Свинцовый экран для бетатрона

Авторы патента:

БЕРМУТ Йёрг (DE)

ГОЙС Георг (DE)

ХЕСС Грегор (DE)

ФИБЁКК Урс (DE)

H05H11 - Магнитные индукционные ускорители, например бетатроны

Владельцы патента RU 2454047:

СМИТС ХАЙМАНН ГМБХ (DE)

Изобретение относится к рентгеновской досмотровой технике. Свинцовый экран (1) для бетатрона (2) в генераторе рентгеновских лучей, состоящий по меньшей мере из четырех экранирующих блоков (7, 8, 9, 10), из которых два блока (7, 8) выполнены в форме полуцилиндра и в своих боковых поверхностях имеют выемки (11, 12), при этом экранирующие блоки (7, 8) полуцилиндрической формы расположены своими боковыми поверхностями в соответствующих выемках других экранирующих блоков (9, 10), так что выемки (11, 12) в боковых поверхностях образуют воздушные каналы между экранирующими блоками (7, 8) полуцилиндрической формы и другими экранирующими блоками (9, 10). Технический результат - улучшение отвода тепла из бетатрона. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к свинцовому экрану с проводом охлаждающего воздуха для бетатрона, прежде всего, для использования в рентгеновской досмотровой установке.

При проверке крупногабаритных предметов, таких как контейнеры и транспортные средства, на наличие недопустимого содержимого, такого как оружие, взрывчатые вещества или контрабандные товары, известным образом используют рентгеновские досмотровые установки. При этом формируют рентгеновские лучи и направляют их на предмет. Ослабленные предметом рентгеновские лучи измеряют посредством детектора и анализируют в анализаторе. Таким образом, можно сделать заключение о свойствах предмета. Такая рентгеновская досмотровая установка известна, например, из публикации Европейского патента EP 0412190 B1.

Для формирования рентгеновских лучей с необходимой для проверки энергией более 1 МэВ используют бетатроны. При этом речь идет о циклических ускорителях, в которых электроны ускоряются на круговой орбите. Ускоренные электроны направляются на мишень, где они при попадании создают тормозное излучение, спектр которого также зависит от энергии электронов.

Известный из публикации патентной заявки DE 2357126 A1 бетатрон состоит из двухкомпонентного внутреннего ярма, в котором торцевые стороны обеих частей ярма расположены на расстоянии напротив друг друга. Посредством двух катушек основного поля во внутреннем ярме создают электромагнитное поле. Внешнее ярмо соединяет оба удаленных друг от друга конца частей внутреннего ярма и замыкает электромагнитный контур.

Между торцевыми сторонами обеих частей внутреннего ярма расположена вакуумная камера бетатрона, в которой по кругу движутся подлежащие ускорению электроны. Торцевые стороны частей внутреннего ярма выполнены таким образом, что созданное катушкой основного поля электромагнитное поле вынуждает электроны двигаться по круговой орбите и, помимо этого, фокусирует их в плоскости, в которой находится эта круговая орбита. Для управления электромагнитным потоком известно расположение ферромагнитной вставки между торцевыми сторонами частей внутреннего ярма внутри камеры бетатрона.

Для защиты внешней среды от рентгеновского облучения бетатроны оснащают свинцовым экраном, который позволяет лучам выходить только в заданном месте. При этом возникает задача выполнения свинцового экрана таким образом, чтобы отводилось создаваемое в бетатроне тепло.

Согласно изобретению эта задача решена посредством признаков пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные формы осуществления приводятся в зависимых пунктах формулы 2-5. Пункт 6 формулы изобретения относится к рентгеновской досмотровой установке с применением предлагаемого свинцового экрана.

В рамках этого документа понятие «боковая поверхность» обозначает изогнутую поверхность полуцилиндра. Противоположная ровная поверхность обозначается как плоскость сечения.

Предлагаемый свинцовый экран для бетатрона состоит по меньшей мере из четырех экранирующих блоков, из которых два блока выполнены в форме полуцилиндра и в своих боковых поверхностях имеют выемки, при этом экранирующие блоки полуцилиндрической формы расположены своими боковыми поверхностями в соответствующих выемках других экранирующих блоков, так что выемки в боковых поверхностях образуют воздушные каналы между экранирующими блоками полуцилиндрической формы и другими экранирующими блоками.

