автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Газоразрядный преобразователь для регистрации быстропротекающих процессов

ТОМСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РКВОЛСЦКК и ОРЛЕКЛ ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНЛШМ ШСТЕХИ1»ШСКЙЙ ИНСТИТУТ им. С. Я Кирова

Яч прзпах рукописи

Зайцев Александр Коштангиковнч

ГАЗСРАЗРВДБЬМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ РЕГМСГРЛЩШ ЬЫОТ РОПРОТ ЕКЛКЦИХ ПРОЦЕССОВ

Специальность: 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среди, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Темок - 1990

Работе» ггоельвка в Нйй пнгроешм» Томского политехнического кнсг!Л'»ха.

Научней руководитель - доктор технических наук, профессор Кулешов В. К.

ШучаиЗ воноульувнг ~ кандидат технических каук, о. я, с. Дель Б. Д.

Оф'лц'.К'.;1Ы!Ы5 о.|ррьенты - лектор тешмеских наук, профессор Погаладн Ю. Ф.

1:а:;аидат технических на/к, доцент Ру.у-жо В, К.

Во дуда орггаизашю - Шеногскоо ваучио- прокгьодствзкноо С5'ьет>,ш:ию "Спектр".

• ос

Загата состоится 1390 г. в _ час. ьа

аагедешш опб195эдш2г.оьааного Совета Д ОсА т. 05 ВАК ССОР при Тексхоы псштехютэском чкотктуге по адресу: 534028, Томск, ул. Савиных, д. 3.

С диссертацией мо.уко ос.ну-'.омпгься е Сиблиотело Томского политехнического икититуга.

Лгчоргфэрат разослан "/У" г.

Уч98кй секретарь окедк'длиэигобаяного

Соггта к. у, н. , дошит __ __ Б. Г. Вкнокуреь

' 'л

- 3 - .

оевдя хлрлг.теркст;ка рлюты

Актуальность проблемы заключается ь непрерывном расширении круга задач радиационного контроля, з повишепии троСозаний к сксгюсти и ¡качеству контроля, в требовании сниясния радиационных нагрузок, е появления новых уияозкй коктрэ.гл. Одним из наиболее вахчых направлений проблемы является создзниэ усалвтз-леП рентгеновского этоерагдкия дня систем ьалодозоиэго контроля. Такие скстеш, например, используются для исследования динатчеокхх процеегол, протекевдх в агреекззых средах, непрозрачных дат видимого излучения. Агрессивность сред характеризуется разлетом мох£1!Ичес:счх осетлсоз, удгпноА волной (взрыл и взаимодействие еиерадч с мкекьч), гасообрсяшлш продуктами сгорания топлива к т.д. Условия радиационного ¡хштроля динамических процессов в эгрееявшх средгх требует или упол:-чениэ расстояния ксточнжс искизирущего излучения - г.рообрч&о-вгявгь, или вагзгпа» гкрлнэв аппаратуры. Как первое, так й второе силзвно с прк:.зи<тпем янгомочувстшгт? тьпкх преобразователей ионизирующего излучения. 3 этой плана перспскгютго при-меневие газоразрядных преобразователей (ГР1Г), -так гак они удовлетг-орявг следующим требованиям.: газовая дозовчя чугстси-телькость, большая площадь рабочего пом, низкая себестоимость (что ва/яо при воэиатяоег-ч разругают регистратора), работа ГРП (рис. )) но.«&т быть уястко синхронизирована с штерзеуюпзй стадией процесса, преобразователь имеет малое время восстановления диэлектрической прскоста ггза, воз:.оуяо регулирогдаке времени памяти преобразователя.

Простейший газоразрядный прзоОросовзтель представляет собой плоскую герметичную двухэлектродиую камеру, наполненную рабочей смесь» на ос коз? ияертзте газов яри иоркаяьксм дазде-кии. Один из электродов выполняется прозрачном и служит для наблюдении и регистрации изображений. Гадимое иэобрзхзод и ГРП формируется совокупностью локализованных олека'рнчеоккх разрядов, развивающихся под действие.1-! электрического поля импульса летания и первичноЯ ионизации, созданной ч гаэсвоу объем;; ГРП рентгеновским излучением.

Приоритет л изобретении ГРП иркг-дделя СОСГ . йамоох*? глубокие ксслеяовзиая ГРП бь'ли проведены в НИИ интроскопии яри Томском голитехшыескоч мьстштге • В этих исследованиях были лредлолйзы модели формирования явобракшия в ГРП, усаанавлива-

ющце связь кеаду рем^с.м облучения и литания. Экспериментально было установлено, что ГРй имеет высокую доасвую чувстпитель-иооть в области рентгеновского излучения 40 - 1CG каВ и в случае ксенонового наполнения ( 10 - 10 Кл / кг), большие размеры рабочего ноля ( 0,5 к*к болеэ ).

