RU2553088C1 - Braking radiation pulse shaping device - Google Patents
Braking radiation pulse shaping device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2553088C1 RU2553088C1 RU2014113016/08A RU2014113016A RU2553088C1 RU 2553088 C1 RU2553088 C1 RU 2553088C1 RU 2014113016/08 A RU2014113016/08 A RU 2014113016/08A RU 2014113016 A RU2014113016 A RU 2014113016A RU 2553088 C1 RU2553088 C1 RU 2553088C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductors
- series
- generator
- diameter
- length
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике, в частности к формированию импульсов в ускорительной трубке, и может быть использовано в импульсном рентгеновском ускорителе прямого действия с электровзрывающимися проводниками для получения последовательных высокоинтенсивных вспышек тормозного излучения для регистрации быстропротекающих процессов в оптически плотных средах.The invention relates to high-voltage pulsed technology, in particular, to the formation of pulses in an accelerating tube, and can be used in a direct-acting pulsed X-ray accelerator with electric exploding conductors to obtain successive high-intensity bursts of bremsstrahlung for recording fast processes in optically dense media.
Известно устройство для осуществления способа формирования одиночных импульсов тормозного излучения для регистрации быстропротекающих процессов на рентгенографических установках, описанное в статье К.Ф. Зелинского, И.А. Трошкина, В.А. Цукермана «Двухэлектродная импульсная рентгеновская трубка», ПТЭ, 1963 г., №2, с.140, состоящее из анода, катода, токоввода, соединенного с анодом, выходного окна и изоляционного корпуса.A device for implementing a method of generating single pulses of bremsstrahlung for recording fast processes in X-ray installations, described in the article K.F. Zelinsky, I.A. Troshkina, V.A. Zuckerman's “Two-electrode pulsed x-ray tube”, PTE, 1963, No. 2, p. 140, consisting of an anode, cathode, current lead connected to the anode, an output window and an insulating casing.
К недостатку описанного устройства следует отнести неспособность генерировать серию последовательных импульсов тормозного излучения, необходимых для получения динамических данных о развитии быстропротекающих процессов.The disadvantage of the described device is the inability to generate a series of consecutive pulses of bremsstrahlung necessary to obtain dynamic data on the development of fast processes.
Наиболее близким и взятым в качестве прототипа является устройство, описанное в патенте РФ №2113052, МПК Н03K 3/53 под названием «Способ формирования импульса тормозного излучения сложной формы и устройство для его реализации», содержащее генератор импульсных напряжений на электровзрывающихся проводниках, обостряющий разрядник и ускорительную трубку.The closest and taken as a prototype is the device described in the patent of the Russian Federation No. 2113052, IPC Н03K 3/53 entitled "Method for generating a pulse of bremsstrahlung of complex shape and a device for its implementation", containing a pulse voltage generator on electrically explosive conductors, sharpening the spark gap and accelerator tube.
Недостатками описанного устройства являются:The disadvantages of the described device are:
- фокусное пятно излучения, генерируемого в ускорительной трубке с "прямым" катодом, обладает большими размерами (более 20 мм в обоих направлениях), что неприемлемо для рентгенографирования быстропротекающих процессов, так как одним из основных требований, предъявляемых к источнику излучения, является минимальный размер фокусного пятна излучения;- the focal spot of the radiation generated in the accelerator tube with a “direct” cathode has large dimensions (more than 20 mm in both directions), which is unacceptable for x-ray diffraction of fast processes, since one of the main requirements for the radiation source is the minimum size of the focal radiation spots;
- нестабильность положения фокуса излучения на аноде (мишени);- instability of the position of the focus of radiation on the anode (target);
- большие размеры и сложность конструкции (для размещения двух генераторов импульсных напряжений на электровзрывающихся проводниках необходима большая площадь помещения).- the large size and complexity of the design (to accommodate two pulse voltage generators on electrically explosive conductors requires a large area of the room).
Задачей заявляемого изобретения является создание устройства для формирования серии последовательных импульсов тормозного излучения с минимальным размером фокусного пятна для регистрации быстропротекающих процессов.The objective of the invention is to provide a device for forming a series of successive pulses of bremsstrahlung with a minimum focal spot size for recording fast processes.
Технический результат, который позволяет решить поставленную задачу, заключается в том, что предложенные соотношения определяют параметры электровзрывающихся проводников для получения серии последовательных высоковольтных импульсов в ускорителе прямого действия с "обращенным" катодом в ускорительной трубке для формирования в диоде ускорительной трубки серии последовательных импульсов тормозного излучения, позволяющих регистрировать быстропротекающие процессы.The technical result that allows us to solve the problem lies in the fact that the proposed relations determine the parameters of electroexplosive conductors to obtain a series of successive high-voltage pulses in a direct-acting accelerator with a “reverse” cathode in the accelerator tube to form a series of successive bremsstrahlung pulses in the accelerator tube diode, allowing to register fast processes.
