автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка новых технологий и конструкций мобильных рентгеновских интроскопов

На правах рукописи

Ои-З'*"--

Буклей Александр Александрович

РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОНСТРУКЦИЙ МОБИЛЬНЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ИНТРОСКОПОВ

Специальность 05.11.13 «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»

- з ДЕК 2009

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2009

003486653

Работа выполнена в ЗАО «Научно-исследовательский институт интроскопии МНПО «СПЕКТР» и ООО «Флэш электронике»

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук

Артемьев Борис Викторович

Доктор технических наук, профессор

Леонов Борис Иванович

Доктор технических наук, профессор

Горшков Вячеслав Алексеевич

Ведущая организация: Академия управления МВД России

Защита состоится 16 декабря 2009 года в 10 часов на заседании

Диссертационного совета Д.520.010.01

ЗАО «НИИИН МНПО «СПЕКТР»

по адресу: г. Москва, ул. Усачева, д. 35, строение 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

ЗАО «НИИИН МНПО «СПЕКТР»

ноября 2009

г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Королев М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальпость работы

Важнейшей составляющей мероприятий, направленных на совершенствование антитеррористической деятельности, следует считать оснащение специальных подразделений эффективной поисковой и досмотровой аппаратурой. Аппаратурные методы обнаружения предметов террористического назначения реализуются в комплексе средств технической диагностики. При этом наиболее информативными и надежными являются методы и средства радиационной интроскопии.

В конце 80-х - начале 90-х годов прошлого века производство отечественной аппаратуры рентгеновской интроскопии значительно отставало от потребностей правоохранительных органов. Оснащение силовых структур громоздкими рентгенографическими аппаратами и переносными комплексами У1с118со (Израиль), «Лебеда» (Россия) уже не удовлетворяло предъявляемым к ним требованиям ни по производительности, ни по качеству диагностики. Эксплуатационные характеристики не позволяли использовать их в реальных условиях вне помещений, а высокая цена импортной аппаратуры сдерживала массовое внедрение этих комплексов в практику.

Повышение требований к технической оснащенности антитеррористических и других спсцподразделений поставило на повестку дня целый комплекс задач по созданию и развитию массового производства отечественной рентгеновской досмотровой и поисковой аппаратуры, отвечающей современным требованиям к ее основным эксплуатационным параметрам: малые масса и габариты переносной аппаратуры, высокая производительность при высоком качестве рентгеновских изображений, возможность эксплуатации в условиях ограниченного доступа к объекту, безопасность персонала, работа в широком диапазоне климатических условий. Необходимость реализации указанных требований явилась предпосылкой к постановке и выполнению данной работы, обусловив ее актуальность

Актуальность работы подтверждена также рядом указов Президента Российской Федерации и постановлений Правительства Российской Федерации, в том числе:

- постановлением Правительства РФ от 10 Марта 1999 г. №270 «О Федеральной целевой программе по усилению борьбы с преступностью на 1999-2000 годы»;

- постановлением Правительства РФ от 2 декабря 2004 г. №722 « О подписании дополнительного протокола о борьбе с терроризмом к соглашению между правительствами государств - участников Черноморского экономического сотрудничества о сотрудничестве в борьбе с преступностью, особенно в ее организованных формах, от 2 октября 1998» г.;

- указом Президента РФ от 22 января 2001 г. № 61 «О мерах по борьбе с терроризмом на территории Северо-Кавказского региона Российской Федерации» (с ред. от 3 августа 2005 г.).

Цель работы

Целью работы является создание мобильных рентгеновских интроскопов, предназначенных для оснащения антитеррористических подразделений правоохранительных органов, дефектоскопических лабораторий строительных организаций топливно-энергетического комплекса (ТЭК), на основе развития методов рентгеновской интроскопии, разработки специальной элементной базы, внедрения современных технологий и освоения серийного производства отечественной рентгеновской аппаратуры.

Реализация поставленной цели достигается решением ряда задач

1. Анализ существующих технологий и средств рентгеновской диагностики применительно к задачам досмотра транспортных средств, багажа, ручной клади, отдельных предметов и упаковок. Исследование методических и технических особенностей разминирования штатных и самодельных взрывных устройств. Исследование характерных демаскирующих признаков устройств съема информации. Оптимизация номенклатуры технических средств рентгеновской диагностики. Выработка тактико-технических требований к рентгеновской технике,

обеспечивающих качественное улучшение деятельности специальных подразделений, направленной на снижение вероятности осуществления терактов, обеспечение информационной безопасности, безопасности объектов государственной охраны и недопущение техногенных катастроф.

2. Разработка новых технологий для создания высоковольтной элементной базы, а именно: рентгеновских трубок, газонаполненных разрядников, низкоимпедансных высоковольтных конденсаторов. Создание соответствующей технологической базы и освоение серийного выпуска изделий.