Ренсгеновский интроскоп с непосредственной визуализацией изобра.«;.!шй па основе ГШ прост по конструкции. ПрэсСоазова-тель и соелущивасщис его системы иыэвт невысокую стоимость даже в единичном производстве. В результате исследований были шлуче;:ь" следукжке предельные параметры изображения: средняя яркость изображения при частоте 60 Гц - ( 30 - '40 ) КдЛг, разрешают способность С, 8 пар лил. /ш, контрастная чувствительность 12%. . Несмотря на то, ч-ro был достигнут существенный прогсеее в развитии ГЧ1, по основным ютрогкопичвеким характе-римдасан они уступают существуем усилителям рентгеновского изобракекия к ко зеегд-х.удовлетворяют требованиям практических задач контроля.

О целы« улучшения пространственно-временных параметроз газоразрядного преобразователя в дошкой диссертационной работе исследовались физические процессы формирования изобретения. Были разработаны математические модели и алгоритмы расчета этик процессоз.

В работе применен теоретике-экспериментальный метод исследования. Использована теория взаимодействия ионизирующего излучения с веществом, теория столкновений в сдабоиснизированной атомарноГ; плазме, теория столкновений в молекулярной плазме, метиды численного репеикя систем штегродифференцкальных и jiH'ItepoHöiajibi-.ux уравнений. Основной экспериментальные результаты получены с помецью современных измерительных средств,а таклз с использованием импульсных излучателей и генераторов питаний каносекундной длительности.

Научпаа новуаиа работы состоит в том, что: - в условиях разряда в газоразрядном преобразователя с ксекочоы«* наполнением вклад ассоциативной ионизации в размножение электронов не превышает 10 %;

■ (¡ятоионизацпг; резонансно возбужденных атомов фотонами, оС1ра;-,у|.[]!;:миоя при уширепии спектральных линий, приводит к оО-раго?анн;о вторичных фотоэлектронов, которые увзлнчиваиг скорость нарастания коэффициента газового усиления (возрастает на i'Ol'O, чго приводит к уменьшению ширины даьиннэ-стримсрного пе~

- G -

рехода и укенчзеккю отношения сигнал - шум и иэобрнкешт;

"• - наличия добавок воздуха приводит к тушэшго резонансного издуч?ния атомов инертного газа за счет обмена энергией мевду возбу.гдЬняшд! состояниями рабочего rana и колебательными уровнями молекул добавок. Эти BV процессы приводят к увеличению отношения сигнал-оум в изображении при незначительном сниадиии яркости наобратснкг». Добавка 20 Тор сиздуха к ксенону улучвает контрастную чувствительность до ОZ-,

- одооерэыэодое колодоров&пие пучка и наличие доС-теок воздуха уееличнваО'Г разгеоагау» способность ГРП. Piro еэдзаго с удепьзэдием вероятности рагшггии лавли из фотоэлектронов, сб-разуювдхсн з результате фотоиоииаации резонансно возбукцеккых атомов;

- ИСП04Ь20Ва!Н!0 Б ГРК НХОДКОГО ЯДЯ/.ТроДа СО СЩШТИ_1ИТ01)"М (KK'yFj , KF, КСг5д) и $х>ток&тод°."И (CsJ, CuJ, AJKgSi, Au) позволяет суи,естиешго улучиить параметры псеобразоарлелн: раарепй-кщу& способность до 2 - 3 пар для./им. Лучшее тлб-раодмя колучаето!! при использовании сикитшиштор-г кцт? то подпой £0 - 100 нкм ;t гелиетч или неснгогчм наполнением;

- теоретически, установлена и ног,тгеркдечв. эгаиериклнтальио порого.чач плотность ионизации кеенсиа з ГРП fMO см" ссотпггг • тзующап максимальной г.ситрастной чуестоитрдьисюта;

- устааовяэм, что изкЬн&вия дозы а ¡атулксс- от 1 до !С.) №.? приводят к и8(.йнчи»яо интегральной яркости »шОраяения

иа ЬХ с сохранением лачьстсв изо^ра-кетн, когда а.'/ллитуда импульсов питания находится а пределах fiO •• Р.5 кй,

- установлено, что oejiosm« процессами ол^деляодш Д'--ионизадо» рабочего газа лресбразсттоля яр-ипигея: прмизлрко электрета к ¡токуя? кислорода при участии птом*. ксенона и дпйсоимативнгя ржимокиация. Иодеиелнс дооаыж юддуха к -нону от о до 10 í.'m. ¡ji. с?., измен«-? »рзия ламяги пресбрдаогчт ля в предела); от ш""*- 10 о. а предельную рабочую частоту ог л до У;? кГц.