Это расположение имеет то преимущество, что за счет размещения соответствующих выемок в боковых поверхностях экранирующих блоков полуцилиндрической формы могут быть созданы проточные каналы любой сложности. Дугообразные контактные поверхности между экранирующими блоками полуцилиндрической формы и другими экранирующими блоками обеспечивают эффективный поток воздуха без резкой смены направления, которая привела бы к застою воздуха. Благодаря изогнутой боковой поверхности в качестве ограничения воздушного канала и возможности выполнения воздушного канала с изгибами осуществляется эффективное экранирование рентгеновских лучей, так как прямая визуальная связь между бетатроном и внешней средой отсутствует.

В одной форме осуществления изобретения оба экранирующих блока полуцилиндрической формы выполнены и расположены осесимметрично друг к другу относительно их поперечного сечения. Это означает, что входящий вдоль боковой поверхности в экран воздух для того, чтобы снова выйти, должен попасть к диагонально противоположной кромке второго полуцилиндра. Это приводит к тому, что воздух протекает через все внутреннее пространство свинцового экрана.

Предпочтительно, по меньшей мере два других экранирующих блока имеют воздушные каналы, которые соединяют выемки в боковых поверхностях экранирующих блоков полуцилиндрической формы с внешней средой. Через эти воздушные каналы воздух из внешней среды входит вовнутрь экрана или же снова выходит.

В еще одной форме осуществления изобретения экранирующие блоки полуцилиндрической формы прилегают своими плоскостями разреза к противоположным торцевым сторонам внешнего ярма бетатрона. За счет этого обеспечивается, что воздух направляется мимо катушек основного поля, камеры бетатрона и внутреннего ярма, а не проходит между экранирующими блоками полуцилиндрической формы и внешним ярмом. Предпочтительно, плоскости разреза экранирующих блоков полуцилиндрической формы имеют при этом по меньшей мере такой же размер, что и торцевые стороны внешнего ярма. За счет этого достигается, что входящий воздух не блокируется торцевой стороной внешнего ярма и не образуется давление подпора, ухудшающее охлаждающую способность.

Предпочтительно, предлагаемый свинцовый экран используется в бетатроне в рентгеновской досмотровой установке для проверки безопасности объектов. В бетатрон впускают и ускоряют электроны, прежде чем направить их на мишень, выполненную, например, из тантала. Так электроны создают рентгеновские лучи с известным спектром. Рентгеновские лучи направляются на объект, предпочтительно контейнер и/или транспортное средство, и там модифицируются, например, за счет рассеивания или трансмиссионного затухания. Модифицированные рентгеновские лучи измеряют рентгенодетектором и анализируют посредством анализатора. По результатам делают заключение о свойствах или содержимом объекта.

Настоящее изобретение должно быть пояснено более подробно на основании примера осуществления. Показано на:

Фиг.1 схематическое изображение предлагаемого свинцового экрана в разрезе,

Фиг.2 изображение согласно фигуре 1 с показанным потоком воздуха, и

Фиг.3 пространственный вид экранирующего блока полуцилиндрической формы.

На фиг.1 показано схематическое изображение в разрезе предлагаемого свинцового экрана 1 с расположенным в нем бетатроном 2. Бетатрон 2 состоит из камеры 3 бетатрона, катушек 4 основного поля, внутреннего ярма 5 и внешнего ярма 6, однако, может иметь и другую конструкцию.

Свинцовый экран 1 состоит из двух экранирующих блоков 7 и 8 полуцилиндрической формы, а также двух других экранирующих блоков 9 и 10. В боковых поверхностях экранирующих блоков 7 и 8 полуцилиндрической формы выполнены выемки 11 и 12. При этом экранирующий блок 7 полуцилиндрической формы располагается в выемке экранирующего блока 9 таким образом, что выемка 11 в его боковой поверхности образует воздушный канал между экранирующими блоками 7 и 9. Аналогичным образом выемка 12 образует в боковой поверхности экранирующего блока 8 полуцилиндрической формы воздушный канал между экранирующими блоками 8 и 10. Воздушные каналы в форме выемок 13 и 14 в экранирующих блоках 9 и 10 соединяют выемки 11 или 12 с внешней средой свинцового экрана 1.