Это достигается тем, что в устройстве, содержащем генератор импульсных напряжений на электровзрывающихся проводниках, обостряющий разрядник и ускорительную трубку, согласно изобретению, ускорительная трубка снабжена вакуумным диодом с «обращенным» катодом, электровзрывающиеся проводники выполнены с разным диаметром и соединены последовательно, при этом длина и диаметр взрывающихся проводников определяются по следующим формулам:This is achieved by the fact that in the device containing the pulse voltage generator on the electric exploding conductors, the sharpening discharger and the accelerating tube, according to the invention, the accelerating tube is equipped with a vacuum diode with a “reversed” cathode, the electric exploding conductors are made with different diameters and connected in series, the length and the diameter of the exploding conductors is determined by the following formulas:
, где where
di - диаметр электровзрывающегося проводника;d i is the diameter of the electroexplosive conductor;
W - энергия, запасенная в генераторе;W is the energy stored in the generator;
ρ - волновое сопротивление разрядного контура.ρ is the wave resistance of the discharge circuit.
, где where
li - длина последовательно включенных электровзрывающихся проводников;l i is the length of the series-connected electrically explosive conductors;
Si - площадь поперечного сечения последовательно включенных электровзрывающихся проводников;S i is the cross-sectional area of series-connected electrically explosive conductors;
γ - удельное электрическое сопротивление;γ is the electrical resistivity;
ρ - волновое сопротивление разрядного контура;ρ is the wave impedance of the discharge circuit;
k≥0,03 - эмпирически определенный коэффициент пропорциональности.k≥0.03 - empirically determined coefficient of proportionality.
Кроме того, генератор с индуктивным накопителем собран по схеме Аркадьева-Маркса.In addition, the generator with inductive storage is assembled according to the Arkadyev-Marx scheme.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».The presence in the claimed invention features that distinguish it from the prototype, allows us to consider it appropriate to the condition of "novelty."
Новые признаки (а именно, что ускорительная трубка снабжена вакуумным диодом с «обращенным» катодом, при этом параметры взрывающихся проводников, длина и диаметр, определяются по формулам:New features (namely, that the accelerator tube is equipped with a vacuum diode with a “reverse” cathode, while the parameters of the exploding conductors, length and diameter, are determined by the formulas:
, где where
di - диаметр электровзрывающегося проводника;d i is the diameter of the electroexplosive conductor;
W - энергия, запасенная в генераторе;W is the energy stored in the generator;
ρ - волновое сопротивление разрядного контура.ρ is the wave resistance of the discharge circuit.
, где where
li - длина последовательно включенных электровзрывающихся проводников;l i is the length of the series-connected electrically explosive conductors;
Si - площадь поперечного сечения последовательно включенных электровзрывающихся проводников;S i is the cross-sectional area of series-connected electrically explosive conductors;
γ - удельное электрическое сопротивление;γ is the electrical resistivity;
ρ - волновое сопротивление разрядного контура;ρ is the wave impedance of the discharge circuit;
k≥0,03 - эмпирически определенный коэффициент пропорциональности) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».k≥0.03 - an empirically determined coefficient of proportionality) are not identified in technical solutions of a similar purpose. On this basis, we can conclude that the claimed invention meets the condition of "inventive step".
Изобретение проиллюстрировано на следующих чертежах.The invention is illustrated in the following drawings.
На фиг.1 представлена схема устройства для формирования импульса тормозного излучения.Figure 1 presents a diagram of a device for generating a pulse of bremsstrahlung.
На фиг.2 приведены характерные осциллограммы режима генерации двух последовательных импульсов тормозного излучения.Figure 2 shows the characteristic oscillograms of the mode of generation of two consecutive pulses of bremsstrahlung.
На фиг.3 приведена рентгенограмма статического положения модельной сборки для примера конкретного выполнения предлагаемого устройства.Figure 3 shows the x-ray of the static position of the model assembly for an example of a specific implementation of the proposed device.