в иоулг-дто №XZ.Í¡iui шлй rifF!''j;ro;?a констиукшм сциктиллпционного гичо;»,;;р.и;Чо;'<; пи г< paaonaíeji-i, пойучлм еостплэзмм для раочет-а ста у-;«-

Ле;!ИЯ IÍ yHOT'JM tf«TOJ: ;|iptJ 'ЯКИ |f*.«>"'iHCBü W'Cv.'*4'!,IH,.,'/ ai' • ■ раечнг.-лм «.ътияды-п* mw>! к г.ернач'." но wa-улу ÍW!«4<;1>'5», lip-n.iWíHII УЯ1Ч;Ц«Г!'Ч ¡•.-«Ч>;Г'Ч:

1ÍCHM3 '".пи и к.чi.«-, на о г-.j?y::«í:*'' *«•;» i;a:í

памяти и времени восстановления диэлектрической прочности газа. На предложенную конструкцию сцинтилляционного газоразрядного преобразователи, получено полом-тельное решение ВИШ ГЛЭ на нредызт выдачи авторского свидетельства. Программно реализованы алгоритмические методы, обеспечивающие расчет плотности лошьацч е ГРЯ

Реализация в промыгиетюсти. Результаты диссертационной paOoTti иолользоиани в ШИ "Геодевия" и в ШО " Точность ".

Апробация работы. Осноевньй положения диссертация докладывались и сбсудцались на 4 Всесоюзной научно-технической конференции "Зчщита от иониэируадих излучений ядерно-технических установок." (г. Томск, 1985 г.). 5 региональной научно-техни-чьскои конференции "Молодые ученые и специалисты - ускорению научно-технического прогресса" (г. Томск, 198? г.), 8 Bcçora-tieïï научной конференции " Фигика вакуумного ультрафиолета и его изанмодейетъке о веществом" (г. Иркутск, 1989 г.), the 19 Inlet national Congress on High Speed Photography and Phat.or.ios, Cas«rldge, Englsnd, 1000.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в С научных статьях, 9 научно-технических отчетах. По результатам работы получено положительное решение на устройство. .

Обьем и структура диссертации. Диссертационная работа сос-ïoni' m введения, трех глав, заключения, списка литегатуры ив 133 наименований и приложения. Содержит 1S8 машинописных страниц, включая И таблиц, и V5 рисунков на 47 листах.

содйржаниз диссертации

обоснована актуальность темы диссертации, определена цель работы, поставлены аадача исследований и с^орму-лированы научная ношшка и практическая ценность работа.

Б ¡¡ерьой главе рассмотрен механизм Армирования изобретения в ГРП и изложено сокровенное состояние исследуемого вопроса.

Процесс формировать изобразит в ГГП состоит ил трок этапов: 4ормированлз «крытого электронного изображении, усиле-!1йе его посредством газозого раьрзда, трансформация ультрафиолетового излучения разряда в видимее.

Шрамогрц ГРП, определяйте его качество во «кого» определит си на стадии Формииозання скрытого электронного иасбракэ-

ния и зависят от спектрального, углоього и пространсгъешюго распределения электронов и квантов выходящих из электродов и оОразрваинмх в газе ¡¡осле взаимодействия излучения с газовой средой. '

Распределение электронов з элементах конструкции ГРП неволилось путем решения сосуг£от«тйувдйх уравнении переноса методом (.гат о- Карло.

Во всей области зшргнй падаачпх кзаптои в программе учи-тывапгся слэдуиме хина взаимодействии-. '¡оточ^гекч-, комчто-асвоко*: рассеивание, оф^егес образован»® алектрончо-поед? рэнтлс пар - niai квантов; иошюьциопшз столкновения, тормозное излучение, упругое рассеяние, аннигиляция - для электронов и позитронов. Перенос электронов рассматривался в .модели группировки малых передач энергий, фотонов - аналоговым спос Зом.

Миннтчьная энергия фотонов, до которой моделировалась их траектория составляла 1 гСэВ. Пороговая энергия электронов до которой моделировалась траектория, во всех расчетах составляла 10 дай.

Газовый разряд в ГРП инициируется рентгеновским или blico-коэнергетиьееким тормозным излучением. После подачи на электроды импульса высокого напрядання,' из областей первичной ионизации в газе развиваются электронные лавин», что приводит к усилению изображения. На начальной стадии своего развития газовый .разряд, описывается таунсендовскнм механизмом. В этом случае, увеличение количества электронов в лавиче происходит по экспоненциальному закону. .

Наряду с ионизацией электронным ударом в чистых инертных газах эффективно протекает процесс резонансного всепулгеига атомов. Их фотоиониаация действует как фактор увеличивающий коэффициент ионизации. Размнолшие электронов в л-чвиче опред*- v* ляетоя суммой козфрицпентоэ ионизации и фотоиониаации: <Л у*, где о(у - коэффициент ударной ионизации, 1 - ноо^иг.иепг ^отоиониэации ревонанеио всзбуаденных атомов.

При численном моделировании процесса р-лвантяя газдвого разряда в ГРП с учетом ф.угоиоииБац^и рекокансно гоз^уздеш-л;* атомон фотонами, рею прострочишь^)) на киыльнх спектрали"ч* линии, нолуче5:о хорошее. сопи здание с аксяердаентш^икки результата«*! по аувисимоогл яркости ГРП от иаррдивкиости ч.г-КТ ркчсскогс поля (рис. 2).