3. Разработка математических моделей и алгоритмов расчета импульсных рентгеновских генераторов на основе импульсного трансформатора, работающих как на первой, так и на второй полуволне.

4. Разработка модели и определение условий локализации неоднородностей в досматриваемом объекте методом обратнорассеянного излучепия.

5. Создание мобильных рентгеновских интроскопов, предназначенных для решения задач по обеспечению безопасности государственных объектов страны, проведение сертификации, освоение серийного выпуска, обеспечение оснащения разработанной техникой специальных подразделений правоохранительных органов и дефектоскопических лабораторий, отработка методики и технологии их применения.

Методы исследований

Теоретические исследования проводились с использованием методов математического анализа, теории вероятностей и математической статистики. Решение дифференциальных уравнений выполнялось методом Рунге-Кутга 4-го порядка.

Математическое моделирование проводилось с использованием пакета Visual Studio па языке программирования С ++.

Экспериментальные исследования выполнялись с использованием высокочастотных осциллографов, специально разработанных импульсных дозиметрических приборов, высоковольтных делителей, шунтов и других стандартных методов и средств.

Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований достигалось путем использования сертифицированных и поверенных образцов, мер, а также метрологически поверенной аппаратуры.

Научная новизна работы

Для реализации поставленной цели были выполнены комплексные теоретические и экспериментальные исследования и научно-технические разработки, обеспечившие достижение качественно нового технологического уровня в данной области, в том числе

1) теоретически и экспериментально исследованы процессы взаимодействия прямого и рассеянного рентгеновского излучения в диапазоне энергий от 10 до 100 кэВ с различными материалами и изделиями из них. Определены условия, необходимые для локализации типовых объектов при обратном рассеянии по критерию отношения сигнал/шум. Исследованы и определены предельная толщина и чувствительность контроля многослойных конструкций на основе метода обратнорассеянного излучения в зависимости от параметров рентгеновского излучения;

2) разработаны математические модели импульсных рентгеновских аппаратов на основе различных схем построения с учетом эффекта близости, скин-эффекта, емкостных связей индуктивности первичного контура. Теоретически установлены и экспериментально подтверждены зависимости влияния технических (габаритные размеры, количество витков, способ намотки) и физических (коэффициент связи, рассогласованность частот, сопротивление, емкость, индуктивность) параметров на КПД передачи энергии из емкостного накопителя первичного контура во вторичный контур;

3) разработаны алгоритмы оптимизации параметров трансформатора при передаче энергии на первой и второй полуволне;

4) теоретически и экспериментально исследовано влияние величины разрядной емкости на суммарный выход рентгеновского излучения за период ресурса импульсной рентгеновской трубки. Сформулированы принципы выбора величины разрядной емкости в импульсных интроскопах в зависимости от толщины и плотности контролируемого материала.

Практические результаты работы

Разработаны и поставлены на серийное производство рентгеновские комплексы специального назначения стационарного и портативного исполнения, значительно превосходящие по своим характеристикам лучшие отечественные и зарубежные образцы или не имеющие аналогов.

1. Для оперативного обследования отдельных предметов и объектов в масштабе реального времени и в условиях ограниченного времени досмотра - малодозовый портативный рентгеновский комплекс «Шмель-90/К».

2. Для оперативного обследования отдельных предметов и объектов в полевых условиях — портативные рентгенотелевизионные комплексы («Шмель-240ТВ», «Колибри-150ТВ») с предельной просвечивающей способностью по стали до 40 мм, разрешением не хуже 0,12 мм, общей массой не более 25 кг, автономным питанием, работающие в широком температурном диапазоне от -30 до +60 °С. «Шмель-240ТВ» - единственный портативный комплекс, позволяющий осуществлять досмотр топливных баков и газовых баллонов автотранспорта в полевых условиях.

3. Для оперативного обследования крупногабаритных объектов (автотранспорта и помещений), а также подповерхностного контроля объектов при реализации только одностороннего доступа — ручной рентгеновский сканер «Ватсон», выявляющий неоднородность структуры за пластиком (45 мм), резиной (25 мм), сталью (1,5 мм), и мобильный рентгеновский сканер «Ватсон-ТВ» с визуализацией рентгеновского изображения, разрешающей способностью 0,6 пар линий на мм. Рентгеновский сканер «Ватсон» не имеет аналогов.

4. Для контроля качества сварных соединений при строительстве и проведении регламентных работ газонефтепроводов различного сечения - портативные рентгеновские аппараты «Шмель-220/250» и «Шмель-350», обеспечивающие просвечивание материалов с толщинами, эквивалентными ослаблению рентгеновского излучения сталью от 6 до 50 мм, с чувствительностью контроля по 2 классу ОСТ 102-51-85, работающие в широком температурном диапазоне от -40 до +60 °С.

