WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В работе оценено влияние добавок электроотрицательных газов на развитие разряда.

При наличии добавок воздуха изменение плотности электронов происходит значительно быстрее, чем в их отсутствии.

Анализ расчетов по определению времени памяти ГРП по разрешающей способности ГРП, позволяют сделать вывод, что при изменении добавок воздуха к ксенону 0 – мм.рт.ст. время памяти регулируется в пределах 10-3 – 10-7 с.

Из отдельного электрона или группы электронов развивается лавина, при этом рост числа электронов в лавине происходит экспоненциально согласно формулы (2) N(t) = N(0)exp(aJet) где N(0) -начальное число электронов в центре ионизации;

a -первый коэффициент ионизации Таунсенда;

Je - скорость дрейфа электронов.

Изучение пробоя длинных разрядных промежутков в газах показало, что время формирования пробоя по порядку величины сравнимо с временем прохождения электронов через разрядный промежуток. Другим важным экспериментальным фактором является независимость пробивного напряжения таких промежутков от материала катода. Для объяснения этих фактов Миком, Ретером и Лебом была развита стримерная теория искрового разряда, в которой определенную роль играют коллективные процессы.

Согласно этой теории при достижении лавиной критической величины, поле ее пространственных зарядов становится сравнимым с внешним полем. Это приводит к усилению поля впереди и позади лавины. И если в это время число возбужденных атомов больше критического, фотоэлектроны, возникающие за лавиной под действием излучения остова лавины, создают дочерние лавины, которые вливаются в основную. Таким образом, развиваются катодонаправленые стримеры.

В стримерной теории в качестве основного механизма образования дочерних лавин рассматривается фотоэффект. Показано, что фотоэффект не может обеспечить достаточное число электронов. Нами в качестве альтернативного процесса рассмотрена реакция ассоциативной ионизации как один из возможных механизмов развития стримера в условиях ГРП с ксеноновым наполнением.

Учитывая селективность реакции при протекании в собственном газе, ассоциативную ионизацию можно записать в виде:

n,v + A* + A s A2 (v) + e.

® Индексами n и обозначены соответственно состояния возбужденного атома и номер колебательного уровня иона А+(), - сечение процесса. В ксеноне это будет реакция + Xe* + Xe = Xe2 + e-.

Представляет также интерес реакция Xe* + e- = Xe+ + 2e-.

Скорость этой реакции будет пропорциональна квадрату концентрации электронов, поэтому критическое число электронов в лавине будет меньше зависеть от газового наполнения.

Ассоциативная ионизация осуществляется, если энергия возбужденного атома А* превышает энергию основного колебательного состояния иона.

Ассоциативная ионизация наиболее эффективно происходит в случае, когда потенциал ионизации атома сравним с энергией диссоциации молекулярного иона. У атомов инертных газов наиболее благоприятными для ассоциативной являются уровни, энергия возбуждения которых превышает 22,19эВ; 20,2эВ; 14,6эВ; 12,8эВ; 11,07эВ соответственно для He, Ne, Ar, Kr, Xe.

Образование видимых фотонов в условиях ГРП происходит в результате прямых переходов атомов инертного газа в основное состояние из возбужденного, в которое атом переходит при столкновении со свободными электронами. При этом вероятность возбуждения атомов в состояния, распад которых сопровождается испусканием видимого излучения, значительно ниже вероятности ионизации, поэтому относительный выход видимых фотонов меньше единицы.

Среди источников «невидимой» информации о газовых разрядах, для которых существуют эффективные методы прямого преобразования их энергии в видимое излучение, можно назвать УФ-излучение разрядов.

Для трансформации ультрафиолетового излучения наиболее эффективно использовать люминофоры.

Наибольшее применение из зеленых люминофоров в ГРП нашел виллемит (Zn2SiO4:Mg), он имеет практически постоянный спектр возбуждения в области 20-250 нм, высокий квантовый выход (0,75-0,91). Из-за большой постоянной времени высвечивания (2050 мс) виллемит нельзя использовать в ГРП, предназначенном для работы с частотой более 10 Гц. С большей частотой позволяют работать другие эффективные люминофоры зеленого свечения: IBO3:Tb (до 200 Гц), BaAl12O19:Mn (до 30 Гц). При работе ГРП в режиме однократных срабатываний длительностью послесвечения особого значения не имеет.

В третьей главе рассматриваются вопросы разработки и исследования установки на основе рентгеновского импульсного излучателя наносекундной длительности.

На основе ГРП можно строить установки для контроля, которые можно использовать для различных целей. Наиболее перспективно применение таких установок в системах безопасности для обнаружения недозволенных вложений в багаже или на теле человека и в медицине.