Дн.чли;! ;*;аульт.и*гл иоз^ия-г- лаг s

- в -

при нифадоккситях элекл рического поля соответствующих лавинно -•¿триьврному переходу и? одяночнух электронов, образованных на расстоянии пре шлющим диффузионный радиус лавины, начина,те разгибаться мэцщм разряды, которые резко нарушают пропорциональность шааду плотностью ионизации и плотностью разрядов,что сшуюут огяов»ви9 сигнал-' вум в изобразишь

I? экоперимекте.пьних «сследов-шилх, по изучении времени паКи! '1' г;'Н, Оыпо Е;а!л-чепо влияние добавок воздуха на качество »юи/чеыкяч» ¡"&оСрал;1Шя. Однако, физичсские процессы леяэщие в л:ж>№ ьтоги з^екта. г частности, влияние парциального давлэ-¡'л ъоодуха, ¡оучопи не были. Рекомбиаациоиьыз процессы и иро-!1"сцц им.юьепня г.лупюсц: возбужденных состояний атомов на •>том :ии-ло мт иогу-( пропорционально уменьшать ашшггуду "лтносл! е.ч9Ю!ронов и со и б/еденных, атоша, а не приводить к ■л/ ров'ту перораог.родблению на соседних участках, которое у.1'?!!".!,!!) Си качество ышшвируамого ивобрамеиия. Сявдователь-зависимость улучшения конграстной чувствительности от до-I'..угк езидуха следует- искать па стадии газового разрлцэ.

При наличии мшкуяцкш добавок важную роль в балансе ии электронов играют В\' процессы (обмен энергией мееду пА^гфотши войОувдонньми состояниями атомов и колебательными уровнями молекул), хиычоская реакция которых мотет быть предс-Тс'.илкИа в видз;

А ^ Ы - А + },Ш) 11),

|т» 11 - ьодекуда," А*- рззокаасно вазбувденнил атом инертного г.Ша, А - нейтральный атом гдза.

К едим процессы.', оутоептоя и тушине реэонанйного изщчб-нм;; йодов инертного гаа& молекулами азота и кислорода. Данная реакция котт протекать и в том случае, когда в качестве М ьис-уааот а-сом. Наличие молекулярных добавок приводит к уиели-чочню доли анергии зернимой электрснамч на возбуждение колебательны-; уровней.

Из рмоупках 3 и 1 1,р«дстаВ.1:оны зависш,;ссти изменения доли ;-.'Че,!;'нЛ «.-рхекед! на во.Ч>улнеаке колебательных ссетошшй от вс^рклаиллгги зи»крИ!Ч€скаго полп и парциального' дав 1«ния даг-.¡.у1.'1. добашиниого к ксбаону. И» рисункоь видно, что с. увелпчз-!.чсм парциалыю.'о дшгл^ния воздуха, дела энергии, ч-рряемня в в\' процессе па воа(7>д5ячо колебатс-льтж отстойник У ютнуд, ичин&стск.

НаС-кад.-емие I. окенериментах улучиенке контрастяой чуьетви

- я -

телькости, при наличии добавок воздуха, евяпако с влиянием ву процессов, прогекавдих в газовом объзи? ГРЛ, ксториа компенсируют' рззкув занг.сдаосгъ яркости от чапрякпшосгн злектрическо-го шля, обусловхежгу» процессами фогоионкеации резонансно воэбуадгнтдс атомов. Друга« словами, га, счет ВУ процессов, интенсивно протои&здде в областях с Оод&здй плотностью рсго-наксно возбуякс.чнкх атомов, уменьшается г-ероятпссть образования вторичны* электронов (¡'.я которых раагйяаэтся э.кксрокнь» лавины увеличивающие коэДОчцдоп: газового усиления) ъ областях с Солее низкой на'шыдай плотностей эденгроноз. При зток у».<ейбзяктся пространственные флуктуации яркссти экрана ГРП, что, а свои очередь, обеспечивает Солее прспорцгокасьнсо лре-обравозаиио первичного 'иснязацнотюго зффекта з грглс.ть. 'Гачим оСра.чо.м, добавки воздуха уменьшает: спорость раскрое ранения плазменного канала, егабшшзарул его резкое нарас'г.ание, и '¡-ей сакь",;, увеличивая участок пропорцасззлакосги линаяю-мрнмэр-ного перехода и отношение сигная-пум в изойрзлации.

Во второй главе теоретически кседсдозгпо влияш'.э конструктивных параметров ГРП на его кнтроскоп!!';ес1с;;е характерного«. Рассчитаны оятгашьнмз тояцяш яо выходу вторичны:'. электронен материалов, . используемых в вачесгвз зходше;: электродов, для рентгеновского я вызокоэиергетя'!ес!гого торчзгчого изучения.