5. Специальной рентгеновской техникой, разработанной в рамках данной работы, оснащены: таможенные пункты пропуска, метрополитены России, центральные железнодорожные и автовокзалы России, а также практически все подразделения ОМОНа, мобильные взрывогехнические лаборатории. На основании ведомственной программы продолжается переоснащение совремепной техникой территориальных органов ФСБ России и подразделений ФСО, осуществляющих охрану организаций и отдельных лиц, представляющих Российскую Федерацию за рубежом.

Всего за период с 1993 по 2009 г.г. изготовлено и поставлено в спецподразделения МО, МВД, ФСБ, ФСО, ФТС, ФСИН России более 1200 единиц разработанной рентгеновской техники.

6. Изготовлено и поставлено в различные организации ТЭК России более 900 импульсных рентгеновских интроскопов серии «Шмель» - модели на 220, 250, 350 кВ. Только аппаратами «Шмель» проконтролировано более 20 000 км магистральных газонефтепроводов.

С помощью разработанной техники с 1993 по 2008 г.г. обнаружено и обезврежено более тысячи взрывных устройств, обнаружено несколько тысяч контрабандных товаров и ограниченных к свободному перемещению предметов.

Внедрение разработанной техники позволило

- снизить вероятность проведения терактов за счет своевременного обнаружения взрывных устройств при их ввозе в страну и перемещении;

- ограничить утечку сведений, составляющих государственную тайну, вследствие упреждающего обнаружения прослушивающих устройств, внедренных в оргтехнику, линии связи, оборудование, помещения государственных учреждений;

- обеспечить безопасность объектов государственной охраны в период официальных визитов и командировок;

- увеличить в 3-4 раза пропускную способность контрольно-пропускных пунктов па государственной границе, в том числе и необорудованных, путём сокращения до 10 раз времени досмотра автотранспорта и багажа;

- повысить эффективность обезвреживания замаскированных самодельных и штатных взрывных устройств за счёт ускорения их бесконтактной идентификации и определения конструкции исполнительного механизма, а также безопасность сапёров при обезвреживании;

- повысить производительность труда при проведении контроля сварных соединений в экстремальных климатических условиях севера и юга России.

Защищаемые положения

1 .Теоретические исследования взаимодействия прямого и обратного рентгеновского излучения с многослойными конструкциями. Обоснование выбора диапазона оптимальных энергий излучения при регистрации обратнорассеянного излучения по критерию отношения сигнал/шум.

2. Теоретические исследования по созданию математических моделей преобразования энергии в импульсном трансформаторе.

3. Алгоритмы оптимизации параметров импульсных трансформаторов и созданные па их основе импульсные интроскопы.

4. Технические решения при создании мобильных интроскопов и их конструкции.

5. Технологические решения при создании высоковольтной элементной базы.

6. Новые средства измерения параметров импульсных интроскопов.

Апробация работы

Основные результаты работы опубликованы в отечественных периодических изданиях, докладывались и обсуждались на российских и международных научных конференциях, приборы автора демонстрировались на различных международных выставках и были отмечены 9 медалями.

Публикации

35 научных работ, включая публикации в журналах, тезисы докладов научно-технических конференций, отчеты НИОКР с государственной регистрацией, 6 авторских свидетельств СССР и 2 патента РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 119 наименований, и приложения. Основная часть работы изложена на 202 страницах, включая 73 рисунка и 38 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении сформулированы цель работы и ряд задач, подлежащих решению. Показана актуальность темы диссертации. Сформулированы научная новизна и практическая ценность работы. Приведены сведения ее апробации.

Первая глава посвящена анализу средств и методов рентгеновской интроскопии и определению путей дальнейшего развития данного направления.

В разделе «Рентгеновский метод и средства интроскопии, предназначенные для поиска и досмотра на основе регистрации проникающего излучения» проводится анализ

состояния оснащения правоохранительных органов средствами рентгеновской интроскопии, обобщаются задачи, стоящие перед подразделениями различных силовых структур.

Отечественные силовые структуры остро нуждались в эффективной рентгеновской технике, способной осуществлять досмотр полостей автотранспорта, подозрительных объектов, оргтехники, помещений. При этом техника должна быть безопасной для оператора, обеспечивать получение изображений досматриваемых объектов в реальном масштабе времени с уровнем качества, сравнимым с рентгеновской пленкой, в том числе в полевых условиях в широком температурном диапазоне.

В связи с этим одной из целей настоящей работы стало создание рентгеновской специальной техники для противодействия терроризму, обеспечения общественной и государственной безопасности за счет развития рентгеновского метода, внедрения современных технологий, освоения серийного производства отечественных комплектующих и создания программного обеспечения.