Свинцовый экран 1 выполнен таким образом, что плоскости сечения частей 7 и 8 экрана полуцилиндрической формы прилегают к противоположным, прямоугольным торцевым сторонам внешнего ярма 6. В изображении в разрезе на фиг.1 выемки 11 и 12 в боковых поверхностях экранирующих блоков 7 и 8 полуцилиндрической формы выполнены и расположены осесимметрично относительно друг друга. Тем самым образуется представленное на фигуре 2 стрелками прохождение потока воздуха через свинцовый экран 1. Через выемки 13 и 11 воздух попадает в левый верхний угол внутреннего пространства свинцового экрана 1. Так как выход воздуха в форме выемок 12 и 14 находится в правом нижнем углу, воздух протекает по диагонали через внутреннее пространство свинцового экрана 1 мимо камеры 3 бетатрона, катушек 4 основного поля и внутреннего ярма 5 и отводит образовавшееся в бетатроне 2 тепло. Альтернативно, воздух вдувается, например, посредством вентиляторов или воздуходувок в выемку 13 и/или отсасывается из выемки 14.

На фигуре 3 представлен пространственный вид экранирующего блока 7 полуцилиндрической формы. Ширина b выемки 11 соответствует протяженности торцевой стороны внешнего ярма 6 вдоль проходящей перпендикулярно к плоскости фигур 1 и 2 оси. Альтернативно, выемка 11 простирается по всей высоте экранирующего блока 7 полуцилиндрической формы. Предпочтительно, протяженность выемки 13 вдоль перпендикулярно проходящей к плоскости фигур 1 и 2 оси соответствует ширине выемки 11 в боковой поверхности части 7 экрана полуцилиндрической формы на фигуре 3. Вышеприведенные описания аналогичным образом действительны для экранирующего блока 8 полуцилиндрической формы, а также выемок 12 и 14.

1. Свинцовый экран (1) для бетатрона (2) в генераторе рентгеновских лучей, состоящий по меньшей мере из четырех экранирующих блоков (7, 8, 9, 10), из которых два блока (7, 8) выполнены в форме полуцилиндра и в своих боковых поверхностях имеют выемки (11, 12), при этом экранирующие блоки (7, 8) полуцилиндрической формы расположены своими боковыми поверхностями в соответствующих выемках других экранирующих блоков (9, 10), так что выемки (11, 12) в боковых поверхностях образуют воздушные каналы между экранирующими блоками (7, 8) полуцилиндрической формы и другими экранирующими блоками (9, 10).

2. Свинцовый экран (1) по п.1, отличающийся тем, что экранирующие блоки (7, 8) полуцилиндрической формы выполнены и расположены осесимметрично друг к другу относительно их поперечного сечения.

3. Свинцовый экран (1) по п.1 или 2, отличающийся воздушными каналами (13, 14) по меньшей мере в двух других экранирующих блоках (9, 10), которые соединяют выемки (11, 12) в боковых поверхностях экранирующих блоков (7, 8) полуцилиндрической формы с внешней средой.

4. Свинцовый экран (1) по п.1, отличающийся тем, что экранирующие блоки (7, 8) полуцилиндрической формы прилегают своими плоскостями разреза к противоположным торцевым сторонам внешнего ярма (6) бетатрона (2).

5. Свинцовый экран (1) по п.4, отличающийся тем, что плоскости разреза экранирующих блоков (7, 8) полуцилиндрической формы имеют по меньшей мере такой же размер, что и торцевые стороны внешнего ярма (6).

6. Рентгеновская досмотровая установка для проверки безопасности предметов, имеющая бетатрон (2) со свинцовым экраном (1) по одному из пп.1-5 и мишенью для формирования рентгеновских лучей, а также рентгенодетектором и анализатором.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в области физики частиц высоких энергий, промышленности, медицины и научных исследований. .

Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель // 2442095

Изобретение относится к области ускорительной техники и может использоваться для ускорения плазмы до гиперскоростей. .

Бетатрон с простым возбуждением // 2439865

Структура бетатрона и способ производства структуры бетатрона // 2434369

Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель // 2431947

Изобретение относится к ускорительной технике. .

