RU2731545C1 - Method of generating x-rays for multi-frame pulse x-ray - Google Patents
Method of generating x-rays for multi-frame pulse x-ray Download PDFInfo
- Publication number
- RU2731545C1 RU2731545C1 RU2019132792A RU2019132792A RU2731545C1 RU 2731545 C1 RU2731545 C1 RU 2731545C1 RU 2019132792 A RU2019132792 A RU 2019132792A RU 2019132792 A RU2019132792 A RU 2019132792A RU 2731545 C1 RU2731545 C1 RU 2731545C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- rod
- ray
- accelerated electrons
- electrons
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
Landscapes
- X-Ray Techniques (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ускорительной технике, а именно, к устройству мишенного узла ускорителя, предназначенного для преобразования энергии ускоренных электронов в энергию рентгеновского (тормозного плюс линейчатого) излучения в импульсных рентгенографических комплексах, обеспечивающих возможность многокадровой регистрации быстропротекающих процессов.The invention relates to accelerator technology, namely, to the device of the target unit of the accelerator, designed to convert the energy of accelerated electrons into the energy of X-ray (bremsstrahlung plus line) radiation in pulsed X-ray complexes, providing the possibility of multi-frame registration of fast processes.
При проектировании мишенного узла ускорителей многокадровых рентгенографических комплексов, предназначенных для исследования быстропротекающих процессов, остро встает проблема мишенной плазмы, когда на одну и ту же мишень требуется сфокусировать несколько последовательных импульсов ускорителя.When designing a target assembly for accelerators of multi-frame X-ray complexes intended for the study of fast processes, the problem of target plasma arises sharply, when several successive accelerator pulses must be focused on the same target.
Требования к разрешающей способности комплексов заставляют стремиться к уменьшению размеров источника рентгеновского излучения (поперечный размер области мишени, в которой генерируются кванты рентгеновского излучения, относительно направления максимального выхода излучения), используя пучки с миллиметровыми размерами на мишени, что приводит к увеличению плотности энергии, выделяемой в мишени, и переходу ее в плазменное состояние. Взаимодействие электронного пучка последующего импульса с плазмой приводит к ухудшению его фокусировки на мишени и ухудшению разрешающей способности комплекса. Вследствие этого до настоящего времени способ генерирования последовательности импульсов рентгеновского излучения в импульсных рентгенографических комплексах, обеспечивающих возможность многокадровой регистрации быстропротекающих процессов в течение временного интервала порядка десятков микросекунд, остается нерешенной проблемой.The requirements for the resolving power of the complexes force one to strive to reduce the size of the X-ray source (the transverse size of the target region in which X-ray quanta are generated, relative to the direction of maximum radiation output), using beams with millimeter sizes on the target, which leads to an increase in the energy density released into the target. target, and its transition to the plasma state. The interaction of the electron beam of the subsequent pulse with the plasma leads to deterioration of its focusing on the target and deterioration of the resolution of the complex. As a result, until now, a method for generating a sequence of X-ray pulses in pulsed X-ray complexes, which provide the possibility of multi-frame recording of fast processes during a time interval of the order of tens of microseconds, remains an unsolved problem.
