| Пріоритети: | Використання: у вакуумній техніці, зокрема в електрозарядних вакуумних насосах, що застосовуються переважно в ядерній техніці для поглинання інертних радіоактивних газів, що утворюються в результаті розпаду радіоактивних речовин. Сутність винаходу: негативно заряджений електрод розміщений паралельно бічній стінці корпусу насоса, виконаного охолоджуваним і металевим, а позитивно заряджений електрод розташований врівень з поверхнею корпусу. Негативно заряджений електрод може бути виконаний перфорованим. Вхідний патрубок забезпечує безперервне відкачування обсягів. 2 з.п. ф-ли, 1 іл.
Малюнки до патенту Україна 2034359
Винахід відноситься до ядерної техніки і може бути використане для поглинання та поховання радіоактивних інертних газів, що утворюються в тепловиділяючих елементах та термоемісійних електрогенеруючих каналах, а також в інших пристроях, пов'язаних з радіоактивними процесами.
Відомий електророзрядний вакуумний насос, що складається з магнітопрозорого корпусу з патрубком і розташованих в корпусі паралельно один одному катода та анода [1] При цьому анод виконаний з розвиненою пористою поверхнею. Зовні корпусу розташована магнітна система. У цьому насосі поглинання радіоактивних інертних газів здійснюється шляхом їх іонізації та подальшої сорбції на аноді та частково на катоді. Досягається це за рахунок розпиленняматеріалу катода та поховання (зв'язування) за допомогою розпорошеного матеріалу інертних газів на аноді.
Недоліками цього насоса є нестабільність роботи через сорбцію газів на аноді, а також низьку продуктивність.
Крім того, наявність масивної магнітної системи збільшує металоємність насоса, а близько розташовані катод та анод створюють можливість для короткого замикання. При цьому можливості короткого замикання сприяє висока напруга на аноді (6000 В).
Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого винаходу є електророзрядний насос [2] що складається з герметичного корпусу з поміщеним у нього катодом у вигляді паралельних пластин, на яких виконані перпендикулярні до них ребра. Між катодними пластинами розміщено кільцевий анод. Ребра на катодних пластинах у поєднанні з кільцевим анодом утворюють систему порожнистих катодів, що працюють у імпульсному режимі.
Основним недоліком прототипу є низька продуктивність відкачування інертних газів через імпульсний режим роботи та відсутність охолодження катода. При підвищенні температури катодів вище граничної відбувається десорбція вже поглинених іонів інертних газів і процес відкачування припиняється.
Крім того, конструкція насоса є складною через виконання катодів у вигляді пластин з перпендикулярними ребрами та приміщення між ними кільцевого анода, що має складну конструкцію ізоляції, яка не виключає можливості короткого замикання між катодом і анодом. При цьому розташування анода між пластинами катодів знижує ефект використання енергії вторинних електронів, необхідних для іонізації інертних газів, так як у такій конструкції шлях вторинного електрона від катода до анода мінімальний і на його короткому шляху кількість зіткненьутворення іонів інертних газів знижується. Процес поховання інертних газів, тобто відкачування, без їх іонізації не відбувається.
Метою винаходу є збільшення продуктивності та стабільності роботи насоса шляхом збільшення ефективності використання вторинних електронів та забезпечення безперервності режиму роботи насоса.
Для цього негативно заряджений електрод встановлений із зазором паралельно бічній поверхні корпусу, з вхідним патрубком і виконаного металевим з можливістю охолодження, при цьому корпус з'єднаний з джерелом негативного заряду, а позитивно заряджений електрод анод розташований врівень з внутрішньою поверхнею корпусу насоса.
З метою підвищення економічності насоса шляхом збільшення поверхні негативно зарядженого електрода (катода) останній виконаний у вигляді перфорованої поверхні.
Оскільки даний пристрій має відмінні від прототипу ознаки, які забезпечують досягнення позитивного ефекту, запропонований винахід відповідає критеріям охорони "новизна" і "позитивний ефект".
Серед відомих технічних рішень не виявлено рішень, що включають ознаки, що утворюють сукупність ознак відмітної частини формули, тому запропоноване рішення має і "суттєві відмінності".
На кресленні зображено електророзрядний вакуумний насос.
Електророзрядний вакуумний насос є струмопровідним корпусом 1 у вигляді циліндричної ємності з вхідним патрубком 2 для впуску радіоактивного газу 3. Корпус ємності з'єднаний з джерелом 4 негативного заряду або заземлений. Стінки ємності мають систему 5 охолодження. Всередині корпусу 1 насоса врівень з внутрішньою поверхнею стінки закріплений на ізоляторі 6 позитивно зарядженийелектрод-анод 7, з'єднаний із джерелом 8 позитивного заряду. Паралельно внутрішньої циліндричної поверхні корпусу 1 із зазором щодо стінки встановлений з допомогою ізоляторів 9 один або кілька електродів-катодів 10, з'єднаних з джерелом негативного 11 заряду і утворюють з анодом 7 систему порожнистого катода. Катод 10 виконаний з високоактивного металу, що легко піддається розпорошенню, такого як титан, цирконій, молібден та ін.