Способ ускорения положительно заряженных частиц и ионов и полый индукционный ускоритель // 2422924

Изобретение относится к проблеме управляемого термоядерного синтеза и может найти применение в качестве сильноточного индукционного ускорителя предпочтительно положительно заряженных частиц и ионов, а также для создания пучка нейтронов.

Способ индукционного ускорения ионов // 2420045

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при создании индукционных циклических ускорителей ионов с регулируемой кинетической энергией в медицине и научных исследованиях.

Устройство для сброса пучка ускоренных в бетатроне электронов на мишень // 2400949

Изобретение относится к ускорительной технике и используется для сброса пучка заряженных частиц на мишень. .

Электромагнит безжелезного бетатрона // 2397627

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к безжелезным электромагнитам ускорителей с аксиальной симметрией магнитного поля, и может быть использовано в дефектоскопических, медицинских и других бетатронных установках.

Способ сборки катушки электромагнита // 2397566

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технологии изготовления клееных конструкций, и может быть использовано при изготовлении электромагнитов бетатронов.

Способ ускорения позитронов и устройство для его реализации // 2468546

Изобретение относится к области ускорительной техники и предназначено для генерации позитронных пучков с большой энергией для последующего использования высокоэнергетичных позитронов для целей дефектоскопии, томографии, радиационных испытаний стойкости материалов, лучевой терапии и др

Бетатрон с изменяемым радиусом орбиты // 2470497

Бетатрон с извлекаемым блоком ускорителя // 2479168

Источник тормозного излучения // 2482641

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в средствах неразрушающего контроля материалов и изделий

Источник тормозного излучения // 2482642

Способ индукционного ускорения электронов // 2513034

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при создании индукционных циклических ускорителей промышленного назначения, например, для модификации и производства новых материалов, стерилизации медицинских инструментов и пищевых продуктов, дезинфекции медицинских и других отходов, очистки дымовых газов промышленных предприятий от вредных SOx и NOx окислов. Предложенный способ заключается в том, что для получения заданной конечной энергии (≤10 МэВ) используется прямоугольная волна ускоряющего индукционного напряжения и треугольная волна ведущего магнитного поля, для сохранения радиуса равновесной орбиты постоянным в процессе ускорения выполняют специальные соотношения между амплитудно-временными характеристиками магнитной индукции на орбите и индуцированным ускоряющим напряжением. Для реализации жесткой фокусировки формируют магнитное поле на орбите с большим знакопеременным градиентом. Техническим результатом является увеличение средней мощности пучка ускоренных заряженных частиц, а также уменьшение габаритов и веса ускорителя циклического индукционного ускорителя электронов, упрощение системы питания индукционной ускоряющей системы, снижение стоимости ускорителя. 5 ил.

Бетатрон с катушкой сжатия и расширения // 2516293

Бетатрон (1), прежде всего, в рентгеновской досмотровой установке, с вращательно-симметричным внутренним ярмом из двух расположенных на расстоянии друг от друга частей (2a, 2b), внешним ярмом (4), соединяющим обе части (2a, 2b) внутреннего ярма, по меньшей мере одной катушкой (6a, 6b) основного поля, тороидальной камерой (5) бетатрона, расположенной между частями (2a, 2b) внутреннего ярма, по меньшей мере одной катушкой сжатия и расширения (СР-катушкой) 7a, 7b, при этом соответственно ровно одна СР-катушка (7a, 7b) расположена между торцевой стороной части (2a, 2b) внутреннего ярма и камерой (5) бетатрона, а радиус СР-катушки (7a, 7b) равен, по существу, заданному радиусу орбиты электронов в камере (5) бетатрона. Бетатрон содержит электронную схему (8) управления, выводы катушки (7a, 7b) сжатия и расширения соединены с источником (11) тока или напряжения, а, по меньшей мере, в одной линии между катушкой (7a, 7b) сжатия и расширения и источником (11) тока или напряжения расположен переключатель (9), управляемый электронной схемой (8) управления, причем электронная схема (8) управления выполнена таким образом, чтобы во время выброса электронов вызывать прохождение тока через катушку сжатия и расширения, так что материал ярма находится на нелинейном участке кривой гистерезиса. Технический результат - повышение кпд. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Линейный индукционный ускоритель с двумя разнополярными импульсами // 2522993