Известен способ генерирования рентгеновского излучения в ускорителях прямого действия с использованием стержневого пинч-диода (Сорокин С.А. Источник жесткого рентгеновского излучения на основе низкоимпедансного стержневого пинч-диода. Журнал технической физики. 2016, том. 86, вып. 9, стр. 56-61). Стержневые пинч-диоды находят применение при создании точечных источников тормозного излучения для радиографических приложений, в частности, для получения серии коротких последовательных импульсов излучения. Стержневой пинч-диод состоит из стержневого анода, который проходит сквозь кольцевой катод по его оси. При протекании тока в таком диоде эмитированные с катода электроны достигают анода по касательной траектории и фокусируются на кончике анодного стержня, вследствие чего размер источника излучения существенно определяется формой (размером) кончика анодного стержня, размер которого обычно составляет порядка 1 мм, что и является основным преимуществом данного метода. Вместе с тем, как показали эксперименты увеличение плотности электронного тока на поверхность анода сопровождается взрывом материала анода и, как следствие, увеличением эффективного размера источника излучения. При высоком уровне мощности электронного пучка на поверхности электродов диода образуется плотная плазма материала электродов, которая расширяется в межэлектродный зазор и в конечном итоге закорачивает межэлектродный зазор, препятствуя образованию следующего импульса.A known method of generating X-ray radiation in direct-action accelerators using a rod pinch diode (Sorokin S.A. A source of hard X-ray radiation based on a low-impedance rod pinch diode. Journal of Technical Physics. 2016, vol. 86, issue 9, p. 56 -61). Rod pinch diodes are used to create point sources of bremsstrahlung for radiographic applications, in particular, for obtaining a series of short successive radiation pulses. A pinch rod diode consists of a rod anode that passes through an annular cathode along its axis. When a current flows in such a diode, electrons emitted from the cathode reach the anode along a tangential path and are focused on the tip of the anode rod, as a result of which the size of the radiation source is significantly determined by the shape (size) of the tip of the anode rod, the size of which is usually on the order of 1 mm, which is the main advantage of this method. At the same time, as experiments have shown, an increase in the electron current density to the anode surface is accompanied by an explosion of the anode material and, as a consequence, an increase in the effective size of the radiation source. At a high power level of the electron beam on the surface of the diode electrodes, a dense plasma of the electrode material is formed, which expands into the interelectrode gap and ultimately short-circuits the interelectrode gap, preventing the formation of the next pulse.
Таким образом, использование стержневого пинч-диода обладает существенными ограничениями при генерировании последовательности мощных рентгеновских импульсов вследствие фокусировки пучка ускоренных электронов на кончике анодного стержня и сравнительно низких значений (несколько МэВ) энергии ускоренных электронов, достижимых с помощью ускорителей прямого действия.Thus, the use of a rod pinch diode has significant limitations in the generation of a sequence of powerful X-ray pulses due to the focusing of a beam of accelerated electrons at the tip of the anode rod and relatively low values (several MeV) of the energy of accelerated electrons, which are attainable with direct action accelerators.
Известен способ генерирования рентгеновского излучения в мишени многоимпульсной радиографической установки на базе линейного ускорителя (Pincosy, P. A. and Back, N. and Bergstrom, P. M. and Chen, Yu-Jiuan and Poulsen, P., Multiple pulse electron beam converter design for high power radiography, Review of Scientific Instruments, 72, 2599-2604 (2001)), основанный на облучении так называемой распределенной мишени. В отличие от традиционной компактной плоской мишени распределенная в пространстве мишень может быть выполнена на основе многофольговой сборки, состоящей из набора равноудаленных друг от друга тонких фольг в цилиндрической оболочке, либо в виде полого цилиндра (лайнера), заполненного танталовой пеной, при этом массовая толщина распределенной мишени равна массовой толщине плоской мишени. Использование такой мишени не исключает образование мишенной плазмы, однако ограничивает ее движение в радиальном направлении и позволяет сгенерировать четыре последовательных импульса рентгеновского излучения в течение короткого времени, пока плазма заполняет ограничивающий цилиндр.A known method of generating X-ray radiation in a target of a multi-pulse radiographic installation based on a linear accelerator (Pincosy, PA and Back, N. and Bergstrom, PM and Chen, Yu-Jiuan and Poulsen, P., Multiple pulse electron beam converter design for high power radiography, Review of Scientific Instruments, 72, 2599-2604 (2001)), based on irradiation of a so-called distributed target. In contrast to a traditional compact flat target, a target distributed in space can be made on the basis of a multi-foil assembly consisting of a set of equally spaced thin foils in a cylindrical shell, or in the form of a hollow cylinder (liner) filled with tantalum foam, while the mass thickness is distributed target is equal to the mass thickness of a flat target. The use of such a target does not exclude the formation of the target plasma, however, it restricts its movement in the radial direction and makes it possible to generate four successive X-ray pulses for a short time while the plasma fills the confining cylinder.
