Импульсный источник жесткого рентгеновского излучения

 

Союз Советских

СоцМлнстичесних е еспубмк ()793182

К АВТОРСКОМУ С (61) Дополнительное к авт. сеид-ey{22) Заявлено 210778 (21) 2б47442/18-25 сприсоедииением заявки i49 (23) Приоритет

Опубликовано 070981. Бюллетень 49 ЗЗ

Дата опубликоваиияопйсаиия 070981 (51) М. Кл.з

Н 05 Н 1/00

6 21 С 4/00

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 533.9 (088.8) . (72) Авторь1

:изобретения

Я. Ф. Волков, В. Г. Дятлов, Н. И. Митина и Н. В. Лимарь (П) Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ЖЕСТКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение предназначено для nv. лучения импульсов жесткого рентгеновского излучении и может быть использовано для изучения быстропротекающих е явлений (взрыв, экспериментальная гаЭодинамика, задачи баллистики) в рентгеноструктурном анализе для изучении-быстроизменяющихся структурных превращений,.для исследования

10 свойств матеоиалов в условиях интенсивного излучения, получения мощных ймпульсов релятивистских электронов, а также в таких традиционных областях использования этого излучения, как дефектоскопия и медицинская рентгеноднагностика.

Известен источник жесткого рентгеновского излучения, содержащий ис:точник импульсного высокого напряже- 20 ния„ управляемый источник электронов с плазменным катодом и предварительно заполненным плазмой диодом для увеличения импульсов тока ускоренных электронов до 2 ° 10 A длительностью до 50 нс, рентгеновскую мишень (анод) 1f. Выходная энергия излучения от такого рентгеновского источника достигает 10 рентген на расСтоя Ifи.и 1

Наиболее близким техническим решением является импульсный источник жесткого рентгеновского излучения, содержащий источник импульсного высокого напряжения, плазменное разрядное устройство с рентгеновской мишенью, выполненное в виде металлического корпуса (катод), в который введен через фарфоровый изолятор положительный электрод (анод). К камере через вакуумный разрядник подключена конденсаторная батарея. Рентгеновской мишенью является анод и слой металлических паров вблизи этого электрода, возникающий в результате контакта пинча с анодом f2).

Недостатком этого источника является то, что жесткость рентгеновских вспьааек длительностью 0,1-0,2 мкс не превосходит 300 кэВ. Доза этого рентгеновского излучения ие более

0,05 рентген на расстоянии 100 см от центра анода (мншени) за один импульс.

Целью предлагаемого изобретения является повьвавние жесткости и интенсивности (дозы) рентгеновского излучения беэ увеличения мощности питающего устройства.

791182

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом источнике импульсного рентгеновского излучения,. содержащем источник импульсного высокого напряжения, плазменное разрядНОЕ устрОАСТВО С рЕНтГЕНОВСКОй МИшенью, последнее выполнено в виде 5 протяженной газовой камеры с осевым металлическим стержнем, который подсоединен через разрядник к конденсаторной батарее, причем торцовые части камеры коаксиально охвачены двумя соленоидами, подсоединенными через .другой разрядник к источнику импульсного высокого напряжения, а рентгеновская мишень выполнена в виде по крайней мере одной проволоки, 15 расположенной параллельно осевому стержню на расстоянии от его поверхности от одного до двух его диаметров, при этом торец проволоки находится посередине расстояния между соленоидами.

Рентгеновское излучение возникает при торможении ускоренных электронов плазмы, создаваемой в вакуумной камере при разряде конденсаторной батареи через торцовые соленоиды, на рентгеновской мишени, представляющей собой по крайней мере одну проволоку, расположенную параллельно стержню.

Наличие азимутального кваэистационарного магнитного поля, создаваемого ЗО током, протекающим по осевому металлическому стержню, который возникает при разряде конденсаторной батареи (период разряда 600 мкс много больше периода разряда соленоидов 30 мкс, 35 поэтому поле квазистационарно), обуславливает устойчивое и длительное существование пучка ускоренных электронов, а это приводит к увеличению интенсивности жесткого (до 1,5 МэВ) рентгеновского излучения. Увеличение интенсивности излучения достигается за счет того, что вольфрамовая ripoволока помещается параллельно сгереню на расстоянии от его поверхности, равном 1D-20 (D — диаметр стержня) так, что торец проволоки находится посередине расстояния между соленои..дами,т.е.в районе минимума магнитного поля, где наблюдается наибольшое число ускоренных электронов. Как известно, применение вольфрама в качестве материала мишени приводит к увеличению интенсивности, так как интенсивность тормозного рентгеновского, излучения пропорциональна атом- 55 ному номеру. Z вещества мишени (2 вольфрама = 74).