Вкупвримеэтадьные я тоорятипзоккя исследования покгтеалн, что луичнгл параметрами изображения спадает ГРП с кв?:шош! наполнением благодаря большем;,' сеченио ЕзаиюдэйстЕМл с рентгеновским излучением (вуие зМексианоать регистрации!. а основным параметром, нгчякгзм п раорзялячу» опоиоСнсся. ГРП. является величина газового зазора

Известно, что в рентгенс/гр.г^и тарскэ кспользуюгол ускяи-заоя^» окраин. Б результате ьгззппдэйеоди в г-хталличеотем экране возникает поток зториш'Х электроне:», нанжу рентгеновских квантов. 7aw.ua металлического экрана по#7о» ется соопштстгонно энергии излучении5, ч разня ¡.лксимал* длин» пробега в-г.ричннк электронен в окра/¡о.

С цельи определения оптимашипс гаот»д «''К-

ратий пс бьяоду «а глгд зтсри«имх электронен, деггагажея за'-ре,а кн ртзл.чч!и/--: глубинах чол'ЛК'Н'.снсчншч) поглоти гелл. ¿¡у спектрон ог рейт! еновопиго аппарата >Л<РД - г Л с грлим'кЯ гией О }',:>}}, ,1 .я те '/м'троноп о грешчл!1'^! ■<■'.<■;■".

МаВ V '.'0 МэП с'лш нроиод'.-им (с.г.отч ме/одом •Кчрла .

учета гомепения спектрального состава падашрго излучения в рентгеновской области при определений оптимальной толщины экрана, кеталихческоэ покрытие располагалось аа слоем отекла ч'с.щчпоЛ 5 п..:, которое используется в настоящих конструкциях ГРП и обеспечивает необходимую механическую прочность преобра-зонмр.ЧЯ.

В едаггвуязда га.юразрядаш: яреобр&зоватвллх изображение Сор,пируете;: вторичным;; олектронамл, образованными к гаае и выводе •а ¿и па эюкгродо». Эти электрона йкзот большую энергию, а длина их пробега соизмерима с раадоргш газового промежутка, чго приводит к существенно,1,:у разынтпд пзображпия. Один из способов улучшения пространственно)! разрешающей способности -это Фориврошшо плоскостного глектронного изобралсгния.

Ь основе получении плоскостного скрытого электронного изображения для у лущения пространственной раэреващзй способности и отноиевш сигнал-шум легат физические принц;;«.; поучения и;юбра:юш!;"1 в КОП и. П1Э0П.

В КЗОН и ГЛЗОП при визуализации рентгеновского изобраг&ешш в впдпмой , вторичные электроны, образованные за счет взашм-докствия излучения с ¡веществом сцингиллятора, имеют значительно меньшую длину пробега, чем в ГРП с кеенововым наполнение?.;. Вшшчие высокой плотаосеи у сцингЕШТора не позволяет зторпч-ним электронам далеко уйти от оси первичного куш->а падающего фотонного нзлученпл. Образованное вгорачншш эле1»роиа1а световое изображение у» о ь:с-ньвой геометрической нерезкостью переносится на (¡отокаи'од, которы.1 окоичат&дьио 'формирует скратое алектролнее изобргжзвие. Электрона выведите из фотокатода кме-иг энергию ворядка тепловой и при выходе в газ практически -не изменяют пространственное разрешение. Таким образом, скрытое электронно« Ийобраз.юнке получается сформированным вблизи плоскости (¡етокатода, что и позволяет получать более высокое прострацол1 ванное разреакняе.

Непосредсве-нный перенос технического решения РЭОЯ не мотет Сигь осуществлен и по той причине, что РЭОП это юкуушне системы, е ючорих псюлъ-зутск $о?сю*оди выполненные на основе цемчних металлов, коюрые дало в условиях комнатной температура бне/ри реагируй с кислородом к парами воды, что приводит образованию окиси и гидроокиси.

15 работе юсдадозаиа ко&шмюсть применения фегока'юдоа из котамэв и ка основе хи;,<ичое;;Е<к соединений стойки* к атмосфер-

- 1.1 -

ным воздействиям.- ВсС, !4<0, ШцЗг, Л1Ме21, ад, Св.!, еышер-еодертащее стекйп в водороде.

Работа йь!хода даааих материалов больш 5 зЗ, что суцеет-венно йр^чйчйяаег использование сцмлтклляторов, лдеевджш в пасторе время. Использование сциатиилчторов с энергией в ЧЛегаре люшнисценции с энергией < 5 зВ приводит к плохому йпектральпоиу соответствию мелду фэтокатодом и сшш-гиллятором, что скикает чувствительность детектора. Лучшим спектральные соответствием с предложенным;: фстокатодаш обладай сцштшл-торы КГ , КМ^ , КСа?.

Для достижения шэмкодьиогс стпошжя сигнал-шум в анализируемом изображении 'иеоб.'содимо, чтобы плотность потека электронов всходящих ив фотокатода пресыщала плотность потока электсоно» эшттироьаннь»: с поверхности -¿отокатода оа счет вакуумного ультрафиолетового (ЕУФ) излучения разряда. Рабочий газ лолмн такйе обкидать низкой эффективностью регистрации рентгеновского излучения.

