СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ НА ИНТЕРЕСУЮЩЕЙ СТАДИИ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА С ПОМОЩЬЮ УСКОРИТЕЛЯ ПРОТОНОВ Российский патент 2020 года по МПК G01N23/04 

Изобретение относится к области импульсной протонографии, в частности к получению изображений газодинамических процессов, возникающих при взрывных экспериментах.

Известен способ получения радиографического изображения быстропротекающего процесса и радиографический комплекс для его осуществления [Патент RU 2642145, опублик. 24.01.2018 г., бюл. №3, МПК: G03B 42/02, Госкорпорация «Росатом», ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. Академика Забабахина», Хренков С.Д., Ахметов А.Р. и др.], который является наиболее близким по технической сущности и назначению к заявляемому изобретению. Способ включает динамическое нагружение объекта исследования путем подрыва в нем взрывчатого вещества при запуске подрывной установки от системы управления, замыкание контактного датчика, взаимодействующего с объектом исследования, запуск от датчика линии задержки и затем источника излучения, и многокадровую регистрацию изображений быстропротекающего процесса, предварительное определение расчетным путем времени задержки запуска источника излучения относительно замыкания датчика для получения изображения интересующей стадии быстропротекающего процесса. Перед динамическим нагружением на объект исследования или вне устанавливают контактный датчик с возможностью его взаимодействия с объектом исследования до его замыкания. Момент замыкания датчика является началом отчета линии задержки, которая определяет время до запуска источника излучения и интересующей стадии быстропротекающего процесса.

Представленный способ позволяет получить радиографическое изображение интересующей стадии газодинамического процесса с помощью, например, рентгенографического комплекса на основе бетатрона. Применение для той же цели ускорителя протонов в качестве источника излучения накладывает иные требования к его синхронизации с подрывной установкой. Способ, выбранный в качестве прототипа, при использовании ускорителя протонов не позволяет реализовать быстрый запуск источника излучения от внешнего сигнала или контактного датчика. Ускоритель протонов должен являться первичным звеном синхронизации, а не подрывная установка, как в прототипе.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества и количества изображений при использовании ускорителя протонов.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения изображения объекта исследования на интересующей стадии газодинамического процесса с помощью ускорителя протонов включает динамическое нагружение объекта исследования путем подрыва взрывчатого вещества при его облучении ускорителем протонов, для чего синхронизируют запуск подрывной установки с запуском ускорителя протонов с помощью линии задержки и контролируют наступление интересующей стадии газодинамического процесса с помощью датчика, отличающийся тем, что в качестве линии задержки используют генератор задержанных импульсов в цепи запуска подрывной установки, а в качестве датчика - датчик, взаимодействующий с банчами протонов, в генератор задержанных импульсов вводят время задержки запуска подрывной установки T_гзи относительно времени подачи электрического импульса от пульта управления ускорителем протонов, которое опережает время прихода первого банча протонов к объекту исследования на время T_ои, при этом время задержки T_гзи определяют поэтапно, сначала оценивают это значение из соотношения T_гзи^'=T_ои-T_расч, где T_расч - расчетное время от момента поступления подрывного импульса на взрывчатое вещество до начала пропускания банчей протонов через объект исследования в процессе динамического награждения, и вводят его в генератор задержанных импульсов, далее, варьируя оценочным значением T_гзи^', осуществляют контрольные пуски ускорителя протонов вместе с подрывной установкой без динамического нагружения объекта исследования, при этом определяют осциллографом моменты прихода электрических импульсов от пульта управления ускорителем протонов t₁, от подрывной установки t₂ и от датчика, взаимодействующего с банчами протонов t₃, выбирают то значение t₂, при котором выполняется соотношение: T_расч=t₃-t_дп-(t₂-t_пу+t_пм), где t_дп, t_пу, t_пм - поправки на длину линий в цепях датчика, взаимодействующего с банчами протонов, подрывной установки и подрывной магистрали соответственно, а окончательное значение T_гзи будет соответствовать выбранному значению t₂.

Совокупность перечисленных выше отличительных признаков формулы позволяет усовершенствовать синхронизацию времен облучения, подрыва и получения изображения с помощью протонографического комплекса, что улучшает качество получаемых изображений.

Для реализации данного способа на фиг. 1 - представлена функциональная схема комплекса для получения изображения объекта исследования на интересующей стадии газодинамического процесса, на фиг. 2 - осциллограммы электрических импульсов с пульта управления ускорителем протонов t₁, от подрывной установки t₂ и с датчика, взаимодействующего с банчами протонов t₃.