Для построения таких систем в настоящее время используются структурная схема, приведенная на рисунке 2. Это рентгеновский интроскоп, включающий импульсный источник рентгеновского излучения, преобразователь рентгеновского излучения и дополнительные электронные схемы.

5 7 3 2 6 Рис.2. Функциональная схема интроскопа на основе ГРП.

1 – задающий генератор, 2 – источник постоянного высокого напряжения, 3 – генератор высоковольтных импульсов для питания рентгеновского излучателя, 4 – рентгеновский излучатель, 5 – ГРП, 6 – генератор высоковольтных импульсов питания ГРП, 7 – система регистрации видимого изображения, 8 – компьютер.

Установка состоит из двухканального задающего генератора, канала высоковольтного импульсного питания ГРП и канала питания импульсного рентгеновского излучателя.

Как было описано выше, скрытое изображение формируется в результате воздействия короткого импульса рентгеновского излучения, а затем под воздействием импульса высокого напряжения происходит развитие лавин и преобразование скрытого изображения в видимое.

Поэтому необходимо обеспечить строгую временную последовательность импульсов рентгеновского излучения и высоковольтных импульсов питания. Двухканальный задающий генератор 1 обеспечивает запуск генераторов импульсного высокого напряжения для питания ГРП 6 и рентгеновского излучателя 4 импульсами с регулируемым по времени смещением. Конструкция генератора позволяет выбирать несколько режимов работы установки.

Импульс с задающего генератора поступает на генератор импульсов высокого напряжения для питания импульсного рентгеновского излучателя 4. Генератор состоит из источника высокого постоянного напряжения 2 и собственно генератора коротких импульсов 3. Генератор вырабатывает импульсы 8-10 кВ для питания рентгеновского излучателя. В качестве излучателя используются импульсные рентгеновские аппараты на основе рентгеновских трубок с взрывной эмиссией.

По другому каналу импульс с регулируемой временной задержкой в пределах 0 – нс поступает на схему запуска генератора импульсного питания ГРП (6, 2). Импульс высокого напряжения с генератора амплитудой 15 – 30 кВ используется для питания ГРП.

Нами разработана схема импульсного источника импульсов высокого напряжения с удвоением напряжения и использованием управляемых разрядников показанная на рис. 3.

Рис. 3. Генератор импульсов высокого напряжения ГРП.

Предложенная схема позволяет снизить требования к источнику постоянного высокого напряжения, снизить габариты и вес генератора. Резистор R10 позволяет регулировать длительность импульса питания ГРП в пределах 100 – 200 нс.

Источник постоянного высокого напряжения построен по инверторной схеме.

Особенностью схемы является работа высоковольтного трансформатора в резонансном режиме, что повышает кпд работы источника в целом, снижает вес и габариты трансформатора.

Для использования в качестве источников рентгеновских импульсов нами были рассмотрены серийно выпускаемые промышленностью аппараты серии МИРА и АРИНА и сделан вывод о невозможности их использования без дополнительной доработки.

За основу при проектировании установки на основе ГРП был взят излучатель от аппарат МИРА-2Д. К нему был добавлен разработанный нами высоковольтный блок и схема запуска. Электрическая схема генератора импульсов питания рентгеновского излучателя на основе рентгеновской трубки с взрывной эмиссией показана на рис.4. Разработанный излучатель позволил получать импульсы рентгеновского излучения длительностью около 100 нс.

Особенностью схемы генератора импульсов для питания рентгеновского излучателя является применение управляемого разрядника и использование тиристорной схемы для поджига разрядника. Примененные технические решения позволили значительно уменьшить габариты и вес генератора и повысить временную стабильность следования импульсов на излучатель, что очень важно для установок на основе ГРП.

Рис. 4. Рентгеновский излучатель и источник высоковольтных импульсов.

Изображение с экрана ГРП можно наблюдать визуально или с помощью телевизионной системы 7 вводить в компьютер для дальнейшей обработки и хранения.

Описанная установка реализует режим опережения импульсом рентгеновского излучения импульса питания ГРП.

В четвертой главе описывается модель установки на основе рентгеновского излучателя пикосекундной длительности. В данном случае используется режим, при котором импульс рентгеновского излучения очень короткой длительности (много меньше длительности импульса питания ГРП) подается во время действия импульса питания (квазистационарный режим). Нами экспериментально исследована модель такой системы. Она построена по схеме приведенной на рис.2, но в качестве источника рентгеновского излучения используется экспериментальный излучатель с длительностью импульса излучения около 500 пс и для временного согласования каналов рентгеновского излучателя и ГРП использована ультразвуковая линия задержки. Использованная рентгеновская трубка (рис 5) разработана в институте сильноточной электроники СОРАН. Мы встроили ее в промышленный импульсный излучатель, предварительно изменив схему формирования импульсов на трубку.

