УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ РЕНТГЕНОВСКОЙ ПЛЕНКИ В ЭКСПЕРИМЕНТАХ С МАГНИТНОЙ ИМПЛОЗИЕЙ ЛАЙНЕРА Российский патент 2004 года по МПК G03B42/02 

Настоящие изобретение относится к области физики высоких плотностей энергии и регистрации быстропротекающих процессов рентгенографированием, а именно к устройствам защиты кассеты с рентгеновской пленкой от повреждений при проведении взрывных опытов по исследованию магнитной имплозии лайнера.

При магнитной имплозии лайнера основная опасность поражения рентгеновской пленки исходит от обратного токопровода, который под действием магнитного поля образует веер осколков, шрапнелью разлетающихся в пределах угла 2π.

Известно устройство [Чокин Дж.П., Карлотти X., Жестин М., Кахен Дж., Бюше Дж., Ванпоперинж Дж., Кадуш О., Азра А., Муйе М., Вернье Г., Авдошин В.В., Чернышев В.К., Иванов В.А., Пак С.В., Скобелев А.Н., Волков Г.И., Егорычев Б.Т. Взрывной генератор высокой импульсной мощности для имплозии твердотельных лайнеров. Мегагауссная мегаамперная импульсная технология и применение// Труды Седьмой международной конференции по генерации мегагауссных магнитных полей и родственным экспериментам. Саров, 5-10 августа, 1996/ Под ред. В.К.Чернышева, В.Д.Селемира, Л.Н. Пляшкевича. 1997. Том 1, стр.267-273) обеспечения защиты рентгеновской пленки от повреждений осколками обратного токопровода, предусматривающее их (осколков) гарантированное отсутствие в пределах углового сектора, направленного от рентгеновского аппарата к кассете с пленкой.

Это устройство содержит “окна”, выполненные в виде прямоугольных отверстий в обратном токопроводе как со стороны рентгеновского аппарата, так и со стороны кассеты (фиг.1). Эти окна позволили применить при рентгенографировании лайнера рентгеновский источник с малой дозой, повысить контрастность снимков (из-за уменьшенной толщины просвечиваемого материала) и предотвратить разлет осколков от токопровода в направлении рентгеновской пленки.

В цитируемой работе для защиты кассеты с пленкой от ударной волны и осколков взрывного источника энергии 10, взрывного обострителя тока 11 были предусмотрены следующие меры. Сам источник энергии соединялся с камерой 7 с помощью достаточно длинной передающей линией 12, между источником и камерой были расположены стальная плита 6, бетонные блоки 8 и насыпь из песка 9 (фиг.1).

Описанное устройство является аналогом заявляемого объекта.

Устройство защиты кассеты с рентгеновской пленкой работает следующим образом.

С помощью 15 МА импульса тока, формируемого взрывным источником энергии (ВМИЭ), состоящим из спирального ВМГ (СВМГ) 10, взрывного обострителя тока (ВОТ) 11 и передающей линии 12, осуществляется магнитная имплозия лайнера 1.

С целью получения подробной информации о состоянии наружной поверхности и симметрии схождения лайнера к оси при рентгенографировании, а также защиты кассеты с рентгеновской пленкой от повреждений осколками обратного токопровода 4, в нем сделаны “окна”, выполненные в виде прямоугольных отверстий со стороны рентгеновского аппарата 2 и со стороны кассеты 3 в направлении рентгенографирования. Кассета с рентгеновской пленкой 3 помещена в камеру 7 напротив рентгеновского аппарата 2.

Камера 7, кассета с рентгеновской пленкой 3, рентгеновский аппарат 2, обратный токопровод 4 с лайнером 1 с центральным измерительным блоком (ЦИБ) 5, размещены за защитой, состоящей из толстостенной металлической плиты 6, бетонных блоков 8 и насыпи из песка 9, которые надежно защищают кассету с рентгеновской пленкой от повреждения осколками от спирального взрывомагнитного генератора и взрывного обострителя тока. Кроме того, воздействие ударной волны уменьшалось за счет расстояния (около 3 метров) между кассетой с рентгеновской пленкой и спиральным взрывомагнитным генератором со взрывным обострителем тока.

Это устройство защиты кассеты с рентгенографической пленкой было успешно реализовано при проведении совместного эксперимента ВНИИЭФ - CEA/DAM, но оно оказалось очень дорогим. Это его главный недостаток.