Анализ задач, стоящих перед различными силовыми ведомствами, позволил получить данные, приведенные в табл. 1, из которых следует, что представляется целесообразным разработать одновременно удовлетворяющие требованиям различных ведомств портативные реттенотелевизионные интроскопы с просвечивающей способностью более 40 мм по стали (газовые баллом, бензобаки, технологические полости), общей массой не более 25 кг, всепогодного исполнения. Однако создание таких интроскопов требовало разработки импульсного рентгеновского аппарата с напряжением 240-250 кВ и общей массой не более 10 кг, включающего автономный источник электропитания. Анализ номенклатуры и характеристик серийно выпускаемых импульсных рентгеновских аппаратов показал невозможность их использования в интроскопах. Дальнейшее развитие сдерживало отсутствие специальной элементной базы, удовлетворяющей критериям надежности, ресурса, массо-габаритным параметрам, которая обеспечивала бы условия эффективного преобразования энергии от аккумуляторных батарей в энергию рентгеновского излучения.

В разделе «Рентгеновский метод и средства интроскопии, предназначенные для поиска и досмотра па основе регистрации обратнорассеяииого излучения» приводятся обзор и анализ существующих средств досмотра, основанных на методе регистрации обратнорассеянного излучения. Отмечается, что данный метод не имеет альтернативы в случае невозможности двустороннего доступа к досматриваемому объекту.

Подробный анализ технических параметров выпускаемых интроскопов, приведенных в табл. 2 и 3, позволяет сделать вывод о целесообразности дальнейшего развития метода регистрации обратнорассеянного излучения с последующим созданием мобильного (передвижного) и портативного (ручного) сканера.

1. Мобильный комплекс должен получать изображение содержимого объекта контроля и может быть применен в тех случаях, когда использование портативных рентгенотелевизионных комплексов ограничено или невозможно в силу необходимости организации двустороннего доступа к объекту. Подобный мобильный комплекс позволит производить контроль стен, полов, потолков помещений на наличие устройств съема информации и взрывных устройств.

2. Ручной рентгеновский сканер должен представлять результаты досмотра в цифровом или аналоговом виде, где значению уровня рассеянного излучения соответствует текущее положение прибора. В качестве источника излучения целесообразно использовать рентгеновский генератор, применение которого позволяет расширить динамический диапазон, а следовательно и чувствительность метода. Ручной сканер не дает возможности получить изображение, а лишь позволяет определить его общие контуры. С помощью данного сканера можно значительно ускорить досмотр однотипных полостей и деталей (колес, дверных полостей автотранспорта, внутренних перегородок пассажирских железнодорожных вагонов, мебели и т.п.).

Для создания новых эффективных средств досмотра, основанных на обратнорассеякном излучении, необходимо провести ряд исследований по моделированию процессов

Таблица 1

Перечень задач, которые необходимо решать подразделениям различных силовых ведомств_

№ Задача Министерство, ведомство, служба Применение

1 Борьба с терроризмом МВД России ФСБ России Обследование транспортных средств, контейнеров, бесхозных сумок и прочих объектов с целью обнаружения оружия, взрывчатых веществ и взрывных устройств. Определение конструкции исполнительного механизма при обезвреживании взрывных устройств

2 Противодействие распространению наркотических веществ. Противодействие незаконному ввозу и вывозу материальных, художественных и исторических ценностей ФТС России, ФСКН России Досмотр транспортных средств, багажа и грузов с целью обнаружения наркотических веществ и контрабанды

3 Обеспечение безопасности объектов государственной охраны ФСО России Досмотр подарков, сувениров и других предметов, поступающих в адрес объектов государственной охраны

4 Обеспечение информационной безопасности Подразделения РЭБМО, ВМФ, ФСБ России Досмотр стен, перекрытий, перегородок, линий связи, мебели и оргтехники с целью обнаружения устройств съема информации

Таблица 2

Досмотровые комплексы на основе регистрации обратно рассеянного излучения

Наименование Тип исполнения Используемый источник излучения Общая масса Страна-производитель

Комплекс Shaped Energy System стационарный (досмотр грузового автотранспорта) ускоритель 3,8 МэВ США

Рентгеновский комплекс Cargo Search стационарный (досмотр грузового автотранспорта и контейнеров) рентгеновский аппарат 450 кВ США

Рентгеновский комплекс Mobile Search мобильный на автомобильном шасси (досмотр грузового автотранспорта и контейнеров) рентгеновский аппарат 450 кВ 18 900 кг США

Рентгеновский комплекс 101 Van Micro-Dosc Inspection System мобильный на автомобильном шасси (досмотр грузов и багажа) рентгеновский аппарат 140 кВ 6 150 кг США

Таблица 3

Ручные сканеры на основе регистрации обратиорассеяниого излучения

Наименование Тип исполнения Используемый источник излучения Общая масса Страна-производитель

Ручной сканер Buster портативный ручной (проверка помещений, досмотр транспортных средств) изотоп шВа 1,2 кг США

взаимодействия излучения с веществом. Мощным средством такого моделирования является набор средств программирования (программная библиотека) GEANT, позволяющий задать практически любую геометрию, химический состав, количество объектов, участвующих во взаимодействии, учесть различные виды взаимодействий, а также спектр источника излучения.

