Высокочастотные наносекундные генераторы для интроскопии и селективного разрушения твердых частиц микронных размеров

• Автор: Корженевский, Сергей Романович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Введение
Глава 1. Обзор работ по применению высоковольтных генераторов наносекундных импульсов в технических приложениях
1.1. Методы разрушения твердых тел с помощью электрических разрядов
1.2. Краткое описание импульсных рентгеновских трубок
1.3. Наносекундные высоковольтные частотные генераторы рентгеновского излучения
Глава 2. Способ разрушения твердых тел микронных размеров и установка для селективного раскрытия тонких включений из твердых материалов
2.1. Электрическая схема и конструкция генератора высокого напряжения «Пирит»
2.2. Испытания эффективности дробления частиц с размерами менее 100 мкм
2.3. Создание разрядной ячейки и оптимизация генератора для повышения эффективности обработки твердых материалов
2.4. Создание опытной установки «Пирит-2» для селективного раскрытия тонких
включений из твердых материалов
Выводы
Глава 3. Рентгеновские импульсные трубки с взрывоэмиссионным металлокерамическим катодом
3.1. Разработка отпаянной импульсной рентгеновской трубки с взрывоэмиссионным металлокерамическим катодом
3.2. Способ повышения средней мощности и ресурса работы рентгеновской импульсной трубки типа РИА
3.3. Определение дозовых характеристик и ресурса работы взрывоэмиссионной
трубки РИА1
Выводы
Глава 4. Наносекундные высоковольтные генераторы для дефектоскопии
4.1. Дефектоскоп РУП-300-Ш
4.2. Моноблочный переносной дефектоскоп «Пират»
Выводы
Глава 5. Высокочастотные наносекундные высоковольтные генераторы для медицинской диагностики
5.1. Особенности применения высокочастотных наносекундных генераторов в медицинской диагностике
5.2. Импульсный рентгеновский диагностический палатный аппарат АРДП
5.3. Импульсный рентгеновский диагностический палатный аппарат Ясень
Выводы
Заключение
Литература

Введение
Наносекундные высоковольтные генераторы с частотой следования импульсов до 10 кГц (высокочастотные генераторы) и полностью твердотельной системой коммутации -относительно новый класс мощной импульсной техники, получившей бурное развитие, начиная с последнего десятилетия XX века, связанное с открытием эффекта наносекундного обрыва тока высокой плотности в полупроводниковых диодах и последующей разработке мощных полупроводниковых прерывателей тока (ППТ) [1-5].
Все высоковольтные генераторы импульсов длительностью менее 10"бс имеют общую идеологию построения: относительно медленное накопление энергии в
промежуточном накопителе и последующая быстрая передача энергии в нагрузку с помощью коммутатора.
Первоначально, благодаря успехам в создании высоковольтных конденсаторов и газовых разрядников, подавляющее большинство высоковольтных импульсных генераторов создавались по схеме с емкостным накопителем энергии (ЕНЭ), в котором энергия запасается в виде энергии электрического поля, а в качестве коммутатора-замыкателя используется разрядник. Генераторы, созданные по подобной схеме, позволяют формировать мощные импульсы с длительностью единицы наносекунд и менее [6-8], что является неоспоримым достоинством подобных генераторов, но существуют и недостатки. Во-первых, необходимость создания ЕИЭ на полное выходное напряжение, что предъявляет высокие требования к электрической прочности генератора. Во-вторых, газовый разрядник обладает относительно низкими ресурсом работы и частотой следования импульсов [7], что ограничивает применение генераторов с ЕНЭ и разрядниками для работы в условиях поточного производства.
Другой тип генераторов запасает в промежуточном накопителе энергию в виде энергии магнитного поля. Это т.н. генераторы с индуктивным накопителем энергии (ИНЭ)

[1, 2, 9-14]. В отличие от ЕНЭ, индуктивные накопители позволяют получать более высокие плотности запасаемой энергии, ограниченные не электрической прочностью диэлектрика, а механической прочностью накопителя. Кроме того, амплитуда выходных импульсов высокого напряжения генератора, зависящая от скорости обрыва тока прерывателем и индуктивности накопителя энергии, при сопротивлении нагрузки в несколько раз большем, чем волновое сопротивление оконечного каскада, значительно превышает напряжение питания ИНЭ. Эти особенности генераторов с промежуточным ИНЭ позволяют уменьшить габариты генератора наносекундных импульсов. Но использование в качестве прерывателя тока электрически взрываемых проводников или плазменных размыкателей, также ограничивали область применения генераторов с промежуточным ИНЭ из-за недостаточного ресурса работы прерывателей и низкой частоты следования импульсов.
Открытие наносекундного обрыва сверхплотных токов в полупроводниках [1-5] позволило создать ППТ, превосходящий по стабильности выходных параметров, частоте следования импульсов, как плазменные прерыватели тока, так и прерыватель тока на основе электрически взрываемых проводников и обладающий практически неограниченным ресурсом работы, а также создать высоковольтные импульсные генераторы с полностью твердотельной системой коммутации [9-12]. Данные генераторы обладают высокими потребительскими свойствами, что открывает широкую дорогу к их внедрению и использованию в различных областях деятельности человека.
Одна из традиционных сфер применения высоковольтной импульсной техники -генераторы рентгеновского излучения. Востребованность в этой области мощных легких источников питания рентгеновских трубок обусловлена необходимостью оперативного проведения интроскопии в нестационарных условиях. Серийно выпускаемые на сегодняшний день малогабаритные импульсные рентгеновские аппараты (ИРА) характеризуются довольно низкой частотой следования импульсов - на уровне десятков

2.1. Электрическая схема и конструкция генератора высокого напряжения «Пирит»
После обнаружения эффекта быстрого обрыва тока полупроводниковыми диодами [5] и создания на этой основе компактных наносекундных генераторов с частотой следования импульсов до 10 кГц [9] появилась возможность исследования эффективности дробления частиц с размерами < 100 мкм.
Для проведения экспериментальной проверки возможности эффективного дробления частиц с размерами в сотни микрон в 1997 году был создан генератор высоковольтных импульсов (ГВИ) «Пирит» [49] с полностью твердотельной системой коммутации, в отличие от генераторов с искровыми разрядниками, применявшихся ранее для разрушения твердых материалов. Электрическая схема генератора приведена на рис.2.1.
ГВИ представляет собой магнитный генератор импульсов [50], содержащий первичный накопитель энергии С1, коммутатор первичного накопителя У8, три последовательно соединенных магнитных звена сжатия Т1СЗС4, МБ 1СЗС4, МБ2С5 и твердотельный полупроводниковый прерыватель тока БОБ. Каждое магнитное звено содержит дроссель (трансформатор) на тороидальном сердечнике из пермаллоя и конденсатор. Пермаллой, как материал, обладающий узкой петлей гистерезиса с коэффициентом прямоугольности (3=0,9, позволяет использовать дроссели МБД МЭ2 и трансформатор Т1 в качестве твердотельных коммутаторов, а высокая индукция насыщения В5 = 1,5Тл - сделать эти коммутаторы довольно компактными по объему с малым числом витков в обмотках. Все магнитные ключи были изготовлены однотипными: в качестве магнитопроводов использовались кольца из пермаллоя марки 50НП с размерами 140 х 80 х 25 мм, на которые накладывались диэлектрические щеки из оргстекла, исполняющие роль несущего каркаса для укладки обмоток магнитных ключей и обеспечивающие необходимый зазор для электрической изоляции обмоток от сердечников.