直径、长寿命耐高温中子发生器是市场的迫切需求。文章介绍了150℃中子发生器,该新产品是采用自成靶中子管和高负载能力的密封高压实现150℃175h的中子发生器技术。

一种商品靶中子发生器原理及石油测井中的应用

本文描述了一种长寿命中子发生器的工作原理,围绕着商品靶中子管的控制,使其成为稳定强度的中子源,重点就其控制过程及部分关键电路原理进行阐述。随着石油测井中对安全和环保的要求,未来中子发生器将会逐步取代化学中子源,广发应用于石油的勘探和开发。

测井中子管靶子散热结构的研究与设计

中子管靶子的高温释气是限制中子管高温工作性能的重要因素。对于测井中子管而言 ,由于其井下工作的环境特点 ,解决靶子的散热问题尤为困难。文章基于测井用中子管靶子热状态的理论研究及物理分析 ,设计了一种新型散热结构 ,以便提高中了管工作的耐高温性能 ,并且指出了该结构可能推广的应用前景。