Данный подход работает только на длительности в несколько микросекунд с учетом скорости распространения плазмы в осевом направлении, и проблема конвертора для более длительного периода времени, по мнению авторов статьи, решается только динамической сменой мишени.This approach works only for a duration of several microseconds, taking into account the velocity of plasma propagation in the axial direction, and the problem of a converter for a longer period of time, according to the authors of the article, is solved only by a dynamic change of the target.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является способ генерирования рентгеновского излучения для многоимпульсной радиографии (п. США №6560314, МПК H01J 35/08, опубл. 2003 г.), заключающийся в том, что облучают распределенную мишень пучком ускоренных электронов, сфокусированных на торце мишени.The closest analogue of the claimed invention, selected as a prototype, is a method for generating X-ray radiation for multi-pulse radiography (p. USA No. 6560314, IPC H01J 35/08, publ. 2003), which consists in irradiating a distributed target with a beam of accelerated electrons focused on the end of the target.
В распределенной мишени традиционный плоский конвертор заменяется набором фольг или пеной с той же массовой толщиной, но распределенных на длине, примерно в десять раз превышающей толщину традиционного конвертора и помещенных в трубку. Различие в величине удельной поглощенной энергии электронов пучка в традиционной и распределенной мишени незначительно, что не исключает образование мишенной плазмы и разлет материала распределенной мишени. В радиальном направлении разлет материала ограничивается лайнером-трубкой, причем толщина трубки выбирается так, чтобы она выдерживала давление разлетающегося материала. Длина трубки больше длины мишени, но не больше нескольких сантиметров, поэтому в течение нескольких микросекунд массовая толщина разлетающейся мишени сохраняется, что позволяет, в принципе, получить в течение этого времени последовательность импульсов рентгеновского излучения с близкими параметрами. Обоснование возможности реализации предложенного способа проводится, в основном, с использованием гидродинамических расчетов в сочетании с расчетами методом Монте-Карло. В экспериментах на ускорителе FXR (Flash X-Ray Induction Linear Accelerator) проводились измерения размера пучка в фокусе, влияющего на размер рентгеновского источника, на многофольговой распределенной мишени, при этом было показано, что в пределах погрешности измерений размер пучка в фокусе совпадает для традиционной и распределенной мишеней, последующий разлет мишени и выход рентгеновского излучения также моделировался с помощью численных расчетов. Основной недостаток данного способа заключается, как уже было сказано выше, в том, что он не может быть использован на временном интервале, превышающем несколько микросекунд с учетом скорости распространения плазмы в осевом направлении, и не решает проблему конвертора для многокадровой регистрации для больших времен.In a distributed target, the traditional flat converter is replaced by a set of foils or foam of the same mass thickness, but distributed over a length approximately ten times the thickness of a traditional converter and placed in a tube. The difference in the value of the specific absorbed energy of the beam electrons in the traditional and distributed target is insignificant, which does not exclude the formation of the target plasma and the expansion of the material of the distributed target. In the radial direction, the expansion of the material is limited by the liner-tube, and the thickness of the tube is chosen so that it can withstand the pressure of the expanding material. The length of the tube is longer than the length of the target, but not more than a few centimeters; therefore, within a few microseconds, the mass thickness of the expanding target is retained, which, in principle, makes it possible, in principle, to obtain a sequence of X-ray pulses with similar parameters during this time. The substantiation of the possibility of implementing the proposed method is carried out mainly using hydrodynamic calculations in combination with calculations by the Monte Carlo method. In experiments at the FXR (Flash X-Ray Induction Linear Accelerator), the beam size at the focus, which affects the size of the X-ray source, was measured on a multi-foil distributed target, and it was shown that within the measurement error, the beam size at the focus coincides for the traditional and of the distributed target, the subsequent expansion of the target, and the yield of X-ray radiation were also simulated using numerical calculations. The main disadvantage of this method is, as mentioned above, that it cannot be used on a time interval exceeding a few microseconds, taking into account the plasma propagation velocity in the axial direction, and does not solve the problem of a converter for multi-frame registration for large times.
Задача, на решение которой направлено данное изобретение, - получение последовательности идентичных импульсов рентгеновского излучения для временного интервала порядка десятков микросекунд.The problem to be solved by this invention is to obtain a sequence of identical pulses of X-ray radiation for a time interval of the order of tens of microseconds.
Технический результат, полученный при использовании предлагаемого технического решения, - существенное уменьшение удельного энерговыделения (энерговыделение в единице массы материала) в материале мишени.The technical result obtained by using the proposed technical solution is a significant decrease in the specific energy release (energy release per unit mass of material) in the target material.
