Разработка и оптимизация газоразрядного преобразователя для визуализации пространственно-модулированных полей рентгеновского излучения нано- и пикосекундной длительности и создание приборов неразрушающего контроля на его основе

• Автор: Алхимов, Василий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 157 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ Г АЗОРАЗРЯДНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ВИДИМОЕ
1.1. Конструктивные особенности газоразрядного преобразователя импульсного рентгеновского излучения в видимое
1.2. Формирование первичного ионизационного эффекта в газоразрядном преобразователе
1.3. Основы теории разряда в газе при атмосферном давлении
1.4. Визуализации скрытого изображения в ГРП
1.5. Преобразование ультрафиолетового излучения газового разряда в видимое
ВЫВОДЫ
2. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ГРП ДЛЯ РАБОТЫ С ИМПУЛЬСАМИ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НАНОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ
2.1. Оптимизация конструктивных параметров ГРГІ
2.2 Временные параметры ГРП
2.2.1. Физико-математическая модель формирования плотности ионизации
2.2.2. Временные параметры газоразрядного преобразователя рентгеновского изображения
2.2.3. Сравнение экспериментальных и расчетных данных
2.3. Роль вторичных механизмов в развитии многоканального импульсного разряда в условиях ГР11
2.3.1. Влияние ассоциативной ионизации на развитие разряда
2.3.2. Учет фотоионизации резонансно возбужденных атомов фотонами образующимися при уширении спектральных линий
3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ И ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ ИНТРОСКОПА НА ОСНОВЕ ГРП ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПОЛЕЙ НАНОСЕКУНДНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ
3.1. Функциональные схемы интроскопов на основе ГРП
3.2. Экспериментальная установка для исследований ГРП
3.3.Двухканальный задающий генератор
3.4. Генераторы импульсов высокого напряжения источники постоянного высокого напряжения для их питания
3.5. Источники постоянного высокого напряжения
4. ПИКОСЕКУНДНАЯ РЕНТГЕНОВСКАЯ УСТАНОВКА НА ОСНОВЕ ГРП
4.1.Импульсный рентгеновский пикосекундный излучатель
4.1.1. Импульсные рентгеновские аппараты
4.1.2. Пикосекупдный генератор высоковольтных импульсов
4.2.Мощность и доза рентгеновского излучения пикосекундного излучателя
4.3. Режим опережения импульсом излучения импульса питания ГРП
4.4. Квазистационарный режим питания ГРП
4.5. Документирование изображений
4.6. Применение пикосекундных установок
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИНТРОСКОПА НА ОСНОВЕ ГРП
5.1. Система параметров ГРП как рентгено-оптического преобразователя
5.2. Методика и результаты исследований отпаянных образцов ГРП
5.3. Испытания наносекундного рентгеновского интроскопа на основе ГРП
5.4. Блок записи видеоизображений
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Рентгеновское излучение применяется в науке и технике уже более 100 лет. Широкое распространение рентгеновские методы нашли в неразрушающем контроле в промышленности и в медицине. Это объясняется высокой информативностью этих методов, которые позволяют получить теневую картину контролируемого объекта. Но рентгеновское излучение обладает существенным недостатком - оно вредно воздействует на живые организмы. Поэтому разработка новых детекторов рентгеновского излучения, обладающих высокой чувствительностью является актуальной задачей.
Развитие рентгеновских методов заключается в непрерывном расширении круга решаемых задач, в повышении требований к скорости и качеству контроля, в требовании снижения радиационных нагрузок и повышения мобильности установок, в появлении новых условий контроля. Одним из наиболее важных направлений является создание усилителей рентгеновского изображения для систем малодозового контроля. Такие системы, например, используются для исследования динамических процессов, протекающих в агрессивных средах, непрозрачных для видимого излучения. Условия радиационного контроля динамических процессов в агрессивных средах требует или увеличение расстояния источник ионизирующего излучения - преобразователь, или защитных экранов для аппаратуры. Как первое, так и второе связано с применением высокочувствительных преобразователей ионизирующего излучения. В связи с угрозами террористических актов необходимо создание оборудования для контроля недозволенных вложений в багаже, которые должны быть безопасны для окружающих и обслуживающего персонала и мобильны. В этом плане перспективно применение газоразрядных преобразователей (ГРП), так как они удовлетворяют следующим требованиям: высокая дозовая

чувствительность, большая площадь рабочего поля, низкая себестоимость (что важно при возможности разрушения регистратора). Работа ГРП может быть синхронизирована с интересующей стадией процесса, преобразователь имеет малое время восстановления диэлектрической прочности газа, возможно регулирование времени памяти преобразователя.
Полученные нами результаты дают возможность разрабатывать переносные недорогие системы рентгеновского контроля для применения в промышленности, на транспорте и в медицине.
Цель работы - разработка высокочувствительного газоразрядного преобразователя для визуализации полей импульсного рентгеновского излучения наносекундной и субнаносекундной длительности и создание на его основе малодозового прибора неразрушающего контроля объектов в промышленности, технике, в области обеспечения безопасности перевозок на транспорте и медицине.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Исследование процессов взаимодействия рентгеновского излучения с конструктивными материалами преобразователя, оптимизация конструкции и применяемых материалов для получения скрытого изображения с требуемыми параметрами.
2. Исследование процессов развития газового разряда в условиях множественного развития параллельных лавин, процессов усиления скрытого первичного изображения. Выбор оптимального газового наполнения.
3. Исследование процессов распространения видимого излучения в собственном газе и способов повышения светоотдачи.
4. Исследование характерных времен процессов преобразования импульсного рентгеновского излучения в видимое. Решение проблемы синхронизации коротких рентгеновских импульсов и импульсов питания преобразователя.
5. Разработка структурных и принципиальных схем приборов на основе
ГРП.

излучения; усиление первичного изображения посредством газового разряда; формирование оптического излучения в процессе газового разряда.
3. Наибольшей эффективностью обладают ГРП, наполненные ксеноном.
4. Основным механизмом развития газового разряда является ударная ионизация, однако для правильного описания разряда в условиях ГРП необходим учет вторичных механизмов, учитывающих групповые процессы в плазме газового разряда.
5. Коэффициент газового усиления в условиях ГРП может достигать 106.
6. Оптическое излучение разряда в условиях ГРП состоит из видимого и ультрафиолетового излучения, причем выход ультрафиолетового излучения превышает выход видимого излучения примерно в 1000 раз.
7. Трансформация ультрафиолетового излучения разряда в ГРП наиболее эффективно происходит при использовании тонких слоев люминофора, возбуждаемого ультрафиолетовым излучением и высвечивающим в видимой части спектра.