На фиг.4 приведена рентгенограмма взрывного эксперимента по двухкадровой регистрации разлета стальной пластины 9.Figure 4 shows the x-ray of the explosive experiment for two-frame registration of the expansion of the
На чертежах введены следующие обозначения:The following notation is introduced in the drawings:
1 - генератор импульсных напряжений;1 - pulse voltage generator;
2 - взрывающиеся проводники;2 - exploding conductors;
3 - обостряющий разрядник;3 - sharpening spark gap;
4 - ускорительная трубка;4 - accelerating tube;
5 - импульсы тормозного излучения;5 - pulses of bremsstrahlung;
6 - ток через ускорительную трубку6 - current through the accelerating tube
7 - напряжение на ускорительной трубке7 - voltage on the accelerating tube
8 - ток через электровзрывные проводники8 - current through electric explosive conductors
9 - стальная пластина;9 - steel plate;
10 - пенопластовые пластины;10 - foam plates;
11 - фольга свинцовая;11 - lead foil;
12, 13 - слои взрывчатого вещества.12, 13 - layers of explosive.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При срабатывании генератора импульсных напряжений 1 происходит последовательный взрыв проводников 2 различного диаметра и длины, вычисленных из предложенных зависимостей, общим током, протекающим через них, генерируя при этом серию высоковольтных импульсов. Последовательные высоковольтные импульсы через обостряющий разрядник 3 коммутируются в ускорительную трубку 4, где в результате пробоя вакуумного диода формируется серия последовательных импульсов тормозного излучения. Использование принципа "обращенного" катода в диоде ускорительной трубки позволяет получить минимальный размер фокусного пятна излучения.When the
Расчет параметров электровзрывающихся проводников проводился с использованием исходя из критериев получения максимального значения мощности для ускорителей с электровзрывом проводников, сформулированных в монографии «Импульсные ускорители электронов с индуктивным накопителем энергии» под ред. В.П. Ковалева, Снежинск, 2012 г.The calculation of the parameters of electroexplosive conductors was carried out using the criteria for obtaining the maximum power value for accelerators with electric explosion of conductors formulated in the monograph “Pulse electron accelerators with inductive energy storage”, ed. V.P. Kovaleva, Snezhinsk, 2012
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
Изобретение реализовано на рентгенографическом ускорителе ИГУР-3,5. Основными частями ускорителя являются: индуктивно-емкостной накопитель энергии (ИЕНЭ), состоящий из генератора импульсных напряжений 1, собранного по схеме Аркадьева-Маркса, и индуктивного накопителя энергии, узел взрыва электровзрывающихся проводников 2, обостряющий разрядник 3 и ускорительная трубка 4 с вакуумным диодом, состоящим из катодного кольца и анодного стержня (принцип "обращенного" катода). Использование "обращенного" катода в диоде ускорительной трубки позволяет получить минимальный размер фокусного пятна излучения, равный диаметру анодного стержня.The invention is implemented on the X-ray accelerator IGUR-3,5. The main parts of the accelerator are: inductive-capacitive energy storage device (IENE), consisting of an
Индуктивный накопитель энергии, узел взрыва проводников 2 и обостряющий разрядник 3 образуют систему формирования импульса. При срабатывании генератора импульсных напряжений 1 происходит последовательный взрыв электровзрывающихся проводников 2 разного диаметра общим током. Подбор электрически взрываемых медных проводников проводился из расчета параметров разрядного контура и конструктивных размеров системы формирования импульсов ускорителя ИГУР-3,5 (ρ=7,8 Ом, l1+l2=4000 мм, где l1, l2 - длины последовательных проводников).Inductive energy storage, the explosion of
Диаметр последовательно соединенных электровзрывающихся медных проводников выбирается из соотношенияThe diameter of the series-connected electroexplosive copper conductors is selected from the ratio
, где where
di≤0,48 мм (Si≤0.1 мм2)d i ≤0.48 mm (S i ≤0.1 mm 2 )
W - энергия, запасенная в генераторе Аркадьева-Маркса.W is the energy stored in the Arkadyev-Marx generator.
