ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА Российский патент 2005 года по МПК F21K5/00 

Изобретение относится к технической физике, а более конкретно к областям техники, использующим короткие световые импульсы широкого спектрального диапазона, например, в высокоскоростном фотографировании, фотометрии.

Известен импульсный источник света (И.Ш.Модель. Измерения яркостных температур в ударных волнах. // ЖЭТФ, 1957, т.4, 32, 7140), состоящий из генератора ударной волны (УВ), включающего заряд взрывчатого вещества (ВВ) (выполняющего функции газодинамического поршня); следующего за ним канала (камеры), полость которого заполнена рабочим газом и ограничена прозрачной заглушкой (преградой).

После подрыва ВВ расширяющиеся продукты детонации, являясь газодинамическим поршнем, создают в рабочем газе сильную излучающую УВ. Преграда выполняет функцию отсечки оптического излучения, вызванного свечением ионизированного УВ рабочего газа, при получении светового импульса.

Недостаток аналога заключается в том, что из-за относительно большой массы продуктов взрыва длительность светового импульса является относительно большой (длительность светового импульса τ в данном способе определяется временем падения давления в продуктах ВВ вследствие разгрузки, и эти времена как минимум на порядок превосходят те, которые требуются в задачах скоростного фотографирования).

Известен также импульсный источник света (Герасимов С.И., Мешков Е.Е., RU 2152665, 10.07.2000. Бюллетень №19) (прототип), состоящий из камеры с замкнутой полостью с рабочим газом, граничащую с одной стороны с генератором УВ, ионизирующей рабочий газ, а с другой стороны с прозрачной преградой, имеющей массу порядка массы рабочего газа. В слое рабочего газа, ограниченном с одной стороны прозрачной преградой, а с другой стороны - тонким слоем ВВ или взрываемым электрическим способом тонким слоем металла (генератор УВ), создается ударная волна, ионизирующая рабочий газ. Отсечка светового импульса осуществляется за счет деструкции прозрачной преграды с потерей ее прозрачности и перемешивания нагретого рабочего газа с продуктами деструкции прозрачной преграды и продуктами взрыва слоя ВВ или тонкого слоя металла.

Недостаток прототипа заключается в неэффективности его использования в задаче создания точечного источника путем миниатюризации размеров устройства и массы используемого ВВ. Например, для проведения опытов в закрытом баллистическом тире осуществление теневого фотографирования на существующие средства регистрации (открытая высоко (низко) чувствительная пленка, камера с затвором с ЭОП и т.д.) требуются источники с телом свечения порядка - 0,1-1 мм и длительностью - 0,1-0,4 мкс. Эти параметры можно реализовать путем диафрагмирования (тела свечения) и уменьшения толщины рабочего газа между преградой и генератором УВ (длительность). Однако при этом уменьшается и яркость источника, поскольку ударно сжатый газ становится оптически тонким, что приводит к невозможности получения рабочих экспозиций.

Уменьшение длительности импульса при заданной базе между генератором УВ и прозрачной преградой при одновременном увеличении яркости позволит использовать миниатюрные источники света в теневой фоторегистрации в проходящем свете в прямом баллистическом эксперименте (в том числе в режиме получения стереоизображений и в опытах, сопровождающихся фоновой подсветкой) и в опытах по отработке схем высокоскоростного метания компактных элементов (вплоть до скоростей ~20 км/с при регистрации существующими камерами с ЭОП), и при практически неограниченных скоростях при регистрации камерами с ПЗС-матрицами.

Технический результат состоит в уменьшении длительности светового импульса при повышении яркости.

Данный технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного импульсного источника света, включающего камеру с замкнутой полостью с рабочим газом, граничащую с одной стороны со слоем взрывчатого вещества, а с другой стороны - с прозрачной преградой, в предлагаемом источнике полость камеры выполнена в форме сужающегося в сторону прозрачной преграды канала. Канал может иметь форму усеченного конуса с соотношением диаметров 2,5-3. Кроме того, прозрачная преграда может быть снабжена диафрагмой.

