Импульсный источник жесткого рентгеновского излучения Советский патент 1981 года по МПК H05H1/00 G21G4/00 

, .Изобретение предназначено для получения импульсов жесткого рентгенов сксзго излучения и может быть использовано для изучения быстропротекающи явлений (взрыв, экспериментальная га зодинамика, задачи баллистики) в рентгеноструктурном анализе для изучения быстроизмекягадихся структурных превращений, для исследования СВОЙСТВ материалов в условиях интенсивного излучения, получения мощных импульсов релятивистских электронов, а также в таких традиционных областйх использования этого излучения, как дефектоскопия и медицинская рентгенодиагностика. Известен источник жесткого рентге новского излучения, содержащий источник импульсного высокого напряжеMHSjj управляемый источник электронов G плазменным катодом и предварительно заполненным плазмОй диодом для увеличения импульсОв тока ускоренных эяек1ронов до 2 . 10 А длительностью до 5i0 НС, рентгеновскую мишень Санод) С Выходная энергия излучеК лл от такого рентгеновского источНЙК4 достигает 10 рентген на расе ойиии 1м. 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 вспьаиек длительностью 0,1-0,2 мкс не превосходит 300 кэВ. Доза этого рентгеновского излучения не более 0,05 рентген на расстоянии 100 см от центра анода (мишени) за один импульс .Целью предлагаемого изобретения является повьвиение жесткости и интенсивности (дозы) рентгеновского излу чёния без увеличения мощности питающего устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом источнике импульсного рентгеновского излучения содержащем источник импульсного высокого напряжения, плазменное разрядное устройство с рентгеновской мишенью, последнее выполнено в виде прсЗтяженной 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, 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 квазистационарного магнитного поля, создаваемого током, протекающим по осевому металлическому с±ержню, который возникает при разряде конденсаторной батареи (период разряда 600 мкс много больше периода разряда соленоидов 30 мкс, 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 проволока помещается параллельно стержню на расстоянии от его поверхности, равном 10-20 (О - диаметр стержня) тик, 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 кач-естве материала мишени приводит к увеличению интенсивности, так как интенсивность тормозного рентгеновского .излучения пропорциональна атомному номеру 2 вещества мишени (2 вольфрама 74).

6 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, обеспечивала достаточную интенсивность излучения.Это достигается параллельным относительно стержня положением проволочной мишени.,С учетом вышесказанного можн 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 жестког рентгеновского излучения содержит цилиндрическую вакуумную камеру 1 из молибденового стекла мм, осевой металлический стержень 2,изготовленный из меди О 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 б 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) D 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 трр-в цилиндрическую камеру напускают газ (водород, гелий, аргон, азот) до Давления (,5) х X 10 тор. Разряд осуществляют на проточном газе.Порядок включения батарей следующий. .Вначале .включают батарею 4 через разрядник 3, затем с помощью запускающего устрсзйства типа Г5-15 с задержкой 150 мкс включают батарею 7 через разрядник 6. Рентгеновское излучение регистрировалось с помощью рентгеновских пленок и сцинТилляцйонных 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 на расстоянии 100 см от мишениi расположенной в 15 мм от поверхности стержня посередине между соленоидами,при натекании гелия достигает О,5 рентген за импульс длительностью 3-4 мкс.Таким образом, жесткость и доза рентгеновского Излучения практически на порядок превосходит жесткость и вели.чину дозы (интенсивности), получаекые в наиболее близком техническом решении предложенного изобретения. Формула изовретения Импульсный источник жесткого рент геновского излучения, содержащий источник импульсного высокого напряжения, плазменное раэрядь ое устройство с рентгеновской мишенью, отличающийся тем, что, с цельк повышения жесткости и интенсивности излучения без увеличения мощности пи тающего напряжения, разрядное устрой ство выполнено в виде протяженной га зовой камеры с осевым металлическим стержнем, котор подсоединен через разрядник к конденсаторной батарее, причем торцовые части камеры коаксиально охвачены двумя соленоида1«ш,под соединенньо4н через другой разрядник к источнику импульсного высокого напряжения, а рентгеновская мишеиь выполнена в виде проволоки, расположенной параллельно осевому стержню на расстоянии от поверхности стержня от одного до двух его диаметров, при этом торец проволоки находится посередине расстояния между соленоидами. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов, м., Сов. радио, 1974, с. 214-217. 2.Finppow N.W., FM ippowa t.l. . Ptasma Phislcs and Controlled Nuclear Fusion Research, v. 11 IAEA Conf. Proceedings Culham, 1965, P- 405 (прототип).

b-TTL

у

V