Однако использование программной библиотеки GEANT требует значительных трудовых затрат и вычислительных мощностей, что является обоснованным при разработке и моделировании уникальных дорогостоящих установок. Для количественных оценок параметров рентгеновских интроскопов достаточно применять приближенные упрощенные модели.

Существует модель для определения интенсивности обратнораесеянного рентгеновского излучения от слоя однородного по химическому составу материала, за которым находится инородный объект. Она построена в предположении, что единственным видом взаимодействия излучения с веществом является рассеяние. Данную модель использовать нецелесообразно из-за ограничений и недостатков, которыми она обладает.

Таким образом, необходимо использовать иную модель расчета зависимости интенсивности обратнорасссянного излучения от характеристик инородного объекта и преграды, за которой он находится. Для исследования возможностей рентгеновского устройства, основанного на регистрации обратнораесеянного излучения, необходимо также определить критерии выявления инородного объекта.

В разделе «Рентгеновский метод и средства интроскопии, предназначенные для контроля сварных соединений при строительстве и эксплуатации газо-нефтепроводов» приводятся обзор и анализ существующих рентгеновских интроскопов, основанных на применении различных источников излучения: изотопных источников, аппаратов постоянного потенциала, импульсных аппаратов с длительностью импульса не более 20 пс. В последнее время строительные организации предпочитают работать с аппаратами постоянного потенциала вследствие существенных преимуществ, связанных прежде всего с качеством получаемых рентгеновских снимков. Однако жесткие климатические условия (низкая температура, болотистая или горная местность) не позволяют использовать аппараты постоянного потенциала в силу их значительных массо-габаритных параметров. В таких случаях ранее активно использовались изотопные источники и импульсные рентгеновские аппараты. Изотопные источники не обеспечивают приемлемого качества и производительности контроля, кроме того, их применение сопряжено с большими организационными проблемами. Импульсные аппараты из-за низкого ресурса элементной базы (рентгеновской трубки, высоковольтных конденсаторов, разрядников) и самого аппарата в целом, а также ограниченной просвечивающей способности не могут активно применяться при строительстве газонефтепроводов. Таким образом, становится актуальной разработка нового поколения импульсных рентгенографических интроскопов.

Развитие импульсных рентгеновских интроскопов сдерживает отсутствие конкретных математических моделей процессов, происходящих, в частности, в импульсном трансформаторе и разрядном контуре. Достаточное большое количество исследований, проведенных в данном направлении, как правило, носят общий характер, что не дает разработчику данной техники возможности глубоко исследовать переходные процессы. Известные модели позволяют качественно оценить происходящие процессы, но не дают точных численных значений.

Таким образом, дальнейшее развитие импульсных рентгеновских интроскопов требует разработки оптимальной математической модели, описывающей процесс переноса накопленной энергии из первичного контура на рентгеновскую трубку, а также методик расчета импульсных рентгеновских генераторов на основе трансформатора Тесла, дающих достоверные данные, близкие к результатам экспериментальных измерений.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям математических моделей, описывающих процесс переноса накопленной энергии в емкостных накопителях первичного контура в емкостной накопитель вторичного контура, разработке алгоритма оптимизации импульсных рентгеновских генераторов на основе трансформатора Тесла, а также теоретическим исследованиям по построению математической модели, позволяющей определять достоверность локализации неоднородности при регистрации обратнорассеянного излучения.

В разделе «Разработка математической модели импульсных высоковольтных трансформаторов на напряжение 250 кВ. Алгоритмы оптимизации параметров трансформаторов» для решения системы дифференциальных уравнений (1) - (2), описывающих переходные процессы, происходящие в импульсном трансформаторе, и не имеющих аналитического решения, введено дополнительное дифференциальное уравнение (3). Последнее позволяет,

Ui+Ri(f)-Ii+(Li+ L,Par)-dIi/dt+M-dI2/dt=0 (1)

U2+R2(f)-I2+(L2+ L2par)-dI2/dt+M-dIi/dt=0 (2)

U3+R3(f)'l3+(L3+ L3p„)-diydt+Mi3-dIi/dt+M2ydI2/dt =0 (3)

с одной стороны, численно решать систему уравнений (1)-(3), с другой стороны, данное уравнение (3) описывает колебательный процесс, происходящий в первичном контуре трансформатора Тесла, негативно влияющий на КПД передачи энергии из первичного контура во вторичный. Предпосылками для введения уравнения (3) явились следующие экспериментальные результаты и физические процессы. Модель, описываемая уравнениями (1)-(2), качественно точно описывает переходный процесс в трансформаторе, однако не объясняет наблюдаемые на практике быстро затухающие высокочастотные колебания в первичном контуре. Экспериментальные исследования выявили зависимость этих колебаний от емкости первичной обмотки Li. Отсутствие в модели учета высокочастотных колебаний в первичном контуре приводит к получению существенно большего расчетного значения амплитуды напряжения (в 1,2-1,5 раза) во вторичном контуре U2, по сравнению с экспериментом. Данные просчеты в математических моделях, в конечном счете, приводят при проектировании к снижению КПД преобразования энергии трансформатором.