В предлагаемом источнике ускорение электрона происходит при цикличном движении их по круговым орбитам, @ поэтому необходимо, чтобы в начале разряда на мишень попадала лишь частЬ электронов с тем, чтобы остальные могли ускоряться. В дальнейшем и они постепенно попадают на мишень.

В связи с этим мишень должна быть расположена так, чтобы, не срывая процесса ускорения, обеспечиваладостаточную интенсивность излучения.Это достигается параллельным относительно стержня положением проволочной мишени..С учетом вышесказанного можно считать, что применение двух и более мишеней может привести к увеличению интенсивности излучения в случае,если это не приводит к срыву процесса. ускорения.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство.

Опытный образец источника жесткого рентгеновского излучения содержит цилиндрическую вакуумную камеру 1 из молибденового стекла D=220 мм, осевой металлический стержень 2,изготовленный из меди 0 = 8 мм, который подключен через разрядник 3 к конденсаторной батарее 4 с параметрами:емкость 1200 мкф, напряжение 1,5 кВ; период 600 мкс. Торцовые части камеры коаксиально охвачены соленоидами

5 в виде катушек по четыре витка, включенных параллельно. Эти катушки включены через другой.. разрядник 6 к источнику импульсного высокого напряжения, т.е. к другой конденсаторной батарее 7 с параметрами: емкость

60 мкф, напряжение 20.кВ,„период

30 мкс. В вакуумной камере параллельно стержню 2 помещена вольфрамовая проволока 8 (мишень) Э = 1,5 мм на расстоянии 15 мм от поверхности осевого стержня 2 так, что торец 9 проволоки находится посередине расстояния между соленоидами.

Источник работает следующим образом.

В предварительно откачанную до вакуума 10 тор в цилиндрическую камеру напускают газ (водород, гелий, аргон, азот) до давления (8-0,5) .х х 10 тор. Разряд осуществляют на проточном га з е. Порядок в ключ ения батарей следующий. Вначале включают батарею 4 через разрядник 3, затем с помощью запускающего устройства типа

Г5-15 с задержкой 150 мкс включают батарею 7 через разрядник 6. Рентгеновское излучение регистрировалось с помощью рентгеновских пленок и сцинтилляционных детекторов, помещенных вне камеры на. расстоянии 0,5-1 м и 3-6 м соответственно.

Результаты испытаний устройства показывают что, максимальная энергия фотонов. 1,5-2 МэВ. Доза этого жесткого рентгеновского излучения íà расстоянии 100 см от мишени, расположенной в 15 мм от поверхности стержня посередине между соленоидами,при натекании гелия достигает 0,5 рентген за импульс длительностью 3-4 мкс.Таким образом, жесткость и доза рентгеновского излучения практически на порядок превосходит жесткость и величи791182

Формула изобретения соетавитель. В. енм

Редактор З.Ходакова Техфед A. йч Корректор С. Шекмар

Заказ 6781/66 Тираж 869 Подписное

ВИИИПИ Государствейного:комитета СССР по делам изобретений. и открытий

113035,,Москва., й-35, Раушская Наб., д. 4/5

У

Филиал ППП "Патент", г. УжгорОд, ул. Проектная, 4 ну дозы (интенсивности), получаемые в наиболее близком техническом решении предложенного изобретения.

Импульсный источник жесткого рентгеновского излучения, содержащий источник импульсного высокого напряжения,. плазменное разрядное устройство с рентгеновской мишенью, о т л и ч а в щ. и и с я тем, что, с целью повышения жесткости и интенсивности излучения без увеличения мощности питающего напряжения, разрядное устройство выполнено в виде протяженной газовой камеры. с осевым металлическим стержнем, который подсоединен через разрядник к конденсаторной батарее, причем торцовые части камеры коаксиально охвачены двумя соленоидами,подсоединенными через другой разрядник к источнику импульсного высокого напряжения, а рентгеновская мишень выполнена s виде проволоки, расположен-. ной параллельно осевому стержню на расстоянии 0Т поверхности стержня от одного до двух его диаметров, при этом торец проволоки находится посередине расстояния между соленоидами.

f9 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Месяц Г.A. Генерирование мощных наносекундных импульсов. М., "Сов.

13 радио", 1974, с. 214-217.

2.F 1ippou N..14., Fiiippowa 1..Т .

Piasma Phi.sics аль Controlied

Nuciear Fusion Research, ч. il IAEA

Conf Proceedings Cuihae, 1965, ;Е р. 405 (прототип).