Недостаток аналога обусловлен тем, что в процессе магнитной имплозии лайнера из-за наличия “окон” в обратном токопроводе возникает азимутальная токовая асимметрия на лайнере. Для уменьшения возникающей азимутальной токовой асимметрии обратный токопровод, снабженный “окнами”, приходится устанавливать на радиусе, значительно превышающем начальный радиус лайнера, что приводит к значительному увеличению индуктивности лайнерной нагрузки, а следовательно к увеличению в несколько раз запасаемой энергии источника и его соответствующему удорожанию.

Задачей настоящего изобретения является удешевление системы обеспечения защиты рентгеновской пленки при проведении опытов по имплозии лайнеров.

Известно устройство (Buyko A.M., Chemyshev V.K., Jvanova G.G., Gorbachev Y.N., Kuzaev A.I., Kulagin A.A., Mokhov V.N., Pak S.V., Petrukhin A.A., Sofronov V.N., Yakubov V.B., Anderson B.G., Atchison W.L., Clark D.A., Faehl R.J., Lindemuth I.R., Reinovsky R.E., Rodriguez G., Stokes J.L., Tabaka L.J. Simulation of Parameters of the Stationary Facility "ATLAS" by Means of Disk EMG// Book of Abstract of 28th IEEE International Conference on Plasma and 13th IEEE International Pulsed Power Conference. Las Vegas. 2001. P.237) защиты кассеты с рентгеновской пленкой от повреждений при проведении взрывных опытов по исследованию магнитной имплозии лайнера, содержащее (см. фиг.2) стальной защитный бокс 13 с размещенным внутри него рентгеновским аппаратом 2, кассету с рентгеновской пленкой 3, расположенной в полости толстостенной брони 14 из рулонированной стали, мембрану 15 толщиной 5 мм из высокопрочного алюминия, прочную крышку 16. В броне 14 со стороны рентгеновского аппарата 2 было выполнено прямоугольное отверстие для прохождения рентгеновского пучка, которое обеспечивало попадание излучения на рентгеновскую пленку.

Кроме того, со стороны ПУ, содержащего обратный токопровод 4, лайнер 1, центральный измерительный блок (ЦИБ) 5, кассета с рентгеновской пленкой 3 прикрывалась мембраной 15. С внешней стороны брони 14 кассета 3 прикрывалась прочной крышкой 16, которая крепилась к броне с помощью болтов.

Для защиты мембраны и кассеты от осколков ВМИЭ 10 на поздней стадии его работы, после рентгенографирования была предусмотрена подвижная цилиндрическая обечайка 17 из стали толщиной 15 мм.

Из-за ограничений в мощности рентгеновского аппарата 2 и большой суммарной толщины материалов, которые надо было просвечивать, а так же непосредственной близости рентгеновской пленки к взрывомагнитному источнику энергии с массой ВВ около 100 кг, кассету с пленкой необходимо было установить очень близко к обратному токопроводу (фиг.2).

Описанное устройство является прототипом заявляемого объекта.

Прототип работает следующим образом.

С помощью 30 МА импульса тока от ВМИЭ осуществляется магнитная имплозия лайнера. Кассета с рентгеновской пленкой располагалась в полости толстостенной брони 4 и прикрывалась изнутри металлической мембраной, а с внешней стороны - крышкой от воздействия ударной волной и повреждений осколками обратного токопровода и ВМИЭ.

Это устройство защиты кассеты с рентгеновской пленкой не позволило полностью защитить ее от повреждений при проведении совместного взрывного опыта ВНИИЭФ -ЛАНЛ (ALT-1). Удалось защититься от воздействия осколков ВМИЭ. Однако кассета с рентгеновской пленкой, мембрана и броня, в полости которой кассета была размещена, оказались изрешеченными осколками обратного токопровода.

Прототип полностью устраняет главный недостаток аналога, а именно возникающую из-за наличия “окон” в процессе магнитной имплозии лайнера азимутальную токовую асимметрию, снижает индуктивность нагрузки, потребляемую от ВМИЭ энергию и стоимость устройства защиты, но не решает задачу защиты кассеты с рентгеновской пленкой от повреждений от шрапнели обратного токопровода.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение защиты кассеты с рентгеновской пленкой от повреждений осколками обратного токопровода и ВМИЭ без повышения стоимости.