• В работе установлено,' что основная эмиссия фотоэлектронов с поверхности м'огокатода будет наблюдаться и после разрядный период, ь Ьто значит, что обратная связь не дожна оказывать существенного влияния на параметры СГРП

'На оонозанни произведенных расчетов сделан вывод о том, !чтс ьптнмадыюм рабочим газом в ОГРП является гелий.

На рис. 5 представлена расчетные ЧКХ СГРП и ГРП, на рис. 6 -зависимость распределения поглощенной энергии от резкого края В о'гих конструкциях. • ■■

Использование в, 'ГРП входного электрода со сцйнтиллятором ¡КСаР,) и «^стокатодами (Су, ОД, Аи) поз-

воляет- суарсТпейио улучшить параметры преобразователя.- разое-шзю'лдя способность улучшется п 0,0 до 2-3 вар лик/мм. Лучшее качество изобрамйикя получается при использовании сцинтйляято-ра голгшной 20 - 100 мкм.

На рисунке ? .представлена конструкция оцннтилляцконкого газоразрядного !преобрапователя.

В третьей глад?? ясолгдуютоя временные параметры газоразрядного преобразователя: время памяти, Ерекя восстановления диэлектрической прочности газ».

Под временем памяти газоразрядного преобразователя понимается время, в течеш'е которого сохраняется информация об объекте ьонтроля. В отличии от искровых и трековых кзмэр, в :юто-

pux под временем памяти и времздэ«, восста!Юв„гнил подразумеваются счетные характеристики, Д4я газоразрядного преобразователя эта характеристика связана с качеством получаемого топраття С контрастная чувствател^врргь, разрешается' способность ). В зависимости от задержи кещу. вдульсом рентгеновского излучения и импульсом высокого напряжения, подала,г,-' мого на электроды преобразователя для визуализации скрытого,, электронного изображения, из-за диффузии и рекомОинационных процессов происходит перераспределение плотности зарямнпых частиц по координате и измгнение ее значения.

Таким образом, время памяти к&'-мадазает ограничение на дл'тельнесть импульса рентгеновского излечения и определяет выбор коммутир/щщ элементов в генератору, литания газоразрядных прэобраг-озатедай и импульсного рентрсч,юг-ского аппарата, а также блоков синхронизации.

При работе преобразовало ¿si в частотном ракше, необходимо, чтоОа состояние рабочего г аза к приходу слздуюцего импульса питания возвращалось в первоначальное. Вр&мя, хапсЛтерезуюз-оо возвращение га&а а нормальное состояние называет i временем восстановления диэлектрической прочности газа и оно исчисляется от момента окончагш;: тока в fía;,¡эре до мзыгита прилегания повторного импульса тетания, приводящего к возникновению пробоя с той же вероятностью, чго и при подаче одиночного импульса, не связанного с прохождением частицы.

Время восстановления диэлектрической прочности газа ограничивает макеимульную частоту работы ГРП, что являете« очень важным при регистрации высокоскоростных дпнаыичосспх явлений.

В таблице 1 кредставлевн характерные времена основных химических .'¡роцессэв, определяли: юмоненио плотности злзкт-рснов в условиях газоразрядного преобразователя при различных ларциаиьиых давлениях воздуха в ксеноне при Т-300 11.

Система диф^рэнщильпих уравнения описиваютях изменение плотности зарлтенпых чясткц, с. учетом анализа элементарных процессов протекаю«!»* б i'wcbom объеме преобразователя, имеет ВИД:

J bíXi'p/iH ■■ хШЬоП-а.чСХс;] t 7),

17Ю n, tXo^], IXe"), L0~ J , Г0[ XeJ - плотности электронов, молекулярных (юьов, положительных ионов,'отрицательных ионоя, молекул кислорода л атомов ксенона соответственно; D - козф}м-циеат дяй.уэии электронов; /3 , d, , 'f - скорости процессов ■{ 5 •)•,'( ё ) и реакции Хе++ 2Хе - Хе„+ + Х.е соответственно. Начальные условия системы уравнений { 7 ): Г/? а-о/- схе* с t=п0 (х.о) [fo; (t--a)l -L'Xr* (t '0)J~G H).

Граничная условия анетолы ( 7 > Оилч получены путем решения бег учета дпфйуоип.

При определении вееменг. пал'.ти. к с реме ни восстановления в качеотг.е критерия зозьрадения таза и исходное состояние молено использовать плотность эл&этронсв полученную расчетным путем из распределения краезий Функнии а чистом ксеноне при аадерже импульса мтання итносяг&лъ'к» кшульоа излучения на 1 мс. Возможность копол!,по1 ?ига д; (того крптеоин подтверждается экспериментальна« н:0*!Д9пш»и, где прч задержке 1 но изображение контролируемого ocw.wa на проявлялось. Теоретические росчеты пропеденнш численными методами с использование;,'. ранее приведенных сойтяэшшт дают геличину 8-10 см"!