Длины последовательно соединенных электровзрывающихся медных проводников выбираются из соотношенияThe lengths of series-connected electrically exploding copper conductors are selected from the relation
li - длина последовательно включенных электровзрывающихся проводников;l i is the length of the series-connected electrically explosive conductors;
Si - площадь поперечного сечения последовательно включенных электровзрывающихся проводников;S i is the cross-sectional area of series-connected electrically explosive conductors;
γ - удельное электрическое сопротивление меди;γ is the electrical resistivity of copper;
ρ - волновое сопротивление разрядного контура;ρ is the wave impedance of the discharge circuit;
k≥0,03 - эмпирически определенный коэффициент пропорциональностиk≥0.03 - empirically determined proportionality coefficient
Расчеты проводились для последовательно соединенных проводников 0.08 мм≤d1≤0,12 мм и 0,14 мм≤d2≤0,45 мм, соответственно 0,0064 мм2≤S1≤0,011 мм2 и 0,015 мм2≤S2≤0,16 мм2, исходя из условия выбора диаметра проводника. Подбор длин последовательно соединенных проводников осуществлялся исходя из конструктивных размеров системы формирования импульсов (l1+l2=4000 мм).The calculations were carried out for series-connected conductors 0.08 mm≤d 1 ≤0.12 mm and 0.14 mm≤d 2 ≤0.45 mm, respectively 0.0064 mm 2 ≤S 1 ≤0.011 mm 2 and 0.015 mm 2 ≤S 2 ≤0.16 mm 2 , based on the condition for choosing the diameter of the conductor. The lengths of the series-connected conductors were selected based on the structural dimensions of the pulse formation system (l 1 + l 2 = 4000 mm).
Преобразовав последнее неравенство, получено условие подбора длин последовательно соединенных медных проводников в зависимости от их площади поперечного сечения:Having transformed the last inequality, we obtained the condition for selecting the lengths of series-connected copper conductors depending on their cross-sectional area:
Подставляя попарно величины поперечного сечения проводников, удовлетворяющих условию (1), в выражения (2), получим комплекты длин последовательно соединенных электровзрывающихся проводников. Отработка режима генерации двух последовательных импульсов тормозного излучения заключается в подборе комплектов последовательно соединенных проводников разного диаметра для получения нужного временного интервала между импульсами и максимальных амплитуд последовательных импульсов.Substituting the cross-sectional values of conductors satisfying condition (1) in pairs into expressions (2), we obtain sets of lengths of electrically exploding conductors connected in series. The development of the regime for generating two consecutive pulses of bremsstrahlung consists in the selection of sets of series-connected conductors of different diameters to obtain the desired time interval between pulses and the maximum amplitudes of the successive pulses.
В момент обрыва тока в контуре ИЕНЭ на высоковольтном коллекторе системы формирования импульса формируется два последовательных высоковольтных импульса. Через обостряющий разрядник 3 высоковольтные импульсы коммутируются в ускорительную трубку 4. В вакуумном диоде при пробое промежутка катод-анод происходит генерация двух последовательных импульсов тормозного излучения.At the time of current interruption, two consecutive high-voltage pulses are formed in the IENE circuit on the high-voltage collector of the pulse formation system. Through the sharpening
На фиг.2 приведены характерные осциллограммы режима генерации двух последовательных импульсов тормозного излучения. На луче 5 отчетливо видны два пика последовательных импульсов тормозного излучения с временным интервалом между ними 1,72 мкс. Также на осциллограмме представлены импульсы токов и напряжений ускорительной трубки 6, 7, ток через электровзрывающиеся проводники разного диаметра 8. Использование предлагаемого устройства для формирования импульсов тормозного излучения позволило осуществить многокадровое одноракурсное рентгенографирование быстропротекающих процессов. На фиг.3 приведена рентгенограмма статического положения модельной сборки, состоящей из стальной пластины 9, пенопластовых пластин 10, фольги свинцовой 11 и слоев взрывчатого вещества 12, 13. На фиг.4 приведена рентгенограмма взрывного эксперимента по двухкадровой регистрации разлета стальной пластины. На рентгенограмме отчетливо видно положение стальной пластины 9 в момент регистрации tγ1=37,5 мкс и положение в момент tγ2=39,1 мкс.Figure 2 shows the characteristic oscillograms of the mode of generation of two consecutive pulses of bremsstrahlung. On
Заявляемое устройство для формирования импульсов тормозного излучения позволило сформировать серию последовательных импульсов тормозного излучения с минимальным размером фокусного пятна для регистрации быстропротекающих процессов, т.е. многокадровое одноракурсное рентгенографирование быстропротекающих процессов.The inventive device for generating pulses of bremsstrahlung has made it possible to form a series of successive pulses of bremsstrahlung with a minimum focal spot size for recording fast-moving processes, i.e. multi-frame single-angle radiography of fast processes.
Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность осуществления устройства и способность обеспечения достижения усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».For the claimed invention, in the form described in the claims, the possibility of implementing the device and the ability to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result is confirmed. Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".