Для описания процесса высокочастотных колебаний в первичном контуре предложена следующая модель.

В начальный момент времени емкость первичной обмотки разряжена. При замыкании коммутатора (разрядника) эта емкость заряжается от первичного конденсатора через паразитную индуктивность Lipal и частично через сопротивление обмотки Ri (т.к. сопротивление обмотки распределено по ее длине). Поскольку паразитная индуктивность сравнительно мала, то существенное значение приобретает качество первичной обмотки, а именно, индуктивность, обусловленная полем, проникающим между витками, образует колебательный контур с емкостью первичной обмотки, колебания в котором мы и наблюдаем. Для математической модели предложено ввести дополнительную обмотку с индуктивностью Г-з, равной индуктивности первичной обмотки Li, и коэффициентом связи с первичной обмоткой, близким к единице. Емкость в этом контуре равна емкости первичной обмотки. Введение дополнительной обмотки позволяет учесть неидеальность первичной обмотки, а коэффициент связи с первичной обмоткой является математическим выражением этой неидеалыюсти. В частности, если коэффициент связи с первичной обмоткой равен 1, то обмотка идеальна.

Для эффективного практического использования программа должна достаточно быстро

находить решение системы дифференциальных уравнений (I) - (3). Это возможно реализовать с помощью ряда методов (Эйлера, Рунге-Кутта и др.). С помощью MathCad был исследован ряд методов и установлено, что метод Рунге-Кутта 4-го порядка обеспечивает достаточную точность при относительной простоте вычислений. Средством программирования был выбран язык С++ из пакета Visual Studio. Это средство программирования позволяет реализовать алгоритмы вычислений и оптимизации, представить и сохранить данные в удобной дтя пользователя форме.

Программа позволяет производить следующие вычисления:

- определять токи и напряжения в контурах при заданных параметрах трансформатора;

- производить оптимизацию заданных физических параметров, таких, как сопротивление, емкость, индуктивность;

- производить оптимизацию заданных технических параметров (габаритных размеров, количества витков в обмотках, способа намотки).

Результаты вычислений могут быть сохранены для дальнейшего использования.

Определение токов и напряжений в обмотках является основной функцией программы. Эта функция производит вычисления на заданном временном интервале при заданных параметрах трансформатора.

Критерием оптимизации параметров трансформатора выбран КПД. Оптимизация выполняется путем нахождения максимального КПД при вариациях заданных параметров.

Оптимизация технических параметров производится с помощью анализа выходного сигнала (нахождение максимального КПД) при вариации технических параметров с последующим вычислением связанных с ними физических параметров.

Технические параметры трансформатора, такие, как электропрочность изоляции, удельная энергия первичного конденсатора, размеры разрядника, ограничивают возможности реализации рентгеновского аппарата, поэтому наряду с абсолютным значением КПД большой интерес представляет определение максимально достижимого КПД в заданном объеме.

Объем рентгеновского аппарата состоит из относительно небольшого объема электроники, линейно зависящего от энергии, объема первичного и вторичного контуров оптимизируемого объема трансформатора. В настоящей работе рассматривается трансформатор с конической вторичной обмоткой и ленточной первичной обмоткой.

При постановке задачи постоянными являются только выходное напряжение трансформатора и максимальное напряжение в первичном контуре, поэтому при оптимизации входное напряжение нормировалось выходным. Задача оптимизации сводится к следующему: по заданному выходному напряжению определить зависимость максимально достижимого КПД от объема аппарата и соответствующую конфигурацию. Практически это реализовано следующим образом:

1) по заданной поверхностной электропрочности и выходному напряжению U20 определялась минимальная длина вторичной обмотки;

2) по заданной объемной электропрочности определялся минимальный внутренний диаметр первичной обмотки;

3) задано Li=]...Nimax и L2=N2min—N2max- Вычислялись Lj, L2 - индуктивности обмоток, Ri, R2 - сопротивления обмоток, Си - емкость первичной обмотки, к - коэффициент связи между обмотками;

4) задано Сг^тш-Сгтах- и C|^Cimrl...C|max.; Uio=l. Необходимо найти КПД;

5) определяли U2 и нормировали UkpUk/L^-Ujo-

Оптимизация параметров аппарата осуществлялась в несколько этапов. Первоначально было исследовано влияние коэффициента связи на КПД трансформатора. Было установлено, что никакие комбинации других параметров трансформатора ни могут привести к возрастанию КПД при снижении коэффициента связи. Это означает, что при оптимизации параметров аппарата достаточно рассмотреть случай максимально достижимого коэффициента связи.

