Рентгеновская аппаратура и методики для диагностики динамических процессов в многофазных средах

• Автор: Пальчиков, Евгений Иванович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 369 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ИМУЛЬСНЫЕ РЕНТГЕНОВСКИЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ

РАДИОГРАФИИ

1.1. Особенности динамической радиографии. Терминология. Классификация

1.2. Методы и приборы для получения мощных рентгеновских импульсов

1.3. Современные источники импульсного рентгеновского излучения

1.4. Особенности конструктивных и схемотехнических решений известных импульсных рентгеновских аппаратов
1.5. Пути повышения КПД и лучевой отдачи ИРА для целей динамической радиографии. Основные задачи следующих глав диссертации
1.6. ВЫВОДЫ

ГЛАВА 2...................МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИЛЬНОТОЧНЫХ

ПОРТАТИВНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ДЛЯ ИРА
2.1. Электротехнический анализ передачи энергии в трансформаторе Тесла с сильно связанными контурами
2.2. Влияние омических потерь в контурах на работу и энергетические параметры трансформатора Тесла
2.3. Способ повышения коэффициента связи безжелезных высоковольтных импульсных трансформаторов
2.4. Компенсация зарядов на вторичной обмотке трансформатора с концентратором потока
2.5. Модифицированная теоретическая модель трансформатора на основе спирального генератора
2.6. ВЫВОДЫ
ГЛАВА 3............РАЗРАБОТКА СИЛЬНОТОЧНЫХ ИРА С ПОВЫШЕННЫМ КПД И
ЛУЧЕВОЙ ОТДАЧЕЙ
3.1. Аппарат для рентгеновской съёмки быстропротекающих процессов в средах малой плотности. Принципиальная схема и особенности построения

3.2. Технические решения безжелезного трансформатора с различными концентраторами магнитного потока

3.3. Разрядная цепь с неоднородной формирующей линией и раздельным срабатыванием разрядника-обострителя и рентгеновской трубки
3.4. Экспериментальное исследование характеристик ИРА
3.5. Реализации аппарата ПИР-100/240 в промышленных вариантах
3.6. Исследование динамической электрической прочности трансформаторного масла и перфторированных органических соединений
3.7. Разрядная цепь, совмещённая со скин-экраном и с незаряжаемой обмоткой вторичного контура трансформатора Тесла
3.8. Модифицированный спиральный генератор высоких напряжений и импульсный рентгеновский аппарат на его основе
3.9. ВЫВОДЫ
ГЛАВА 4..............РЕНТГЕНОВСКИЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ДИНАМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ В МНОГОФАЗНЫХ СРЕДАХ 22
4.1. Комбинированное оптико-рентгенографическое излучение кавитации
4.2. Исследование полидисперсных струйных течений
4.3. Съёмка движущихся биологических объектов
4.4. Съёмка объектов с предельно высокими скоростями
4.5. Измерение яркости и длительности послесвечения усиливающих рентгеновских экранов при интенсивном импульсном возбуждении
4.6. Рентгеновское исследование многофазных течений в пористых средах..
4.7. Цифровая фильтрация помех от рассеянного излучения
4.8. Методика исследования многофазных процессов в пористых средах с учётом точных спектральных характеристик источника, материалов и детектора
4.9. Разработка метода количественного рентгеновского анализа состава объектов для исследования быстропротекающих процессов
4.10. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Среди разнообразных методов исследования движения материала и его распределения в пространстве видное место принадлежит рентгеновской методике. В ряде случаев она оказывается практически единственной, позволяющей получить достоверную информацию об исследуемом объекте.
Создание и выпуск образцов новой и специальной техники требует развития новых направлений научного приборостроения и новых методов контроля процессов и изделий. К одному из перспективных в настоящее время направлений относится разработка импульсных рентгеновских аппаратов (далее ИРА), генерирующих мощные короткие вспышки рентгеновского излучения. Под мощным подразумевается импульс, который на дистанции ~1 м от источника за время менее ~ 10'7 сек может создать экспозиционную дозу, достаточную для получения рентгенограммы на обычной рентгеновской плёнке. Такие параметры необходимы для контроля веществ и изделий при динамическом нагружении (ударе, взрыве, пластической и упругой деформации), для исследования быстропротекающих процессов (детонация, впрыскивание топлива в камеру сгорания, кавитация), дефектоскопии в нестационарных и полевых условиях, в условиях радиоактивной фоновой засветки, непрерывного интенсивного производства, при съёмке биологических объектов в движении и т.п. Актуальной также является задача изучения динамики многофазных сред с получением количественных данных по концентрациям компонентов среды в условиях, когда эти среды находятся в экстремальных условиях по давлению, температуре, кинетической энергии в окружении прочных непрозрачных оболочек. Это касается как регистрации быстропротекающих процессов, так и регистрации относительно медленных процессов в случае моделирования условий нефтяного пласта при исследовании фильтрации смесей жидкостей через пористые образцы породы (статические давления до 1000 атм., температуры до 150° С).
Развитию динамической радиографии уделялось значительное внимание государства.
Учитывая особую важность создания и освоения импульсной рентгеновской аппаратуры ГКНТ СССР постановлениями № 403 от 7.09.82 г. и № 543/288 от 21.10.85 г. включил её разработку в перечень продукции, имеющей важное народ-

правило, это физика сверхмощных электронных пучков, физика плазмы и больших плотностей энергии, задачи воздействия мощных импульсов проникающего излучения на различные объекты (установки Aurora, Hermes II , Ангара-5, ИГУР-1, ИГУР-2, Акваген, Риус-5, № I табл. 1.1) и физика взрыва. Установки PHERMEX , SWARF , Thomson-CSF, ГОНГ создавались для динамической радиографии в особо сложных условиях - для просвечивания крупных плотных объектов на больших расстояниях источник-пленка. SWARF разработан и сооружен в лаборатории атомных вооружений министерства обороны Великобритании (AWRE , Foulness), Thomson-CSF - в комиссариате атомной энергии Франции (Sacley), PHERMEX - в JIoc Аламосе (США).
Существуют также импульсные рентгеновские аппараты для съёмки быстро-протекающих процессов на циклических ускорителях (бетатронах) и на плазменном фокусе. Первые слишком громоздки для того, чтобы быть переносными, а вторые обладают слишком мягким спектром излучения — поэтому они не включены в наш обзор.
1.3.2. Импульсные рентгеновские аппараты широкого применения
Характеристики импульсных рентгеновских аппаратов широкого применения, изготавливаемых различными фирмами и организациями, собраны в таблице 1.2. Более подробные данные по ИРА изложены в источниках [53-^95].
Фирма Field Emission Corporation в течение ряда лет в конце 50-х, начале 60-х годов выпускала серию рентгеновских аппаратов Fexitron, и аппаратов с выпуском электронного пучка Febetron (аппараты № 1-7 в табл. 1.2). Практически все аппараты построены по одной принципиальной схеме (рис. 1.3д), состоящей из генератора Аркадьева - Маркса (ГИН) и отпаянной диодной многоострийной трубки с автоэлектронной эмиссией конструкции Дайка (рис. 1.1в,ж; рис. 1.2а). Схемотехнические особенности аппаратов Fexitron и Febetron заключаются в замене сопротивлений в каскадах генератора индуктивностями и в применении двуполярной системы зарядки емкостей. ГИН размещается в стальном контейнере с газовой (фреон, SFß) изоляцией высокого давления. Изменяя давление газа внутри контейнера, можно плавно менять напряжение срабатывания разрядников ГИН и тем са-