Указанный технический результат достигается тем, что согласно заявляемому способу генерации рентгеновского излучения для многокадровой импульсной рентгенографии, по которому облучают мишень из материала с большим атомным номером пучком ускоренных электронов, особенность способа генерации заключается в том, что облучают равномерно распределенным пучком ускоренных электронов боковую поверхность стержневой мишени из тугоплавкого материала с длиной, значительно превышающей пробег ускоренных электронов в материале мишени.The specified technical result is achieved by the fact that according to the claimed method of generating X-rays for multi-frame pulsed X-ray diffraction, which irradiates a target made of a material with a large atomic number with a beam of accelerated electrons, a feature of the generation method is that the lateral surface of the rod target is irradiated with a uniformly distributed beam of accelerated electrons made of a refractory material with a length significantly exceeding the range of accelerated electrons in the target material.
Всей совокупностью перечисленных признаков достигается возможность существенного уменьшения удельного энерговыделения в материале мишени: взаимодействие электронов и генерация излучения происходят равномерно вдоль всей длины мишени, что позволяет равномерно вдоль длины мишени распределить энергию электронов, поглощенную в мишени, и значительно (обратно пропорционально длине мишени) уменьшить удельную поглощенную энергию в материале мишени, исключив тем самым образование мишенной плазмы и разрушение мишени. Что в свою очередь обеспечивает получение последовательности идентичных импульсов рентгеновского излучения для временного интервала порядка десятков микросекунд за счет сохранения целостности мишени.The totality of the listed features achieves the possibility of a significant decrease in the specific energy release in the target material: the interaction of electrons and the generation of radiation occur uniformly along the entire length of the target, which makes it possible to uniformly distribute the electron energy absorbed in the target along the target length, and significantly (inversely proportional to the target length) reduce the specific absorbed energy in the target material, thereby eliminating the formation of the target plasma and destruction of the target. This, in turn, ensures that a sequence of identical X-ray pulses is obtained for a time interval of the order of tens of microseconds by preserving the integrity of the target.
Для получения импульсов рентгеновского излучения с преимущественным направлением вылета квантов вдоль оси мишени облучают боковую поверхность стержневой мишени распределенным пучком ускоренных электронов под малым углом к оси мишени.To obtain X-ray pulses with a predominant direction of emission of quanta along the target axis, the lateral surface of the rod target is irradiated with a distributed beam of accelerated electrons at a small angle to the target axis.
При этом, в отличие от прототипа в предлагаемом способе существует ограничение не на длительность сеанса многокадровой съемки, а на количество импульсов в одном сеансе в том случае, если суммарная величина удельной поглощенной энергии ускоренных электронов в мишени приведет к плавлению мишени и последующему разрушению за счет снижения динамической прочности. Оценка для, например, танталовой мишени диаметром 1 мм и длиной 60 мм для тех же параметров пучка, что и в прототипе, дает предельное количество импульсов в серии примерно 4-7 импульсов в зависимости от угла падения электронов на мишень.At the same time, unlike the prototype in the proposed method, there is a limitation not on the duration of the multi-frame shooting session, but on the number of pulses in one session if the total value of the specific absorbed energy of accelerated electrons in the target will lead to melting of the target and subsequent destruction by reducing dynamic strength. An estimate for, for example, a tantalum target with a diameter of 1 mm and a length of 60 mm for the same beam parameters as in the prototype, gives the limiting number of pulses in a series of approximately 4-7 pulses, depending on the angle of incidence of electrons on the target.
При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».When analyzing the state of the art, no analogues were found, characterized by features identical to all the essential features of the present invention. And also the fact of the well-known influence of the features included in the formula on the technical result of the proposed technical solution was not revealed. Consequently, the claimed invention meets the conditions of "novelty" and "inventive step".
На фиг. 1 представлена схема реализации предложенного способа.FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the proposed method.