0,4 0,6 0,8 1 М 1,4 1,6 1,8 2 2,2 ш|/ш2

100 150 200 250 300 350 мм

Рис. 1. Зависимость КПД передачи энергии из первичного контура во вторичный от рассогласования резонансных частот контуров.

Рис.2. Зависимость КПД передачи энергии из первичного контура во вторичный от длины трансформатора на первой полуволне.

Далее было установлено, что КПД аппарата ухудшается при рассогласовании резонансных частот в контурах (и) (рис.1). Это позволило сократить для дальнейшего анализа одну независимую переменную, т.е при оптимизации использовалось условие ЬгС]=Ь2 Сг- При анализе конечной конфигурации это ограничение устранялось.

На следующем этапе исследовалось влияние длины трансформатора. Расчет показывает, что с увеличением длины трансформатора независимо от его других параметров КПД преобразования энергии незначительно падает (рис. 2).

Таким образом, оптимальной является минимально возможная длина трансформатора. Минимальная длина трансформатора определяется длиной его вторичной обмотки, которая в свою очередь обусловлена поверхностной электропрочностью каркаса катушки. Это позволяет связать еще два параметра трансформатора - выходное напряжение и длину.

На следующем этапе было исследовано влияние диаметра трансформатора на его КПД. Для определения максимального КПД как функции диаметра трансформатора независимо варьировались количество витков в обмотках и емкость вторичного конденсатора. По заданному диаметру с учетом максимальных коэффициента связи и количества витков в обмотках рассчитывались геометрические параметры трансформатора. Исходя из геометрических параметров находили электрические, которые и являлись входными параметрами при определении КПД. Анализ показал, что эта зависимость имеет монотонный характер, т.е. КПД возрастает с увеличением диаметра (рис.3). КПД, % 80 -

20 40 60

200 220 мм

Рис. 3. Зависимость достижимого КПД от диаметра трансформатора при передаче энергии на первой полуволне.

Полученная зависимость позволяет сделать вывод, что для мобильных аппаратов на 250 кВ КПД находится в диапазоне 40-60 % в зависимости от диаметра трансформатора. Достижение КПД более 60 % неоправданно в связи с существенным возрастанием габаритов.

Проведенный анализ влияния параметров трансформатора на его КПД позволяет сделать выбор одного из его осповных параметров - наружного диаметра. При разумном компромиссе между КПД и габаритами трансформатора этот параметр находится в диапазоне 60-100 мм. Учет вторичных технологических параметров позволяет остановиться на размере 70 мм. Этот вариант и рассматривается ниже.

При фиксированном диаметре для комбинации остальных параметров существует оптимум. Например, расчет для диаметра 70 мм дает максимальный КПД=46,2 % при количестве витков в первичной обмотке N1=5, во вторичной обмотке N2=161 и вторичной емкости Сг=Ю,7 пФ. Эти данные однозначно определяют трансформатор. Однако остается открытым вопрос о стабильности выходного напряжения, т.е. о влиянии таких параметров, как технологические отклонения в емкостях, рассогласование частот и т.п. Расчет показывает, что в широком диапазоне значений вторичной емкости существует оптимальное значение количества витков во вторичной обмотке, при котором КПД отличается от максимального менее чем на 0,1%. Это иллюстрируется табл. 4. На практике это означает, что емкость вторичного контура может быть без ущерба для КПД оптимизирована из технологических соображений.

Следующий вопрос - оптимизация скорости нарастания напряжения на вторичной емкости. Расчет показывает, что в широком диапазоне значений резонансной частоты вторичного контура существует оптимальное значение количества витков в первичной обмотке, при котором КПД отличается от максимального менее чем на 2 %. Это иллюстрируется табл. 5, где представлены значения оптимального количества витков в первичной обмотке как функция количества витков во вторичной обмотке при емкости вторичного контура 35 пФ. На практике это означает, что коэффициент трансформации и скорость нарастания выходного напряжения могут быть без ущерба для КПД оптимизированы исходя из технологических соображений.

Оптимизация первичной обмотки заключается в определении степени влияния на параметры трансформатора способа намотки. Приведенные выше результаты получены для рулонной намотки. Однако возможен и другой способ - намотка узкой лентой с перекрытием витков (примерно 10% от ширины ленты, для предотвращения проникновения поля между витками).

