Д. А. КОВАЛЕВ, Е. А. ШИКАНОВ, Н. Ф. КОЛОМИЕЦ1,

А. Е. ШИКАНОВ2

ЗАО CПЕКТР-Комплексные системы контроля, Moсква

1Институт ядерных исследований УАН, Киев, Украина

2Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

генерация рентгеновских квантов

в малогабаритных импульсных диодах

с внутренним анодом

Рассмотрены особенности генерации квантов рентгеновского излучения в импульсных диодных системах с коаксиальной геометрией, внутренним анодом и взрывоэмиссионным катодом. Предложена простая модель формирования импульса ускоренных электронов, учитывающая движение катодной плазмы в сторону анода. Описан вариант действующего макета ускорительной трубки для генерации рентгеновских квантов с керамическим изолятором.

В связи с развитием сети трубопроводного транспорта продуктивных углеводородов возникла проблема предотвращения аварийных ситуаций, связанных с утечками энергоносителей. Поэтому особую важность приобретает задача контроля качества сварных швов, на элементах трубопроводного транспорта, так как дефекты в местах сварки, являются главной причиной возникновения утечек.

В настоящее время одним из наиболее эффективных методов неразрушающего контроля сварных швов является рентгенография [1]. При этом для повышения достоверности и экспрессности контроля необходимы ускорительные трубки, в которых можно получать килоамперные токи электронов с энергией до 400 кэВ. Одновременно для улучшения четкости рентгеновского изображения необходимо минимизировать эффективную площадь фокусного пятна. Обычно это достигается в диодных системах с аксиальным ускорением электронов при использовании проекционного метода, когда поверхность мишени плоская и ориентирована под определенным углом относительно оси трубки.

Минимизацию эффективной площади фокусного пятна можно осуществлять также в диодных системах сферической или коаксиальной геометрии с внутренним анодом-мишенью малого радиуса или в комбинированных системах, несущих в себе свойства сферического и коаксиального диодов. При этом наиболее эффективной является система с игольчатым анодом [2], которая позволяет эффективно образовывать взрывоэмиссионную катодную плазму, распространяющуюся к аноду и являющуюся интенсивным источником электронов. Напряженность электрического поля в области анода при этом может превышать 108 В/м.

В процессе проектирования трубки для предварительной оценки ее физических и геометрических параметров была рассмотрена простая модель формирования импульса ускоренных электронов, учитывающая движение катодной плазмы в сторону анода. При этом зависимость плотности анодного тока от времени t рассчитывалась на компьютере по закону Ленгмюра-Чайлда-Богуславского для коаксиальной и для сферической моделей электронного диода [3]:

j(t) » a[r(t)/rA] f(v) (U(t)3/2, (1)

где a(х) функция, получаемая приближенно при решении уравнения Пуассона, rA - радиус анода, U(t)- напряжение на ускоряющем зазоре, f(v)- поправка, учитывающая наличие у электрона начальной скорости, r(t)- зависимость от времени радиуса фронта катодной плазмы, движущегося в сторону анода. Эта зависимость рассчитывалась с помощью дифференциального уравнения:

dr/dt = r/(t+t)+j(t)/en(t), (2)

где е - заряд электрона, t - характерное время образования катодной плазмы, n(t)- электронная плотность катодной плазмы.

В результате проделанных расчетов были выбраны геометрические размеры ускорительной трубки, а так же выработаны технические требования к высоковольтному источнику ускоряющего напряжения и изолятору трубки. В качестве материала последнего была использована специальная керамика. Вакуум в трубке составляет величину ~10-5 Па. Максимальный диаметр не превышает 0.04м.

Для запуска ускорительной трубки был изготовлен импульсный высоковольтный источник на базе трансформатора “Тесла”. Испытания действующего макета трубки показали, что при амплитуде ускоряющего напряжении 300кВ, амплитуда электронного тока составила 2 кА, что находится в согласии с расчетными данными, а доза на расстоянии 0.5м составила 1мр/импульс.

Список литературы

1. , , Удралов контроль сварных соединений. С.-Петербург, Энергоатомиздат, 2001, 145 с.

2. , Иванов и рентгеновские приборы. М., Высшая школа, 1976, 208 с.

3. , , . Ионно-вакуумные приборы для генерации нейтронов в электронной технике. Киев, Техника, 1988, 160с.