На фиг. 2 представлено полученное в расчетах угловое распределение квантов, вылетающих вперед из Та стержневой мишени диаметром 1 мм и длиной 60 мм и из мишени-диска толщиной 1 мм.FIG. Figure 2 shows the calculated angular distribution of quanta emitted forward from a
На фиг. 3 представлены расчетные спектры квантов, вылетающих вперед из Та мишени в виде диска толщиной 1 мм и из стержневой мишени диаметром 1 мм и длиной 60 мм.FIG. Figure 3 shows the calculated spectra of quanta emitted forward from a Ta target in the form of a
Согласно предлагаемому способу облучают равномерно боковую поверхность стержневой мишени 1 распределенным пучком ускоренных электронов (фиг. 1). Мишень выполнена из тугоплавкого материала с большим атомным номером длиной, значительно превышающей пробег ускоренных электронов в материале мишени. При этом боковую поверхность мишени облучают распределенным пучком ускоренных электронов под малым углом 0 к оси 2 мишени 1.According to the proposed method, the lateral surface of the
Для обоснования возможности реализации предложенного способа были проведены расчеты взаимодействия распределенного пучка ускоренных электронов со стержневой мишенью методом Монте-Карло. Взаимодействие ускоренных электронов с мишенью в расчетах моделировалось с использованием параметров пучка электронов, близких к параметрам пучка ускорителя, описанного в прототипе (ускоритель DARHT-2), энергия ускоренных электронов 20 МэВ, ток пучка 2 кА, длительность импульса 30 нс. Пучок электронов равномерно облучал боковую поверхность стержневой мишени из Та диаметром 1 мм под углом 1° и 5° к оси стержня. Проведен расчет пространственного распределения удельной поглощенной энергии ускоренных электронов в танталовой мишени-стержне диаметром 1 мм, а также спектрального и углового распределения тормозного излучения, генерируемого в мишени пучком электронов. Для сравнения аналогичные расчеты были проведены для плоской танталовой мишени толщиной 1 мм с диаметром пучка сфокусированных на мишень электронов 1 мм.To substantiate the possibility of implementing the proposed method, we calculated the interaction of a distributed beam of accelerated electrons with a rod target by the Monte Carlo method. The interaction of accelerated electrons with the target in the calculations was simulated using the parameters of the electron beam close to the parameters of the accelerator beam described in the prototype (accelerator DARHT-2), the energy of accelerated electrons is 20 MeV, the beam current is 2 kA, and the pulse duration is 30 ns. An electron beam uniformly irradiated the lateral surface of a
Сравнительный анализ интегральных характеристик мишени-диска (плоской мишени) и мишени-стержня показывает, что полный выход квантов вперед из мишени-диска почти в 2 раза превышает выход квантов вперед из мишени-стержня. Но, как показывают результаты расчета радиального распределения квантов, вылетающих вперед из мишени-диска, при диаметре пучка электронов 1 мм примерно половина от общего количества вылетающих вперед квантов, то есть столько же, сколько вылетает вперед из стержневой мишени, выходит из приосевой области плоской мишени с диаметром 2 мм. Таким образом, увеличение полного выхода квантов из плоской мишени обусловлено генерацией тормозных квантов рассеянными электронами пучка за пределами приосевой области мишени, равной диаметру пучка, что приводит к увеличению размера пятна источника излучения в плоской мишени и ухудшению пространственного разрешения границ теневого изображения объекта.A comparative analysis of the integral characteristics of the target-disk (flat target) and target-rod shows that the total output of quanta forward from the target-disk is almost 2 times higher than the output of quanta forward from the target-rod. But, as the results of calculating the radial distribution of quanta emitted forward from the target disk show, with an electron beam diameter of 1 mm, approximately half of the total number of quanta emitted forward, that is, the same amount as emitted forward from the rod target, leaves the axial region of the flat target with a diameter of 2 mm. Thus, an increase in the total yield of quanta from a flat target is due to the generation of bremsstrahlung quanta by scattered beam electrons outside the axial region of the target, which is equal to the beam diameter, which leads to an increase in the spot size of the radiation source in a flat target and a deterioration in the spatial resolution of the boundaries of the shadow image of the object.
Другими словами, размер источника тормозного излучения в плоской мишени с сопоставимым выходом квантов из стержневой мишени в два раза превышает размер пучка электронов, в то время как размер источника для мишени-стержня, видимый под сравнительно небольшими углами в направлении оси, определяется диаметром стержня, что хотя и накладывает более жесткие требования на юстировку мишени-стержня (ось мишени-стержня должна проходить через центр исследуемого объекта), однако позволяет строго фиксировать как размер пятна источника, так и его положение.In other words, the size of the bremsstrahlung source in a flat target with a comparable yield of quanta from the rod target is twice the size of the electron beam, while the size of the source for the target rod, seen at relatively small angles in the direction of the axis, is determined by the diameter of the rod, which is although it imposes more stringent requirements on the alignment of the target-rod (the axis of the target-rod must pass through the center of the investigated object), it allows one to strictly fix both the size of the source spot and its position.