Анализ расчетов по определению времени памяти ГРП но раэ-решаадрй способности ГРП .позволяет сделать вквод, что при изменении добавок воздуха к ксенону р - 10 мл. рт. от. время иаш-ти регулируется в пределах 10 - 10 с.

Получено аь'ражпие длл определения времени восстановления пои кокЛинкропапи i •'очшзздих" полей и добавок воздуха':

" 19).

'(■ - ьремя реакции f Ь ), <J - величина шлалектродиого ча-еора,/,?- подлинность электронов, Е - напряженность электрического поля,

Результаты расчетов показали, что вменение добавок воздуха в проделан от 0-20 мм. рт. ст. позволяет изменять частоту работы преобразователя от 4 - 78 кГц ( рис. 8 >

. Теоретическое рассмотрение вопроса о регулировании времени восстановлен!». привод»* :< то;<у,что: 1) при исиодьаозвиш ГРП с чистим ксеноном наиболее эьфективро использовать "очииушшле" алектрические поля; 2) там,где .не требуется высокой яркости няобралени/,, йф{/>ктив1'о р.спольсовить добавки воздуха. Ером>; того, при негюлыаранш; дойаьоч говдухн не требуется специальных кстп'руктчвних ч о<еч.шх реяенкй Д"л создания и подочи "очиид-

ющих" электрических полей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

'л • '

1. Теоретически установлено, что вклад ассоциативной иояи-аации в размножение электронов в газоразрядном преобразователе с ксеноновым наполнением не превышает 10 Z.

2.Эксперкюитольшшп измерениями яркости 'и.' теоретически установлено, что фотоштяа&т резонансно возбузденлкх атомов фотонами, обр^зую;цкькея при ушрении спектральных линий, приводит к образованию вторичных фотоэлектронов, которые увеличивают скорое?!. наростанш коэффициента газового усиления (возрастает на 20/,), а это приводит к уиекышшю ыирлчы лавинно-стримерного перочода и ув&личзшпа отношения сигнал -иум в изображение

3. Укелеримеигалыиии иесйедованками к теоретически:,ci расчетам.; установлено, что наличие добавок еогдуха приводи к ту-stcKito регонаьепэ возбужденных агошв за счет обмена энергией и?>лу возбужденными ссеюакшыа рабочего rasa и колебательна« Уровнями молекул добавок. Эги БУ процессы приводят «'.Увеличению отношения сигнад-шун в иаображнии пр»; незначительном снижении яркости изобрэл-ний. Добавки 20 тор воздуха к ксенону улучшают контрастную чувствительность до О?..

4. Экспериментально установлено, что одновременное коллкми-!)онаеие пучка и наничие добавок воздуха увеличивает разрешаю-и.у;о способность ГРП к связано с уменьшением х^ооятиооти развития лавин »га фотоэлектронов, образующихся в результате Фэтоионйзацик ревонаноно вогбукдекиах атомоз.

3. Теоретически раочитаао, что иолольвояание в ГРП входного :.илк1рода со ^цкнтидлятором (KMgl^ , KF, НСа^) и фотокатодаш (CsJ, CuJ, AlKfeSi, Au) позволяет существенно улучшить парамет-1»м. преобразователя. Лучшее качество изображения получается при "иоиольполанаи. сцинткллатора Kh'gF^ толсдонолй ЙО •• 100 мкм и ге-íü'íbum или неоновым наполнением. .

г>. Теоретически установлена и подтверждена ыкешерименгально порогов^; плотность кснизании ксенона в ГГП (8 1Q*cm~j ) соответствующая максимальной контрастно»'! чувствительности.

с'кеперкмонтально и теоретически установлено , что изменения лгек в импульсе от 1 до 100 mkF приводят, к кзуенению иа-ттгр-'льной яркости даображния ГРП на 82 с сохранением качеет->•» ил-.браадкин, когда амплитуда импульсов питания находится с

(

- 1(5 -

пределах 20 - 25 кВ.

8. Теоретически установлено л акслерименталыгс подтверждена, что основными процессами определяющим' деионизацию рабочего газа нросоразователя являются: прилипание электрона к шле-nf/лв кислорода при участии атома жечона и дкоооциатиьиая 'рекомбинация. Изменение добавок воздууа к ксенону от 0 до 10 ¡¿m.jit. ст. йзшр**« время памяти преобразователя в вредо.<шс от 10 - 10'с, а предельную ра'ючув частоту от А до 73 кГц.

9. Преллог^ни алгоритмы расчетов иэыэаенш плотности яонл-бодии на казгдом из атансв ^срияровшия ъбибрйя&аич.

Результаты работы язлокени ъ одадукжш работах:

1. Аяхишб U В., Зайцев А. К. , Кснонов М. Ю. Измерения светотехнических хераеткрйстик ГРЛП. lea, док. 5 региональной конференции "Моле»« ученые и специалисты - ускорении научно-технического прогресса", Томск, 1936, с. 12-13.

2. Беспалов В. И., Дель В. Л. . Зайцев А. К и др. Контроль закдтн с помощью газоразрядного преобразователя. Тез. док. 4 Есес. ;копф. "Защита от иояв&круших излучений едерпо-текничзских ус-"танойок'Ч Томск, 1985, с. 103.