Claims (2)
, где
di - диаметр электровзрывающегося проводника;
W - энергия, запасенная в генераторе;
ρ - волновое сопротивление разрядного контура;
, где
li - длина последовательно включенных электровзрывающихся проводников;
Si - площадь поперечного сечения последовательно включенных электровзрывающихся проводников;
γ - удельное электрическое сопротивление;
ρ - волновое сопротивление разрядного контура;
k≥0,03 - эмпирически определенный коэффициент пропорциональности.1. Device for generating a bremsstrahlung pulse, comprising a generator with an inductive storage device and electrically exploding consecutively connected conductors of different diameters, an accelerating tube, sharpening a spark gap, characterized in that the accelerating tube is equipped with a vacuum diode with a “reversed” cathode, the length and diameter of the electrically exploding conductors determined by the formulas:
where
d i is the diameter of the electroexplosive conductor;
W is the energy stored in the generator;
ρ is the wave impedance of the discharge circuit;
where
l i is the length of the series-connected electrically explosive conductors;
S i is the cross-sectional area of series-connected electrically explosive conductors;
γ is the electrical resistivity;
ρ is the wave impedance of the discharge circuit;
k≥0.03 - empirically determined coefficient of proportionality.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014113016/08A RU2553088C1 (en) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Braking radiation pulse shaping device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014113016/08A RU2553088C1 (en) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Braking radiation pulse shaping device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2553088C1 true RU2553088C1 (en) | 2015-06-10 |
Family
ID=53295213
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014113016/08A RU2553088C1 (en) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Braking radiation pulse shaping device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2553088C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2643175C1 (en) * | 2017-01-24 | 2018-01-31 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for obtaining pulses of braking radiation with complex amplitude-temporary parameters and device for its implementation |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2113052C1 (en) * | 1995-06-23 | 1998-06-10 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики | Method and device for shaping complex-waveform bremsstrahlung pulse |
RU2445647C2 (en) * | 2006-11-17 | 2012-03-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Radiation detector with multiple electrodes on sensitive layer |
RU2494416C2 (en) * | 2008-03-24 | 2013-09-27 | Токуяма Корпорейшн | Scintillator for detecting neutrons and neutron detector |
-
2014
- 2014-04-03 RU RU2014113016/08A patent/RU2553088C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2113052C1 (en) * | 1995-06-23 | 1998-06-10 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики | Method and device for shaping complex-waveform bremsstrahlung pulse |
RU2445647C2 (en) * | 2006-11-17 | 2012-03-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Radiation detector with multiple electrodes on sensitive layer |
RU2494416C2 (en) * | 2008-03-24 | 2013-09-27 | Токуяма Корпорейшн | Scintillator for detecting neutrons and neutron detector |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2643175C1 (en) * | 2017-01-24 | 2018-01-31 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for obtaining pulses of braking radiation with complex amplitude-temporary parameters and device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2553088C1 (en) | Braking radiation pulse shaping device | |
VanDevender et al. | Light-ion accelerators for ICF | |
Akiyama et al. | Observation of underwater streamer discharges produced by pulsed power using high-speed camera | |
RU2578192C2 (en) | Method of radiating energy and device therefor (plasma emitter) | |
RU98633U1 (en) | PULSE X-RAY GENERATOR | |
Liu et al. | X-pinch experiments with pulsed power generator (PPG-1) at Tsinghua University | |
Jakubiuk et al. | The forming and emission of high power electromagnetic pulses | |
RU2698245C2 (en) | High-voltage pulse generator | |
Stelmashuk | Time evolution of a high-voltage discharge in water with shock wave assistance in a pin to pin geometry | |
RU141449U1 (en) | PLASMA SOURCE OF PASSING RADIATION | |
Martin et al. | Proto-II-A short pulse water insulated accelerator | |
Korobkov et al. | A simple design erosional plasma gun made of a coaxial cable with polyethylene insulation | |
Sorokin | Experiments with a plasma-filled rod-pinch diode on the MIG generator | |
Zavyalov et al. | High-current pulsed electron accelerator “Gamma-1” with output power up to 1.5 TW | |
RU192809U1 (en) | NANOSECOND FAST NEUTRON GENERATOR | |
RU98637U1 (en) | LASER | |
RU2370001C1 (en) | Plasma source of penetrating radiation | |
RU2362277C1 (en) | Method of neutron burst generation | |
RU2113052C1 (en) | Method and device for shaping complex-waveform bremsstrahlung pulse | |
RU179236U1 (en) | PULSE NEUTRON GENERATOR | |
Liu et al. | Load section design of a pulsed power generator for X-pinch | |
Abdullin et al. | Microsecond electron beam source with electron energy up to 400 keV and plasma anode | |
Sorokin | Formation of sub-millimeter-size powerful X-ray sources in low-impedance rod-pinch diodes | |
RU2736419C1 (en) | Impulse peaker of electron accelerator | |
RU135216U1 (en) | PULSE NEUTRON GENERATOR |