Длина стержневой мишени определяется из условия, что величина удельной поглощенной энергии электронов пучка в мишени-стержне, обратно пропорциональная длине мишени, исключает разрушение мишени за счет динамических напряжений, возникающих при быстром нагреве мишени. Откольная прочность Та имеет величину 7-10 ГПа. На основании проведенных расчетов пространственного распределения удельной поглощенной энергии электронов в мишени можно утверждать, что стержневая мишень длиной 60 мм и диаметром 1 мм не будет разрушена при данных параметрах распределенного источника ускоренных электронов, поскольку величина давления в приповерхностном слое толщиной 0,1 мм (область максимального энерговыделения) лежит в диапазоне 5-8 ГПа для углов падения электронов 1°-5°.The length of the rod target is determined from the condition that the value of the specific absorbed energy of the beam electrons in the target-rod, which is inversely proportional to the length of the target, excludes the destruction of the target due to dynamic stresses arising during rapid heating of the target. The spall strength Ta has a value of 7-10 GPa. Based on the performed calculations of the spatial distribution of the specific absorbed energy of electrons in the target, it can be argued that a rod target 60 mm long and 1 mm in diameter will not be destroyed for the given parameters of a distributed source of accelerated electrons, since the pressure in the near-surface layer 0.1 mm thick (the region of maximum energy release) lies in the range of 5-8 GPa for angles of incidence of
Теплота испарения с учетом нагрева и плавления Та составляет 5,3 кДж/г.В плоской мишени величина удельного энерговыделения электронов превышает теплоту испарения в сечении пучка почти на всю глубину мишени. Расслоение плоской мишени в виде набора фольг, разделенных зазорами, или использование вспененного материала не изменяют величины поглощенной энергии в единице массы материала мишени и не исключают образование мишенной плазмы.The heat of vaporization with allowance for heating and melting of Ta is 5.3 kJ / g. In a flat target, the specific energy release of electrons exceeds the heat of vaporization in the beam cross section for almost the entire depth of the target. The delamination of a flat target in the form of a set of foils separated by gaps or the use of a foam material does not change the value of the absorbed energy per unit mass of the target material and does not exclude the formation of the target plasma.
Максимальное значение удельной поглощенной энергии электронов в плоской мишени 12 кДж/г. В мишени стержневого типа поглощенная энергия электронов равномерно распределена по длине, а ее величина обратно пропорционально длине мишени. Максимальное значение удельной поглощенной энергии электронов в мишени-стержне диаметром 1 мм и длиной 60 мм находится на поверхности (в остальном объеме мишени энерговыделение уменьшается примерно вдвое) и для угла падения электронов 5° имеет величину 0,35 кДж/г (для угла 1° еще меньше - 0,26 кДж/г), т.е., в 34 раза меньшую, чем в плоской мишени и почти в 15 раз меньше теплоты испарения, что исключает, если учитывать только один фактор, образование мишенной плазмы в серии из 15 последовательных импульсов. В действительности, как отмечалось выше, предельное количество импульсов в серии следует уменьшить примерно вдвое, если учесть разрушение мишени за счет снижения динамической прочности в результате плавления.The maximum value of the specific absorbed energy of electrons in a flat target is 12 kJ / g. In a rod-type target, the absorbed electron energy is uniformly distributed along the length, and its value is inversely proportional to the target length. The maximum value of the specific absorbed energy of electrons in a target-rod with a diameter of 1 mm and a length of 60 mm is located on the surface (in the rest of the target volume, the energy release is approximately halved) and for an electron incidence angle of 5 ° has a value of 0.35 kJ / g (for an angle of 1 ° even less - 0.26 kJ / g), i.e., 34 times less than in a flat target and almost 15 times less than the heat of evaporation, which excludes, if only one factor is taken into account, the formation of a target plasma in a series of 15 consecutive impulses. In fact, as noted above, the limiting number of pulses in a train should be approximately halved if we take into account the destruction of the target due to the decrease in dynamic strength as a result of melting.
