Разработка и исследование источников мощных наносекундных потоков заряженных частиц и рентгеновского излучения

• Автор: Ратахин, Николай Александрович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 56 с. : ил

Общая характеристика работы

Основное содержание работы

1. Генератор СНОП-3 с первичным накопителем в виде линейного импульсного трансформатора
2. Установка СГМ на основе низковольтного ГИНа и обострения им-импульса с помощью электрического взрыва проводников
3. Многоцелевой импульсный генератор, способный работать на низко-импедансные и высокоимпедансные нагрузки

4. Наносекундное сжатие цилиндрических лайнеров

5. Генерация мощных импульсов жесткого рентгеновского излучения

Заключение

Основные работы, опубликованные по теме диссертации

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации
В конце 70-х годов в США и в России начались работы по наносекундному электродинамическому сжатию легких лайнеров. Для проведения экспериментов в этом направлении в США в начале 80-х имелся ряд установок (Proto-2, Pithon, Black-Jack-5) с мощностью 5+10 ТВт, в стадии запуска находилась суперустановка PBFA-1 мощностью 20 ТВт. Действующие к тому времени в России низкоимпедансные установки не превосходили по мощности 0,2 ТВт и не способны были обеспечить новое направление исследований. Разворачивался проект национальной суперустановки Ангара 5-1 на мощность > 10 ТВт. Следует подчеркнуть, что стоимость каждой из перечисленных установок превышала десять миллионов долларов. Проведение упомянутых исследований настоятельно требовало создания установок нового поколения. При этом, учитывая относительную ограниченность финансирования, особое внимание следовало обращать на минимизацию затрат. Анализ показал, что для выяснения основных закономерностей физических процессов электрического сжатия, терма-лизации ускоренного вещества на оси и его излучения вполне достаточно иметь установку с током 1+2 МА и мощностью 0,5+2 ТВт.
Еще одним важным фактором, требовавшим как в России, так и в США создания мощных низкоимпедансных установок, была необходимость исследований радиационной стойкости материалов и элементов электронной техники к излучению в спектральном диапазоне энергий квантов hv = 20+100 кэВ. Излучение этого типа получали при торможении электронов с энергией eU ~ 0,75+1,5 МэВ на тонких фольгах из Та, W. Ограничение напряжения приводит, как известно, к ограничению мощности тормозного излучения с единицы площади мишени. Поэтому, начиная с некоторого уровня, увеличение мощности установки не приводит к росту мощности дозы (при постоянной длительности импульса излучения), а позволяет лишь увеличить площадь облучаемой поверхности. Учитывая, что при исследованиях радиационной стойкости площадь испытуемых объектов > 100 см2, оптимальной для этих целей представляется установка с током 1+1,5 МА и мощностью 1+2 ТВт, то есть такая же, какая требовалась для проведения исследований по электродинамическому сжатию лайнеров.
Таким образом, актуальной задачей являлась разработка новых схем и создание тераваттных установок умеренной стоимости, а также проведение на них исследований по электродинамическому сжатию легких лайнеров и получению излучения в диапазоне hv = 20+100 кэВ на площади ~ 100 см2.
Кроме того, в начале 80-х годов имелись мощные и дорогостоящие установки другого типа: в США - Germes-2, Aurora и в России - ИГУР-2, созданные по другим схемам. Это более высоковольтные и существенно более высокоим-

тронного пучка составили 1,4 ТВт и 90 кДж, соответственно. Осциллограммы тока и напряжения показаны на рис. 32. На расстоянии от анода 3 см по оси зафиксированы дозы в интервале от 9,1 до 14,1 кРад, на диаметре 15 см на расстоянии от анода 3 см - от 5,7 до 7,7 кРад, на диаметре 21 см на расстоянии от анода 2 см - от 7,6 до 10,3 кРад, на диаметре 25 см на расстоянии 3 см от анода - от 4,8 до 6,1 кРад. Дозы получены усреднением по 3+6 датчикам, расположенным на заданном диаметре, что оправдано, так как среднеквадратичное отклонение показаний (менее 20%) не превышает погрешности измерений датчиками (20 -г 25%). Автограф пучков на железном аноде толщиной 0,1 см представлял собой два кольца шириной около 1 см со средними диаметрами, близкими к диаметрам катодов. Длительность импульса излучения регистрировалась РШ-диодом и составила 40 не.
Сравнение дозовых измерений, измерений тока пучков, а также вид автографа пучков указывали на то, что плотность энергии пучков и их реальная ширина (~ 1 см) на аноде примерно равны, а соотношение токов находится в необходимом диапазоне 1:4 -г 1:5. Эти измерения также подтвердили высокую степень симметрии колец, а также угловую изотропность источника излучения. На основе формул для расчета поля излучения от источников кольцевой формы можно заключить, что на расстоянии 2,5. + 2,75 см от анода достигнуты следующие параметры излучения на площади 500 см2 (диаметр 25 см). Плотность энергии в полном спектре составила 2 -ь 4 Дж/см2. Часть излучения в диапазоне 20+100 кэВ, определенная по той же методике, что и в экспериментах с пинч-диодом, составила 30+33 %. Это позволяет заключить, что в спектральном диапазоне 20+100 кэВ получены плотности энергии 0,8+1,4 Дж/см2. Неравномерность поля излучения на площади 500 см2 была не хуже 1:2.
Эксперименты по получению наносекувдных импульсов гамма-излучения с использованием техники ППТ проводились в диодной конфигурации, изображенной на рис. 32: плоский катод радиусом г с выбранной до г2 (< Г) и на глубину Н центральной частью, плоский анод из железа или тантала. Для улучшения равномерности эмиссии и уменьшения времени ее запаздывания кольце-

Рис. 32. Диодная конфигурация и расположение датчиков (режим с ППТ).