На фиг. 1 позициями обозначены: 1 - осциллограф, 2 - генератор задержанных импульсов (ГЗИ), 3 - блок управления подрывной установкой, 4 - пульт управления ускорителем протонов, 5 - подрывная установка, 6 - многокадровая система регистрации, 7 - формирователь изображения, 8 - локализирующее устройство, 9 - объект исследования, содержащий взрывчатое вещество, 10 - датчик, взаимодействующий с банчами протонов, 11 - ускоритель протонов.

В качестве примера реализации заявленного изобретения может служить устройство, которое выполнено на основе действующего ускорителя протонов У-70, построенного в НИЦ «Курчатовский институт» ИФВЭ г. Протвино [Новости и проблемы фундаментальной физики, №1(5), 2009 г., с. 32-42]. Способ получения изображений объекта исследования на интересующей стадии газодинамического процесса с помощью ускорителя протонов реализуется в соответствии со схемой, представленной на фиг. 1, которая включает ускоритель протонов 11 с выходной энергией протонов 20 ГэВ с пультом управления ускорителем протонов 4 и пусковой кнопкой, блок управления подрывной установкой 3, подрывную установку 5 и соединенный с ней объект исследования 9, содержащий взрывчатое вещество, помещенный в локализирующее устройство 8, формирователь изображения 7 и многокадровую систему регистрации 6. В качестве формирователя изображения 7 используют сцинтиллятор. Многокадровая система регистрации 6 состоит из зеркал, цифровых камер и управляющего компьютера. Между ускорителем протонов 11 и объектом исследования 9 помещен датчик, взаимодействующий с банчами протонов 10. Генератор задержанных импульсов 2 соединен с пультом управления ускорителя протонов 4, с блоком управления подрывной установкой 3 и с многокадровой системой регистрации 6. Осциллограф 1 соединен с пультом управления ускорителем протонов 4, с подрывной установкой 5 и с датчиком, взаимодействующий с банчами протонов 10. Соединение выходного разъема подрывной установки к эквиваленту нагрузки либо к подрывной магистрали, которая связана с объектом исследования 9, позволяет использовать подрывную установку 3 либо в контрольных циклах, либо во взрывном эксперименте с объектом исследования 9.

Способ реализуется следующим образом.

Подготавливают комплекс в соответствии с фиг. 1. Сначала к выходному разъему подрывной установки 5 подключают эквивалент нагрузки для проведения контрольных циклов и подготавливают осциллограф. Многокадровую систему регистрации 6 пока не используют. Для каждого газодинамического эксперимента известными являются свои исходные параметры T_ои, T_расч и поправки t_дп, t_пу, t_пм на длину соответствующих линий в цепях датчика, взаимодействующего с банчами протонов, подрывной установки и подрывной магистрали соответственно. Для получения изображений объекта исследования па интересующей стадии газодинамического процесса значение T_ои должно превышать значения T_расч.

Подготавливают подрывную установку 5 дистанционно от его блока управления 3 с задержкой запуска T_гзи относительно электрического импульса от пульта управления ускорителем протонов 11, который опережает приход первого банча протонов к объекту исследования на время T_ои. Время задержки запуска подрывной установки T_гзи определяют поэтапно, сначала оценивают это значение из соотношения T_гзи^'=T_ои-T_расч, где T_расч - расчетное время от момента поступления подрывного импульса на взрывчатое вещество до начала пропускания банчей протонов через объект исследования на интересующей стадии динамического нагружения. Устанавливают оценочное значение T_гзи^' на генераторе задержанных импульсов 2.

От пульта управления ускорителем протонов 4 подготавливают ускоритель протонов 11 и по его готовности запускают его пусковой кнопкой КнП. После этого, пульт управления ускорителем протонов 4 выдает электрический импульс на запуск подрывной установки с оценочным значением задержки T_гзи^', а затем через время T_ои ускоритель протонов 11 выдает серию банчей.

Регистрируют осциллографом (см. фиг. 2) моменты прихода электрических импульсов от пульта управления ускорителем протонов t₁, от подрывной установки t₂ и от датчика, взаимодействующего с банчами протонов t₃. Варьируют в контрольных циклах оценочным значением T_гзи^' и выбирают то значение t₂, при котором выполняется соотношение: T_расч=t₃-t_дп-(t₂-t_пу+t_пм). В этом случае оценочное время T_гзи^' будет являться окончательным значением T_гзи для запуска подрывной установки при динамическом нагружении объекта исследования.

Для создания динамического нагружения к выходному разъему подрывной установки 5, вместо эквивалента нагрузки, подключают подрывную магистраль, связанную с объектом исследования 9, содержащим взрывчатое вещество. В этом случае используют многокадровую систему регистрации 6, запуск которой осуществляют с задержкой t_рег⁼t₃-t₁ относительно электрического импульса с пульта управления ускорителем протонов 4.

