WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

му при проведении численных расчетов было принято допущение, что интенсивность свечения имевшихся в Предполагалось, что собственно интенсивность свенашем распоряжении образцов аэрогеля прямо пропор- чения в образце аэрогеля пропорциональна объемному циональна интенсивности объемного энерговыделения и энерговыделению. Удельное энерговыделение электронне зависит от изменения пористости материала. ного пучка в зависимости от лагранжевой координаты Довольно хорошо прослеживается корреляция коор- глубины поглощения и времени облучения рассчитывадинат максимумов свечения и энергии пучка электро- лось в диффузионном приближении [4] с учетом реальнов. Координаты максимумов регистрируемого свече- ных осциллограмм тока и напряжения ускорителя ”Кальния практически совпадают с координатами максиму- мар” (рис. 2). В расчетах учитывались необходимое для определения свечения изменение плотности аэрогеля и мов энерговыделения. Это означает, что образующееся в аэрогеле при поглощении электронного пучка вну- его разлет в ходе облучения, производимый по одномерной лагренжевой схеме второго порядка точности.

треннее электрическое поле гораздо меньше величины U0/Xmax 5 kV/cm в течение всего времени облуче- Для описания аэрогеля использовалось уравнение сония. Таким образом, подтверждается вывод о том, что стояния P (, E, ) пористой среды с самосогласопробойные поля высокоэнергетичных электронов [10], ванным изменением пористости и упругих характериобразующихся при поглощении первичных релятивист- стик [7,8] (дополнительное уравнение, необходимое для ских электронов пучка, на несколько порядков меньше определения меняющейся в ходе облучения пористости пробойных напряжений термолизованных электронов. В (x, t), получается из условия выравнивания давления в результате во время облучения диэлектрик ведет себя структурных составляющих аэрогеля). В этом уравнении подобно металлу. Конечно, в таком пористом диэлектри- состояния как коэффициент Грюнайзена (генераке, как аэрогель, существенную роль играет и пробой ции энерговыделения), так и дифференциальный модуль по поверхности пор, но косвенные результаты наших упругости K степенным образом зависят от пористости экспериментов с другими диэлектриками [11] также под- (x, t) аэрогеля: {, K } {0, K0}(1 - /)z, тверждают отсутствие какого-либо влияния объемного где — величина порога протекания, зависящая от заряда поглощаемого электронного пучка на формиро- фрактальных свойств аэрогеля оценена 1 (поскольвание зоны энерговыделения. ку существуют аэрогели с чрезвычайно малой плотноНекоторые отличия координат максимумов свечения и стью 0.01); z — перколяционный коэффициент трехэнергии пучка электронов возникают лишь в конце об- мерного кластера, также зависящий от типа кластера, лучения, что объясняется возникающей из-за разгрузки может находиться в диапазоне от 1.7 до 4.4 [8]. Для неоднородностью аэрогеля и подтверждается численны- оценки этого перколяционного коэффициента, а также коэффициентов 0, K0 была использована контрольная ми расчетами.

При регистрации свечения в начале зоны энерго- экспериментальная информация о скорости разлета аэрогеля (раздел 2).

выделения возникают и определенные отклонения от истинного профиля энерговыделения — профиль све- Влияние объемного электрического заряда, создаваечения более гладкий. Два явления — дифракция на мого в диэлектрическом аэрогеле пучком электронов, на краю ”диафрагмы” и объективе и ограниченная глубина формирование зоны энерговыделения мало из-за высокой резкости объектива усложняют исследования по изуче- подвижности высокоэнергетичных пробойных электронию поглощения энергии электронного пучка в аэрогеле. нов [10] и в расчетах не учитывалось.

Поэтому для восстановления профилей энерговыделения Численный расчет был произведен для нормальнотребуется специальная численная обработка. го режима работы ускорителя (рис. 2) с амплитуПри облучении аэрогеля импульсным электронным дой напряжения и плотности тока U0 = 290 kV и пучком происходит интенсивный разлет вещества с об- J0 = 14 kA/cm2 соответственно. Время облучения (на лучаемой поверхности. Поэтому можно предположить, полувысоте) T = 140 ns. Именно в этом режиме были что регистриуемое размытие переднего фронта свечения получены экспериментально зафиксированные кривые аэрогеля (рис. 6, 8) обусловлено не только дифракци- свечения рис. 4.

онными эффектами и расфокусировкой, но и разлетом На рис. 9 крестиками нанесены 2 кривые численного аэрогеля навстречу электронному пучку, что потребова- моделирования регистрируемой интенсивности свечения ло проведение дополнительного численного моделирова- аэрогеля (с учетом оптического искажения из-за расфония, приведенного в следующем разделе. кусировки и дифракционного размытия на краю ”диаЖурнал технической физики, 1997, том 67, № Определение профиля энерговыделения мощного электронного пучка в аэрогеле фрагмы” и на объективе). Для сравнения на рис. 9 приведены сплошные кривые, соответствующие кривым 1, на рис. 4, полученным для моноэнергетичных первичных электронов с энергиями V1 = 220 kV и V2 = 290 kV соответственно. Видно, что как глубины, так и максимумы свечения практически совпадают. Численно подтверждено также, что в процессе разргузки аэрогеля (падения плотности вблизи облучаемой поверхности) максимумы регистрируемого свечения, как и в эксперименте (кривые 1, 4 на рис. 6), действительно сдвигаются в глубь аэрогеля.