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для генерации электронных и ионных пучков наносекундной длительности с высокой частотой следования импульсов. Линейный индукционный ускоритель содержит индукционную систему (1) в виде набора ферромагнитных сердечников, охваченных витками намагничивания с объединенными выводами (2) с каждой стороны сердечников, магнитный коммутатор, магнитный импульсный генератор (3), состоящий из последовательных контуров сжатия, каждый из которых образован конденсатором и дросселем насыщения, и имеющий заземленный и потенциальный выводы, к которым подсоединен дроссель насыщения (8), а к потенциальному выводу подключен один из трех электродов двойной формирующей линии (4). Второй электрод двойной формирующей линии (4) одним концом подключен к заземленному выводу магнитного импульсного генератора, а между другим концом этого электрода и одним из выводов витков намагничивания индукционной системы включен магнитный коммутатор (9). Между третьим электродом (7) двойной формирующей линии (4) и вторым выводом витков намагничивания (2) индукционной системы (1) включена одинарная формирующая линия (10). Между точкой соединения двойной (4) и одинарной (10) формирующих линий и точкой соединения магнитного коммутатора (9) и индукционной системы (1) включен дополнительный дроссель насыщения (11). Технический результат - снижение потерь энергии и повышение надежности за счет уменьшения числа элементов в схеме. 2 ил.

Индукционный циклический ускоритель электронов // 2524571

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в области физики частиц высоких энергий, промышленности, медицины и научных исследований. Заявленный циклический ускоритель электронов включает в себя отклоняющие дипольные магниты, индукционную ускоряющую систему, системы ввода и вывода пучка, расположенные на прямолинейных участках. Для ускорения электронов в диапазоне энергий ~0,3-10 МэВ ускоритель включает в себя генератор возбуждения витков индукторов ускоряющей системы прямоугольной волной напряжения. Длительность ускоряющих импульсов волны равна не ½ длительности периода обращения электронов на орбите, которая составляет несколько наносекунд, а длительности полного цикла ускорения от энергии инжекции до заданной конечной энергии ~10-4-10-6 с. Для сохранения равновесного радиуса орбиты при ускорении и медленном выводе электронов ускоритель содержит генератор питания отклоняющих дипольных магнитов, обладающий свойством возбуждения трапецеидальной волны магнитной индукции. Ускоритель также содержит жесткофокусирующую систему в отклоняющих дипольных магнитах и прямолинейных участках. Техническим результатом является увеличение средней мощности ускоренного пучка электронов, уменьшение габаритов и веса ускорителя, упрощение ускоряющей системы и увеличение диапазона регулировки энергии ускоренных электронов. 4 ил.

Способ генерации ускоренных позитронов // 2530735

Изобретение относится к области ускорительной техники и предназначено для генерации позитронов с большой энергией для последующего использования в дефектоскопии, томографии, радиационных испытаниях стойкости материалов, лучевой терапии и др. Способ генерации ускоренных позитронов включает инжекцию позитронов в ускорительную камеру бетатрона от радиоактивного изотопа, накопление в управляющем магнитном поле, в котором показатель спада поля по радиусу лежит в пределах 0<n<1, а величина индукции магнитного поля соответствует энергии инжектируемых позитронов, так что позитроны движутся по круговой орбите, радиус которой равен среднему радиусу ускорительной камеры, ускорение заряженных частиц вихревым электрическим полем циклического индукционного ускорителя со скоростью роста магнитного поля, синхронизованной с индуцированным электрическим полем таким образом, что орбита, по которой движутся позитроны, остается постоянной. Накопление позитронов выполняют в нарастающем магнитном поле с напряженностью в пределах, соответствующих диапазону в энергетическом распределении позитронов радиоактивного изотопа, причем накопление завершают до момента равенства между мощностью магнитно-тормозного излучения позитрона и мощностью, передаваемой позитрону вихревым электрическим полем бетатрона, индуцированным нарастающим магнитным полем. Технический результат - увеличение количества ускоренных позитронов в импульсе излучения бетатрона и его соотношения с фоновым излучением. 13 ил.