Рис. 5. Пикосекундный генератор высоковольтных импульсов с рентгеновской трубкой (вакуумным диодом).

I -наносекундный высоковольтный генератор рентген. аппарата МИРА-2Д; II-блок разрядников и линий;

III-рентгеновская трубка; 1-формирующая линия; 2-обостряющий разрядник; 3-срезающий разрядник; 4передающая линия; 5-катод; 6-анод; 7-окно для выхода рентгеновского излучения Для ГРП, наполненного ксеноном, в квазистационарном режиме питания были проведены измерения яркости, разрешающей способности и контрастной чувствительности при длительности импульса рентгеновского излучения 0,5·10-9с. Перечисленные параметры преобразователя практически не отличаются от параметров ГРП, работающего в режиме опережения импульсом излучения импульса питания при одинаковых режимах питания ГРП и облучения контролируемого объекта.

Квазистационарный режим питания ГРП позволяет использовать в качестве рабочего газа электроотрицательные газы, в том числе воздух. Нами исследовано 2 образца наполненного воздухом ГРП – с резистивным слоем, на внутреннюю поверхность входного электрода которого нанесен люминофор, а также ГРП с плоскими токопроводящими стеклянными электродами без люминофорного слоя. Экспериментальные измерения показали, что разрешающая способность составляет ~ 0,5 пар линий/мм в первом варианте и ~ 1,0 пар. линий/мм (второй вариант) при импульсной экспозиционной дозе в плоскости преобразователя 5·10-10 Кл/кг (2 мкР).

В главе рассмотрены вопросы техники экспериментальных исследований электрических параметров установки с пикосекундным излучателем.

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям рентгеновского интроскопа на основе ГРП, получения и обработки видимых изображений.

По результатам измерений получены следующие технические характеристики интроскопа на основе ГРП:

- дозовая чувствительность, микрорентген 5-- средняя яркость свечения (25 Гц), Кд/м2 15-- предельная разрешающая способность, линий/мм - предельная контрастная чувствительность:

a) низкоэнергетичное рентгеновское излучение, % 6-b) высокоэнергетическое излучение, % 1,5-- предельная частота срабатываний, кГц - потребляемая энергия, Вт - вес, кг не более Приведенные параметры показывают перспективность применения установок на основе ГРП в качестве переносных компактных рентгеновских систем контроля. При этом установки безопасны в эксплуатации и не создают дозовых нагрузок на объекты контроля.

Рис.6, на котором показана свинцовая мира с прорезями, иллюстрирует достигаемую в установках на основе ГРП разрешающую способность.

Рис. 6. Изображение миры на ГРП Были проведены эксперименты по регистрации в режиме однократного срабатывания установки содержимого портфеля, в который были помещены различные предметы, в том числе пистолет. Полученное с экрана ГРП изображение приведено на рис.7. Изображение получено при суммарной дозе в плоскости объекта контроля 10 мкР.

Рис. 7. Изображение содержимого портфеля, полученное с экрана ГРП.

Были проведены эксперименты по регистрации с помощью ГРП динамических процессов. В качестве модели мы использовали маятник метронома за оптически непрозрачной преградой. Изображения было получено в режиме однократного импульса рентгеновского излучения. Полученный снимок метронома приведен на рис.8. За время действия рентгеновского импульса (100 нс) объект смещается на незначительное расстояние и в эксперименте мы фиксируем как бы неподвижный объект. При сохранении разрешения получаемого изображения 1 пар линий/мм возможна регистрация объектов, движущихся со скоростью до 1000 м/с.

Рис.8. Изображение движущегося метронома.

Для регистрации видимых изображений в однократном режиме срабатывания рентгеновского излучателя разработана система съема и передачи изображений в персональный компьютер (ПК). Система включает телекамеру на основе высокочувствительной CCD матрицы, блок оцифровки и записи видеоизображений в ПК и программы управления.

Функциональная схема блока записи видеоизображений приведена на рис.9. Блок подключается к ПК через стандартный параллельный порт. Управление записью одного кадра изображения производится программно. По команде начала записи формируется импульс запуска рентгеновского излучателя интроскопа на основе ГРП, происходит срабатывание интроскопа и формируется видимое изображение на экране ГРП. Изображение фиксируется видеокамерой и видеосигнал поступает в блок записи видеоизображений.

Схемой выделения синхросигналов из видеосигнала выделяются строчный и кадровый синхроимпульсы, а видеосигнал поступает на скоростной видео АЦП. В АЦП телевизионный сигнал переводится в цифровую форму и построчно записывается в промежуточную двухпортовую память. Из памяти данные через параллельный порт передаются в ПК.

Рис.9. Функциональная схема блока записи видео изображений.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»