Штриховой линией на рис. 9 показаны собственно кривые свечения аэрогеля (без учета оптического искажения), пропорциональные объемной интенсивности энерговыделения в аэрогеле. Видно, что оптическое искажение (отличие от кривых, нанесенных звездочками) Рис. 11. Изолинии массовой скорости V (x, t) разгрузки сильно лишь при L < 0.2 mm. Сравнение объемных аэрогеля.

интенсивностей энерговыделения, соответствующих началу и концу облучения показывает, что эффект уменьшения плотности в зоне разгрузки не сопровождается падением свечения — объемное энерговыделение в кривой 2 (рис. 8) и удовлетворительно совпадает с начале зоны энерговыделения не только не упало в расчетной. Поэтому можно сделать вывод о том, что ходе облучения, но и несколько возросло (из-за наличия штриховая линия на рис. 10, соответствующая расчетвозрастающего участка в начале зоны энерговыделения).

ному интегральному объемному энерговыделению, дейНа рис. 10 приведено сравнение интегральных свечествительно определяет интегральный профиль энерговыний аэрогеля. Крестиками нанесена численно полученная деления в аэрогеле, восстановленный по его профилю светимость аэрогеля в рассмотренном выше режиме.

свечения.

Сплошная линия соответствовует экспериментальной Наконец, на рис. 11 приведены изолинии массовой скорости V (x, t) разрузки аэрогеля, соответствующие рассматриваемому численному эксперименту. Штриховая линия показывает движение облучаемой поверхности аэрогеля. Крестиками обозначена контрольная, экспериментально полученная в этом режиме точка Vcont (-0.04 cm, 200 ns) = 7-8 km/s. Условие ее попадания на штриховую линию дает богатую информацию об уравнении состояния аэрогеля в зоне импульсного энерговыделения и позволяет определить численно основные параметры этого уравнения состояния. В частности, можно сделать вывод о том, что даже для аэрогеля с такой сравнительно большой начальной плотностью, как Рис. 9. Интенсивности свечения и энерговыделения аэрогеля 0 = 0.36 g/cm3, необходим учет в уравнении состояния в нормальном режиме.

изменения пористости.

Выводы Проделанные эксперименты позволяют сделать следующие выводы.

1. Обнаружена линейная связь между интенсивностью свечения аэрогеля и величиной тока пучка электронов.

2. Наблюдается достаточно хорошее совпадение экспериментальной кривой интенсивности свечения и расчетного профиля свечения.

3. Отличие экспериментальной кривой свечения и профиля энерговыделения хорошо объясняется оптическими Рис. 10. Интенсивности объемного энерговыделения и свечеискажениями (дифракцией и расфокусировкой) оптичения аэрогеля в нормальном режиме на медленной развертке ской системы регистрации, что позволяет говорить о (интегральная).

Журнал технической физики, 1997, том 67, № 32 Б.А. Демидов, М.В. Ивкин, И.А. Ивонин, В.А. Петров, В.П. Ефремов, В.Е. Фортов, Н. Килер совпадении экспериментального и расчетного профиля энерговыделения электронного пучка в пористом диэлектрике аэрогель.

4. Достаточно хорошее совпадение экспериментальной кривой интенсивности свечения и расчетного профиля свечения аэрогеля свидетельствует о незначительности влияния пространственного объемного электрического заряда на формирование зоны энерговыделения электронного пучка с плотностью тока J 1-10 kA/cm2.

5. Влияние разгрузки материала на изменение профиля свечения мало, что говорит о малой зависимости интен сивности свечения от изменения пористости аэрогеля.

6. Визуальное наблюдение разлета аэрогеля позволяет получать информацию о типе и параметрах его уравнения состояния в зоне импульсного энерговыделения.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 95-06285a).

Список литературы [1] Burchell M., Thomson R. // Bul. Amer. Phys. Soc. 1995.

Vol. 40. N 6. P. 1409.

[2] Демидов Б.А., Ивкин М.В., Петров В.А. и др. // Атомная энергия. 1979. Т. 46. С. 100.

[3] Никеров В.А., Шолин Г.В. Кинетика деградационных процессов. М.: Энергоатомиздат, 1985. С. 137.

[4] Kanaya K., Okadama S. // J. Phys. D. 1972. Vol. 5. N 1.

P. 43.

[5] Аккерман А.Ф. Решение методом Монте-Карло задач переноса быстрых электронов в веществе. Алма-Ата: Наука, 1974.

[6] Баранов В.Ф. Дозиметрия электронного излучения. М.:

Атомиздат, 1974. С. 229.

[7] Соколов И.М. // УФН. 1986. Т. 150. Вып. 2. С. 221.

[8] Feng S., Sen P.N. // Phys. Rev. Lett. 1984. Vol. 52. P. 216.

[9] Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. Теоретическая физика. Т. 2. М.: Наука, 1988.

[10] Вайсбурд Д.И. Высокоэнергетическая электроника твердого тела. Новосибирск, 1982.

[11] Демидов Б.А., Ивкин М.В., Ивонин И.А., Петров В.А. // ЖТФ. 1995. Т. 65. Вып. 9. С. 56.

Журнал технической физики, 1997, том 67, №

Pages:     | 1 ||



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.