Залежно від необхідної продуктивності та економічності насоса катод може бути виконаний у вигляді одного або декількох стрижнів, суцільних або перфорованих смуг, обичайки і т.д.
Для забезпечення максимальної продуктивності насоса виконують катод у вигляді перфорованої обічайки. Цим досягається максимальна розпилювана поверхня катода, а перфорація по всій площі обічайки забезпечує проліт розпиленого матеріалу катода через отвори перфорації та його поховання на стінці, що охолоджується корпусу насоса.
Вакуум-щільний корпус насоса виконаний із конструкційної нержавіючої сталі типу марки 12Х18Н10Т.
Електророзрядний вакуумний насос працює в такий спосіб.
Спочатку при запуску в корпусі насоса 1 створюють розрідження 510 -6 мм рт. ст. за допомогою відомих засобів. Потім через патрубок 2 за допомогою автоматичного клапана, що спрацьовує від певного розрідження, корпус насоса запускається порція радіоактивного інертного газу до створення в корпусі розрідження 110 -1 мм рт. ст. після чого подача газу припиняється. При подачі на анод напруги +600 В, а на катод (-50) між анодом і катодом виникає тліючий розряд з порожнім катодом.
Вторинні електрони, що утворюються в зоні порожнього катода, стикаючись з атомами інертного газу, його іонізують, і вже іони цього газу,стикаючись з поверхнею катода, викликають випаровування матеріалу катода. Випарений матеріал катода осідає на охолоджуваній стінці корпусу 1, при цьому відбувається поховання іонів радіоактивного газу. При інтенсивному бомбардуванні катода 10 іонами газу 3 катоди розігріваються, що прискорює процес розпилення, а отже, і відкачування. Корпус насоса підключений до джерела негативного 4 заряду, наприклад до нульового проводу електромережі, що в поєднанні з охолодженням забезпечує міцне утримання напиленого шару зі зв'язаним в ньому радіоактивним газом. Відсутність охолодження на катоді та його більш негативний потенціал до корпусу насоса забезпечує стійке розпилення матеріалу катода. Процес поглинання газу йде до розрідження 110-3 мм рт. ст. тобто до тих пір, поки в насосі є умови для горіння розряду з порожнім катодом. Припинення струму між анодом і катодом автоматично включає клапан напуску для впуску нової порції радіоактивного інертного газу до тиску 110 -1 мм рт. ст. після чого клапан перекривається. Практично при чіткій роботі автоматики процес відкачування газу і його поховання на стінці насоса, що охолоджується, йдуть безперервно.
Розташування анода 7 врівень з внутрішньою поверхнею корпусу насоса дозволяє повністю використовувати об'єм корпусу для утворення порожнистого катода і тим самим збільшити продуктивність при збереженні габаритів та обсягу поховання. Розташування анода за межами внутрішнього об'єму корпусу насоса ускладнює підпал розряду та збільшує електричні втрати. Конструктивний поділ катодів на неохолоджувану частину, що розпилюється, виконується з високоактивних і легкорозпилюваних матеріалів (Ti, Mo, Zr), і охолоджувану частину, що служить для поховання газів, дозволяє максимально підвищитипродуктивність насоса та ємність поховання, а також забезпечити безперервність роботи насоса до повного розпилення катода, що неохолоджується. При цьому охолоджувана частина катода у вигляді внутрішньої поверхні корпусу насоса може багаторазово використовуватися для подальшої роботи при заміні розпилених неохолоджуваних катодів до тих пір, поки товщина напиленого шару на поверхні охолоджуваного катода не досягне величини зазору між неохолоджуваним корпусом. Це дозволяє поховати в одному корпусі насоса максимально можливе, що залежить тільки від вихідних габаритів корпусу насоса кількість радіоактивних інертних газів, що економічно дає великі переваги перед відомими конструкціями, оскільки відбувається економія коштів на транспортування та тривале захоронення радіоактивних відходів.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИЙ ВАКУУМНИЙ НАСОС, що містить негативно заряджений електрод, розташований із зазором щодо корпусу, між паралельними поверхнями якого утворений порожнистий катод, і позитивно заряджений електрод, що відрізняється тим, що, з метою збільшення продуктивності насоса електроенергії, підвищення ефективності використання електрод встановлений паралельно бічній поверхні корпусу, виконаного металевим, а позитивно заряджений електрод розташований врівень з поверхнею корпусу.
2. Насос по п.1, який відрізняється тим, що з метою підвищення економічності насоса шляхом збільшення катодної поверхні, негативно заряджений електрод виконаний перфорованим.
3. Насос по пп.1 і 2, який відрізняється тим, що з метою забезпечення безперервної відкачування насос забезпечений вхідним патрубком.