На основании полученных расчетных данных построены графики углового распределения квантов, вылетающих вперед из Та стержневой мишени диаметром 1 мм и длиной 60 мм и из мишени-диска толщиной 1 мм (фиг. 2): кривая 1 - стержневая мишень, угол падения электронов 1°; кривая 2 стержневая мишень, угол падения электронов 5°; кривая 3 - мишень-диск, выход из приосевой области диаметром 1 мм, диаметр пучка 1 мм.On the basis of the calculated data, the graphs of the angular distribution of quanta emitted forward from the Ta rod target with a diameter of 1 mm and a length of 60 mm and from a target-
Анализ полученных в расчетах угловых распределений показывает, что выход квантов вперед в направлении оси мишени-стержня слабо зависит от длины мишени. Для стержневой мишени зависимость выхода из мишени от угла падения электронов для квантов, вылетающих вперед под малыми углами <5° к оси мишени, заметно выражена, причем наибольший выход вперед имеет место для угла 1° (на 16% меньше выхода из приосевой области плоской мишени), для 5° (на 36% меньше). По-видимому, угол падения электронов на мишень-стержень больше 5° использовать нежелательно.An analysis of the angular distributions obtained in the calculations shows that the forward output of quanta in the direction of the target-rod axis weakly depends on the target length. For a rod target, the dependence of the exit from the target on the angle of incidence of electrons for quanta escaping forward at small angles <5 ° to the target axis is noticeably pronounced, and the greatest forward exit occurs for an angle of 1 ° (16% less than the exit from the paraxial region of a flat target ), for 5 ° (36% less). Apparently, it is undesirable to use the angle of incidence of electrons on the target-rod greater than 5 °.
Также построены графики расчетных спектров квантов, вылетающих вперед из Та мишени в виде диска толщиной 1 мм и из стержневой мишени диаметром 1 мм и длиной 60 мм (фиг. 3): кривая 1 - мишень-диск; кривая 2 - стержневая мишень.The graphs of the calculated spectra of quanta escaping forward from a Ta target in the form of a
Анализ результатов расчета показывает, что спектры квантов, выходящих вперед из стержневой мишени, не зависят от длины мишени и угла падения электронов и практически совпадают со спектром квантов мишени-диска.Analysis of the calculation results shows that the spectra of quanta emerging from the rod target do not depend on the target length and the angle of incidence of electrons and practically coincide with the spectrum of the quanta of the target disk.
Несущественное различие в характеристиках тормозного излучения этих двух типов мишеней, при обеспечении одинакового пространственного разрешения, в сочетании с результатами расчетов, подтверждающих возможность сохранения стержневой мишени в серии последовательных импульсов позволяет, в принципе, использовать мишень стержневого типа в линейном ускорителе, предназначенном для получения многокадровых теневых изображений.The insignificant difference in the characteristics of bremsstrahlung of these two types of targets, while ensuring the same spatial resolution, in combination with the results of calculations confirming the possibility of maintaining the rod target in a series of successive pulses, allows, in principle, to use a rod-type target in a linear accelerator designed to obtain multi-frame shadow images.
Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании способа по заявляемому изобретению следующей совокупности условий:Thus, the data presented indicate the fulfillment of the following set of conditions when using the method according to the claimed invention:
- процесс, воплощающий заявленный способ при его осуществлении, предназначен для использования в ускорительной технике, в частности, в импульсных рентгенографических комплексах, обеспечивающих возможность многокадровой съемки быстропротекающих процессов;- the process embodying the claimed method in its implementation is intended for use in accelerator technology, in particular, in pulsed X-ray complexes that provide the possibility of multi-frame shooting of fast processes;
- для заявляемого способа в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.- for the proposed method in the form in which it is characterized in the claims, the possibility of its implementation is confirmed.
Следовательно, заявляемый способ соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed method meets the condition of "industrial applicability".