В полости заявленной формы осуществляется усиление падающей УВ (скорость, давление), возникающей при выходе детонационной волны в газ, за счет прохождения канала камеры с уменьшающимся в сторону преграды поперечным сечением. При этом при выходе УВ в слой рабочего газа за счет использования остроугольной геометрии в осевом сечении (в простейшем случае - конической полости) увеличивается скорость УВ, что приводит к уменьшению (при сохранении линейных габаритов устройства) общего времени существования излучающей области. Увеличивается температура ударно нагретого газа, следствием чего является увеличение пиковой яркости источника при малой длительности светового импульса.

В случае выполнения канала камеры в форме конуса выбор заявленного соотношения диаметров является более технологичным при изготовлении миниатюрных источников света, в которых величина большого (граничащего с ВВ) диаметра канала определяется размером стандартного капсюля-детонатора, а вес слоя ВВ не превышает десятков миллиграмм.

Снабжение в этом случае прозрачной преграды диафрагмой позволяет уменьшить расстояние от источника света до пленки, что важно в условиях уже существующих измерительных комплексов с определенной инфраструктурой и заданной геометрией стендов. Использование диафрагмы в источнике может быть необходимо, т.к. существует минимальное поперечное сечение канала, уменьшение которого не приводит к усилению волны, а наоборот затормозит ее с одновременным увеличением длительности импульса Размер диафрагмы определяется типом используемого для регистрации фотоматериала и видом схемы регистрации. Для осесимметричной конструкции устройства отверстие диафрагмы располагается на оси устройства.

То есть, технический результат достигается за счет выбора формы полости и может быть усилен за счет дополнительного использования диафрагмы, что и обеспечит требования к источнику света.

На чертеже схематично изображен импульсный источник света.

Источник света представляет собой генератор УВ (в данном случае капсюль-детонатор) на основе заряда ВВ (тонкий слой) 1, (выполняющего роль газодинамического поршня), граничащий с камерой 2 с полостью, сужающейся в сторону вывода светового импульса, заполненной рабочим газом 3. За камерой следует прозрачная преграда 4, снабженная диафрагмой 5. В данном случае камера имеет полость в форме конуса, сужающегося в сторону преграды из кварца, полость заполнена инертным газом. Стрелками показано излучение света. Масса ВВ конкретного устройства составляет 60 мг, длина камеры 5 мм, диаметр камеры на входе - 5 мм, на выходе - 2 мм, отверстие диафрагмы 0,6 мм.

Устройство работает следующим образом.

После подрыва капсюлем-детонатором заряда ВВ 1 формирует в рабочем газе 3, заполняющем полость камеры 2, ударную волну, ионизирующую рабочий газ, вызывая его свечение. Импульс света получается при отсечке прозрачной преградой 4 светового потока на выходе к ней канала после диафрагмирования (диафрагма 5).

При помощи заявляемого устройства на базе стандартного капсюля-детонатора получено шестидесятипроцентное увеличение силы света и уменьшение длительности импульса (~ на 10%) по сравнению с устройством, содержащим камеру с цилиндрической полостью (прототип) той же длины при одинаковом осевом диафрагмировании при габаритах, определяемых диаметром ВВ капсюля-детонатора.

Изобретение относится к области источников света на основе ударного сжатия рабочего вещества. Устройство содержит заряд взрывчатого вещества, рабочий газ, камеру с замкнутой полостью, прозрачную преграду. В устройстве для увеличения яркости свечения рабочего газа концентрируют кинетическую энергию молекул рабочего газа, для чего полость камеры выполняют сужающейся в сторону выходного окна светового излучения. Техническим результатом изобретения является уменьшение длительности светового импульса при повышении его яркости. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Импульсный источник света, включающий камеру с замкнутой полостью с рабочим газом, граничащую с одной стороны со слоем взрывчатого вещества, а с другой стороны - с прозрачной преградой, отличающийся тем, что полость выполнена в форме сужающегося в сторону прозрачной преграды канала.2. Импульсный источник света по п.1, отличающийся тем, что канал имеет форму усеченного конуса с соотношением диаметров 2,5-3.3. Импульсный источник света по п.2, отличающийся тем, что прозрачная преграда снабжена диафрагмой.