3. алхнмоЗ К). й., Дель В. Д. , Зайцев А. К и др. Малодозсвал газоразрядная реаггояэвека* яевэ.чь. Пяфор.м. л;?ат ЦНТИ, 15, НГД-37, ToNiCK, :196V.

4. Беспалов Б. 11, Зайцев A. К. , Псионов М.Ю. , Кулс-исв В. К. Собственная не резкость газоразрядных преобразователей, работающих с вмсскоонеогетйчесгпм тормозным излучением. Дефектоскопия, 1988, а, с. 71-78.

Ъ. Зайцев Л. К. , Дель В. Д. Кононов !L Ю. и др. Под, решение '¡6303'¿с/31~2Ь (0Ь6157). Газоразрядный преобраеовагель рентгеновского изоЗратеаин в ъидчмое, 1GQ9, с. 7.

6. .'Зайиоз А. К., Кулешов Ь К. йвхко электронов иг золотого токаюда под действием ЕУS излучения раврвда. Труди О Есес.конференции "фкшяса вакуумного удвтрефколата н его ьзои-модерегькс с веюеатьок", Нркугсл, 1989, е. 79-BS.

7. nel V. 0. , Zaltsev А. К., Kuiesliov V. к. "lw Tin» Pamrelers of X-ray irrice G&s Discharge converter. Cambridge, Ens lend, 1300.

- 16. 2 15 8

Рис. I,Конструкция ГРП с реэистнвными слсячи.1 - слов; люминофора, 2 - алюминиевая фольга,3 - реэистивный с,сой,4 -- газовый бйнтиль,5 - прозрачный проподгщгЛ -елей ЗнО^, б - сггхло-У - стеклянная рамкат газовий объем.

0,8

0,6

$

ж С, Л 0,2

___ --- „.Ж 7

¿ТА

О В Г6 24 32 Е.кР/сн Рпс.2.3аг.исимоеть яркости свечения ГРП от напряженности з.чек-триче<лсогс по'.тя. Т--эксперимент,2-расчет с учетом фотоио-нпг»аии1! резочансно-гозбугсдеиних атомов,3-расчет только с учотсм ударной ионизация.

0.4 !■

9

к ё

с1 10 ?0 3 Е, к В/си 3. ihc.ii'"' 'Спе^лл доли пгерпш терченоИ в СУ--лг>дал:е-:.л гт ¡ч-щчэгннот; лд.чсгрнчеен-л'л поля при

,г'.1;.г!. лу г;ол,"У>к ¡«'•'■нг'у. 1 - г.-—10 2 - г--7 1с:.Г';?/.-р-1 г-' Тор.

0,3 0,2 0,1

О £ 4 С ß Рис.4. Заригкмзсть юмшяшя роли энергии терчгмоГ) s BV -про-цессяч от парциальное» догоонья гху^ха и различен ка-rspn^.ei¡постrtx электрического ¡.си-т. I-Е-10 кВ/сч,2-Е=3 кВ/см.З-Е^ЗО кВ/см,4-В>15 к2/ег,т;

С 0,4 С.6 0,8 l.re'1

Рис. 5. Частотно-контрзстг-.'ые характеристики : . I - СГРП, Z - ГРП

1,0 0,8

S С,б

s О,.]

0.2

-•1,5-3,0-1,«> 1,5 3,0 х,''м Гис.6.Гг.онрод^леки»? псгло'декной энергии от реокого края, f - CrpiKct,-- 100 м!ш),г - 1ТПЦ.г= 5 ум)

- ТВ -

3

----\

1 2 4 5 6 7 В

ЗпО^, 2 - стекло, 3 - прозрачные, электрод, 4 - сцда-ткллятср, 5 - фото-чатсд, 6 - слой лгашм^ора, У ~ - стекллнпая ралже, 0 - газовый вентиль.

Таблица I

1 .о а £ Химическая реакция Парциальное даЬление 6о.зд(/Х0,Тор

Р "Ра р-1 р * б р = 10

г» ^ 2£Ч0г из -/о'5 ■¿рНй ' 1,26404

3 25,4 7,540 г 1,5 -!0'1 7,5-19 3 5-Ш'5

4 С г + ->£?/ С>£ 5,5 ;\95-Ю 2,5410 3

5 (¡¿-е +Хе ->(7/ ->Хе 1,6-10* 105-Ю5 35Н06

б Хс^ч-е Хз +/<? ЪЪтЮ* &5-Ю3 зр-ю3 Щ-Ю*

р - остаточное давление Боздухз.

я 10" 1т

о КО Я>0 Г, Б/с;-) Гис.?.Зивпсш'ос:гь изменения врсмени восстановления от налаженности " очгецаюшзго" олоктрическего ноля при рзг.лшшы>: добавках воздуха Л- р=р0,2- Р" Ю Теп. ,3- р=1а Тор.

■Л

А