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019132792A RU2731545C1 (en) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | Method of generating x-rays for multi-frame pulse x-ray |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019132792A RU2731545C1 (en) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | Method of generating x-rays for multi-frame pulse x-ray |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2731545C1 true RU2731545C1 (en) | 2020-09-04 |
Family
ID=72421687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019132792A RU2731545C1 (en) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | Method of generating x-rays for multi-frame pulse x-ray |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2731545C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6560314B2 (en) * | 2001-02-28 | 2003-05-06 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Beam converter |
| US20050123097A1 (en) * | 2002-04-08 | 2005-06-09 | Nanodynamics, Inc. | High quantum energy efficiency X-ray tube and targets |
| CN103094030A (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-08 | 和鑫生技开发股份有限公司 | Transmission type x-ray tube and reflection type x-ray tube |
| RU2608189C2 (en) * | 2012-06-14 | 2017-01-17 | Сименс Акциенгезелльшафт | X-ray source, method of generation of x-ray radiation, as well as use of x-ray source emitting homogeneous x-ray radiation |
| RU2642145C1 (en) * | 2016-11-22 | 2018-01-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of obtaining radiographic image of fast-flowing process and radiographic complex for its implementation |
-
2019
- 2019-10-15 RU RU2019132792A patent/RU2731545C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6560314B2 (en) * | 2001-02-28 | 2003-05-06 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Beam converter |
| US20050123097A1 (en) * | 2002-04-08 | 2005-06-09 | Nanodynamics, Inc. | High quantum energy efficiency X-ray tube and targets |
| CN103094030A (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-08 | 和鑫生技开发股份有限公司 | Transmission type x-ray tube and reflection type x-ray tube |
| RU2608189C2 (en) * | 2012-06-14 | 2017-01-17 | Сименс Акциенгезелльшафт | X-ray source, method of generation of x-ray radiation, as well as use of x-ray source emitting homogeneous x-ray radiation |
| RU2642145C1 (en) * | 2016-11-22 | 2018-01-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of obtaining radiographic image of fast-flowing process and radiographic complex for its implementation |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| REVIEW OF SCIENTIFIC, V.72, N6, c. 2599-2INSTRUMENTS, 2001604. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Krol et al. | Laser‐based microfocused x‐ray source for mammography: Feasibility study | |
| Torrisi et al. | Self-focusing effect in Au-target induced by high power pulsed laser at PALS | |
| US11594394B2 (en) | X-ray micro-beam production and high brilliance x-ray production | |
| CN104411081A (en) | Linear array micro-nano focus X-ray source for micro-nano CT (computer tomography) system | |
| Alkhimova et al. | The source of X-rays and high-charged ions based on moderate power vacuum discharge with laser triggering | |
| RU2731545C1 (en) | Method of generating x-rays for multi-frame pulse x-ray | |
| Meir et al. | Plasma-guided Compton source | |
| Lanzano et al. | Ejection of fast electrons following the impact of 45 MeV/u 58 Ni q+(q= 19, 28) on solid-foil targets | |
| Sato et al. | High-intensity quasi-monochromatic x-ray irradiation from the linear plasma target | |
| Kandaurov et al. | Study of electron beam uniformity in large-area multi-aperture diode with arc plasma cathode | |
| Bagchi et al. | Hotter electrons and ions from nano-structured surfaces | |
| Akel et al. | X-ray emission from tin (Sn) using the AECS PF-2 plasma focus device | |
| RU2789164C1 (en) | Source of braking radiation | |
| RU2786206C1 (en) | Source of braking radiation | |
| Barty et al. | Time-gated medical imaging with ultrafast laser-plasma x rays | |
| RU2784895C1 (en) | Source of bremsstrahlung | |
| CN108696977B (en) | X-ray device for generating high-energy X-ray radiation | |
| Torrisi et al. | Proton acceleration from TiH2 target plasma produced by different pulse laser intensity | |
| Shahriari et al. | Investigation of spatial distribution of hydrogen and argon ions and effects of them on aluminum samples in a 2.5 kJ mater type plasma focus device | |
| RU2634483C1 (en) | Source of neutrons of limited dimensions for neutron tomography | |
| Singh et al. | Hot electron emission characteristics from thin metal foil targets irradiated by terawatt laser | |
| Vovchenko et al. | Measurement of the Soft X-Ray Emission Energy Spectrum for a Vacuum Spark with Laser Triggering | |
| Sato et al. | Weakly ionized plasma flash x-ray generator and its distinctive characteristics | |
| RU2647489C1 (en) | Electronic unsoldered gun for electron flow and x-ray radiation discharge from vacuum region to atmosphere | |
| Mondal et al. | Generation and dose distribution measurement of flash x-ray in KALI-5000 system |