Проводят взрывной эксперимент, в процессе которого инициируют взрывчатое вещество в объекте исследования 9, затем пропускают банчи протонов через объект исследования 9 в процессе динамического награждения и получают сформированное формирователем 7 люминесцентное изображение в интересующей стадии газодинамического процесса и регистрируют его с помощью многокадровой системы регистрации 6.

К настоящему времени на предприятии на основе действующего ускорителя протонов У-70 реализован данный способ получения изображений объекта исследования на интересующей стадии газодинамического процесса с помощью ускорителя протонов, который позволил должным образом синхронизовать момент подрыва объекта исследования с моментами его просвечивания ускорителем протонов и получать качественное изображение интересующей стадии газодинамического процесса.

Использование: для получения изображения объекта исследования на интересующей стадии газодинамического процесса с помощью ускорителя протонов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют динамическое нагружение объекта исследования путем подрыва взрывчатого вещества при его облучении ускорителем протонов, для чего синхронизируют запуск подрывной установки с запуском ускорителя протонов с помощью линии задержки и контролируют наступление интересующей стадии газодинамического процесса с помощью датчика. В качестве линии задержки используют генератор задержанных импульсов в цепи запуска подрывной установки, а в качестве датчика - датчик, взаимодействующий с банчами протонов, в генератор задержанных импульсов вводят время задержки запуска подрывной установки T_гзи относительно времени подачи электрического импульса от пульта управления ускорителем протонов, которое опережает время прихода первого банча протонов к объекту исследования на время T_ои, при этом время задержки T_гзи определяют поэтапно, сначала оценивают это значение из соотношения T_гзи^'=T_ои-T_расч, где T_расч - расчетное время от момента поступления подрывного импульса на взрывчатое вещество до начала пропускания банчей протонов через объект исследования на интересующей стадии динамического нагружения, и вводят его в генератор задержанных импульсов, далее, варьируя оценочным значением T_гзи^', осуществляют контрольные пуски ускорителя протонов вместе с подрывной установкой без динамического нагружения объекта исследования, при этом определяют осциллографом моменты прихода электрических импульсов от пульта управления ускорителем протонов t₁, от подрывной установки t₂ и от датчика, взаимодействующего с банчами протонов t₃, выбирают то значение t₂, при котором выполняется соотношение: T_расч=t₃-t_дп-(t₂-t_пу+t_пм), где t_дп, t_пу, t_пм - поправки на длину линий в цепях датчика, взаимодействующего с банчами протонов, запуска подрывной установки и подрывной магистрали соответственно, с окончательным значением T_гзи, которое соответствует выбранному значению t₂, проводят динамическое нагружение объекта исследования и получают изображение объекта исследования на интересующей стадии газодинамического процесса. Технический результат - повышение качества и количества изображений при использовании ускорителя протонов. 2 ил.

Способ получения изображения объекта исследования на интересующей стадии газодинамического процесса с помощью ускорителя протонов, включающий динамическое нагружение объекта исследования путем подрыва взрывчатого вещества при его облучении ускорителем протонов, для чего синхронизируют запуск подрывной установки с запуском ускорителя протонов с помощью линии задержки и контролируют наступление интересующей стадии газодинамического процесса с помощью датчика, отличающийся тем, что в качестве линии задержки используют генератор задержанных импульсов в цепи запуска подрывной установки, а в качестве датчика - датчик, взаимодействующий с банчами протонов, в генератор задержанных импульсов вводят время задержки запуска подрывной установки T_гзи относительно времени подачи электрического импульса от пульта управления ускорителем протонов, которое опережает время прихода первого банча протонов к объекту исследования на время T_ои, при этом время задержки T_гзи определяют поэтапно, сначала оценивают это значение из соотношения T_гзи^'=T_ои-T_расч, где T_расч - расчетное время от момента поступления подрывного импульса на взрывчатое вещество до начала пропускания банчей протонов через объект исследования в процессе динамического нагружения, и вводят его в генератор задержанных импульсов, далее, варьируя оценочным значением T_гзи^', осуществляют контрольные пуски ускорителя протонов вместе с подрывной установкой без динамического нагружения объекта исследования, при этом определяют осциллографом моменты прихода электрических импульсов от пульта управления ускорителем протонов t₁, от подрывной установки t₂ и от датчика, взаимодействующего с банчами протонов t₃, выбирают то значение t₂, при котором выполняется соотношение: T_расч=t₃-t_дп-(t₂-t_пу+t_пм), где t_дп, t_пу, t_пм - поправки на длину линий в цепях датчика, взаимодействующего с банчами протонов, подрывной установки и подрывной магистрали соответственно, с окончательным значением T_гзи, которое соответствует выбранному значению t₂, проводят динамическое нагружение объекта исследования и получают изображение объекта исследования на интересующей стадии газодинамического процесса.