Техническим результатом является обеспечение сохранения кассеты с рентгеновской пленкой как основного источника информации о магнитной имплозии лайнера при одновременном устранении азимутальной токовой асимметрии, снижении энергии потребляемой от ВМИЭ и соответственно его удешевлении.

Технический результат достигается тем, что между кассетой с рентгеновской пленкой и обратным токопроводом в клиновидной рентгеновской “тени” от центрального измерительного блока, размещенного на оси обратного токопровода и лайнера, установлены взрывной затвор и стопор, причем взрывной затвор выполнен в виде двух металлических пластин, клиновидного заряда ВВ между ними, утолщенного в направлении кассеты, детонационного канала, примыкающего к утолщенному торцу, и детонатора, а стопор - в виде толстой металлической пластины (фиг.3).

Размещение взрывного затвора в клиновидной “тени” рентгеновского пучка, образованной центральным измерительным блоком, не вносит дополнительного затенения в рабочую зону кадра на пленки.

Металлические пластины при отражении осколков образуют форму клина с вершиной, направленной к осколкам. Осколки соударяются с пластинами такого клина под очень острым углом ~6°, поэтому поток осколков легко рассеивается (рикошетирует) из защищаемого углового сектора, в котором находится кассета с рентгеновской пленкой.

Стопор защищает кассету с пленкой от прямого воздействия детонации ВВ взрывного затвора и служит дополнительной пассивной защитой от осколков обратного токопровода.

Превышение аксиальной длины стопора длины амбразуры и жесткое крепление его к толстостенному металлическому диску за пределами амбразуры позволяет избежать попадания стопора внутрь контейнера.

Кассета с рентгеновской пленкой помещена в защитный корпус, выполненный в виде двух скрепленных между собой по периметру стенок конической формы, прочность которых достаточна, чтобы возникающая деформация стенок не достигала плоскости расположения пленки. Стенки защитного корпуса выполнены коническими с углом при вершине 140°. Такая конструкция стенок обладает преимуществом по сравнению с плоскими стенками, т.к. допускает необходимый прогиб без удара о поверхность пленки.

Защитный корпус помещен в контейнер, выполненный в виде толстостенной металлической трубы с установленным на ее переднем торце толстостенным металлическим диском с прямоугольной амбразурой, закрытой бронежилетом, а на ее заднем торце сплошной металлической крышкой. Конструкция контейнера позволяет надежно защитить кассету с рентгеновской пленкой со всех сторон, кроме узкого открытого канала для прохождения рентгеновских лучей. Толстостенный металлический диск с прямоугольной амбразурой, установленный на переднем торце контейнера, а также металлическая крышка на его заднем торце резко ослабляют интенсивность ударной волны, воздействующей на защитный корпус с кассетой внутри контейнера. Бронежилет, закрывающий прямоугольную амбразуру, служит защитой от мелких осколков разлетающегося лайнера.

Между амбразурой, защитным корпусом с кассетой и крышкой размещены мягкие подушки, выполненные в виде пакета легко сжимаемых прокладок. Мягкие подушки служат для смягчения взаимного соударения защитного корпуса с кассетой со стенками, амбразурой и крышкой контейнера.

Перечень чертежей:

1. На фиг.1 изображен аналог заявляемого объекта с дополнительными мерами защиты.

2. На фиг.2 изображен прототип заявляемого объекта.

3. На фиг.3 изображен заявляемый объект.

Устройство защиты кассеты с рентгенографической пленкой от повреждений при проведении взрывных опытов по магнитной имплозии лайнера, содержащее съемную кассету с рентгеновской пленкой 3, защитный корпус 18, опорное кольцо 19, установленное вокруг обратного токопровода 4 исследуемого лайнера 1 с центральным измерительным блоком 5, отличается тем, что между кассетой с рентгенографической пленкой и обратным токопроводом в клиновидной “тени” рентгеновского пучка, образованной центральным измерительным блоком, размещенным по оси обратного токопровода и лайнера, установлены взрывной затвор и стопор 20, причем взрывной затвор выполнен в виде двух металлических пластин 21, клиновидного заряда ВВ 22 между ними, утолщенного в направлении кассеты, детонационного канала 23, примыкающего к утолщенному торцу, и детонатора 24, а стопор 20 в виде толстой металлической пластины.

Защитный корпус 18 помещен в контейнер 25, выполненный в виде толстостенной металлической трубы с установленным на ее переднем торце толстостенным металлическим диском 15 с прямоугольной амбразурой, закрытой бронежилетом 26, а на ее заднем торце металлической крышкой 16. Между амбразурой, защитным корпусом с кассетой и крышкой размещены мягкие подушки 27, выполненные в виде пакета легко сжимаемых прокладок (см. фиг.3).

Контейнер устанавливается на опорном кольце с таким расчетом, чтобы он мог быть легко отброшен ударной волной на небольшое расстояние.

Заявленное устройство защиты кассеты с рентгеновской пленкой от повреждений при проведении взрывных опытов по магнитной имплозии лайнера работает следующим образом.

С помощью 30 МА импульса тока от ВМИЭ осуществляется магнитная имплозия лайнера. Импульс магнитного давления на обратный токопровод разрывает его и сообщает осколкам обратного токопровода скорость 2-2,5 км/с. Направление опасной (с точки зрения поражения пленки) части осколков обратного токопровода совпадает с направлением рентгеновских лучей на съемную кассету с рентгенографической пленкой. Путь для рентгеновских лучей к кассете свободен. При срабатывании детонатора и детонационного канала детонация передается клиновидному заряду ВВ взрывного затвора, который разворачивает металлические пластины, отражая летящие на пленку осколки. Ударной волной от взрыва ВВ ВМИЭ контейнер с кассетой легко отбрасывается на небольшое расстояние, одновременно защищая кассету от осколков ВМИЭ.

С помощью подобного устройства защиты кассеты с рентгенографической пленкой от повреждений во взрывном опыте в ALT-2 удалось защитить кассету, получить ценную информацию о магнитной имплозии лайнера на рентгеновской пленке и снизить вдвое стоимость опыта по сравнению с аналогом (стоимость проведения опыта как аналога, так и заявляемого объекта составили $190k, а энергия, доставленная лайнеру в опыте с заявляемым объектом, была в два раза больше).

Использование: для защиты кассеты с рентгеновской пленкой от повреждений при проведении взрывных опытов по магнитной имплозии лайнера. Сущность заключается в том, что устройство защиты кассеты с рентгенографической пленкой содержит взрывной затвор, выполненный в виде двух металлических пластин, клиновидный заряд ВВ, расположенный между данными металлическими пластинами и утолщенный в направлении кассеты, детонационный канал, примыкающий к утолщенному торцу клиновидного заряда, детонатор, стопор, выполненный в виде толстой металлической пластины. Кроме того, кассета с рентгеновской пленкой помещена в защитный корпус, выполненный в виде двух скрепленных между собой конусов. Защитный корпус помещен в контейнер, выполненный в виде толстостенной металлической трубы с установленными на ее переднем торце толстостенным металлическим диском с прямоугольной амбразурой, закрытой бронежилетом, а на ее заднем торце сплошной металлической крышкой. Между амбразурой, защитным корпусом с кассетой и крышкой размещены мягкие подушки, выполненные в виде пакета легко сжимаемых прокладок. Технический результат: защита кассеты с рентгеновской пленкой от повреждений при проведении взрывных опытов по магнитной имплозии лайнера. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство защиты кассеты с рентгенографической пленкой от повреждений при проведении взрывных опытов по магнитной имплозии лайнера, содержащее кассету с рентгенографической пленкой, защитный корпус, отличающееся тем, что между кассетой с рентгенографической пленкой и обратным токопроводом в клиновидной “тени” рентгеновского пучка, образованной центральным измерительным блоком, размещенным по оси обратного токопровода и лайнера, установлены взрывной затвор и стопор, причем взрывной затвор выполнен в виде двух металлических пластин, клиновидного заряда ВВ между ними, утолщенного в направлении кассеты, детонационного канала, примыкающего к утолщенному торцу и детонатора, а стопор в виде толстой металлической пластины.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кассета с рентгенографической пленкой помещена в защитный корпус, выполненный в виде двух конусов, скрепленных между собой.3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что защитный корпус помещен в контейнер, выполненный в виде толстостенной металлической трубы с установленным на ее переднем торце толстостенным металлическим диском с прямоугольной амбразурой, закрытой бронежилетом, а на ее заднем торце металлической крышкой.4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что между амбразурой, защитным корпусом с кассетой и крышкой размещены мягкие подушки, выполненные в виде пакета легко сжимаемых прокладок.5. Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что аксиальная длина стопора превышает длину амбразуры, а крепление стопора к толстостенному металлическому диску производится за пределами амбразуры.