Особенностью этого способа намотки является то, что увеличение числа витков не изменяет коэффициента связи, поэтому до определенного предела КПД растет с увеличением числа витков в первичной обмотке, т.к. при этом снижаются высокочастотные потери. Проведенные вычисления для этой конфигурации дали следующие результаты. Для диаметра 70 мм максимальный КПД = 52,47 % при количестве витков в первичной обмотке N1 = 48, количестве витков во вторичной обмотке N2 = 465, вторичной емкости С2 = 60 пФ. Зависимость КПД от влияния количества витков в обмотках качественно не отличается от первой конфигурации первичной обмотки. Для интересного с инженерной точки зрения случая емкости

Таблица 4

Зависимость оптимального количества витков вторичной обмотки и КПД от емкости вторичного контура_

Емкость вторичного контура, пФ Оптимальное количество витков вторичной обмотки КПД, %

10 195 46,14

20 121 46,19

30 97 46,19

40 96 46,11

80 60 46,12

Таблица 5

Зависимость оптимального количества витков первичной обмотки и КПД от количества витков вторичной обмотки при С2=35 пФ__

Количество витков вторичной обмотки Оптимальное количество витков первичной обмотки КПД, %

50 4 45,3

100 5 46,1

200 7 45,3

300 8 44,4

вторичного контура 35 пФ в табл. 6 представлены значения оптимального количества витков в первичной обмотке как функция количества витков во вторичной обмотке.

Выше рассматривались практические примеры (в частности, расчет для емкости вторичного контура 35 пФ). Имеется еще ряд параметров, которые ограничивают возможности оптимизации. На практике невозможно обеспечить произвольное значение первичного напряжения. Обычно оно находится в диапазоне 5-10 кВ. Кроме того, скорость нарастания напряжения на вторичном разряднике не может быть меньше определенного паспортного значения. В табл. 7 приведены расчеты КПД и входного напряжения при заданных параметрах: Сг = 35 пФ, N2 = 250, N1 = 4-7. Из таблицы видно, что в этой конфигурации при напряжении ~ 9 кВ КПД уступает теоретическому максимуму всего 4 %.

При работе на второй полуволне максимальное значение КПД аппарата отступает на второй план, т.к. при коэффициенте связи 0.6 и отсутствии потерь КПД=100 %. Большее значение приобретает отношение амплитуды второй полуволны к первой, поскольку это определяет устойчивость работы аппарата. В табл. 8 приведена расчетная зависимость отношения амплитуды второй полуволны к первой от коэффициента связи и соответствующий КПД без учета потерь. Из табл. 8 следует, что снижение коэффициента связи до 0,5 при незначительной потере КПД (9 %) позволяет существенно повысить отношение Lbmax/Uimax (20 %). Дальнейшее снижение коэффициента связи нецелесообразно, т.к. связано со значительной потерей КПД.

В данном случае оптимизация упрощается тем, что теоретически достижимый предел уже определен из коэффициента связи 0,5 (КПД = 91%). Этот коэффициент достигается путем намотки первичной обмотки узкой лентой при диаметре 35 мм. В этом собственно и состоит оптимизация. Дальнейшие рассуждения аналогичны случаю первой полуволны.

Таблица 6

Зависимость оптимального количества витков в первичной обмотки и КПД от количества витков во вторичной обмотки (намотка узкой лентой)_

Количество витков вторичной обмотки Оптимальное количество витков первичной обмотки КПД,%

50 4 47,3

100 9 50,1

200 10 51,2

300 10 50,8

Таблица 7 Зависимость необходимого напряжения зарядки и1 емкостного накопителя С2 и КПД от количества витков в первичном разрядном контуре

N, КПД, % и.

4 43 6,3

5 46 7,6

6 48 8,9

7 49 10,2

Таблица 8

Влияние коэффициента связи на отношение максимумов второй и первой

полуволн и КПД

Коэффициент связи и2тах/и1тах КПД, %

0,1 2,6 6

0,2 2,6 22

0,3 2,4 45

0,4 2,3 70

0,5 2,1 91

0,6 1,8 100

Так же, как в случае первой полуволны, при фиксированном коэффициенте связи (в данном случае мы рассматриваем не фиксированный внешний диаметр, а коэффициент связи, т.к. небольшое изменение внешнего диаметра при разумном увеличении числа витков в первичной обмотке не может существенно повлиять на конечный результат) КПД растет с абсолютным ростом числа витков, приближаясь к теоретическому пределу 91%. Поскольку индуктивность обмотки зависит от площади поперечного сечения, то для сохранения индуктивности, которая вместе с емкостью вторичного контура определяет скорость нарастания напряжения на разряднике, необходимо пропорционально уменьшению диаметра увеличить количество витков во вторичной обмотке. В нашем случае это N2 = 2x250 = 500. Оптимальное количество витков в первичной обмотке при этом равно 68 и КПД = 86%, что соответствует первичному напряжению 50 кВ.

При оптимизации первичной обмотки необходимо определить способ намотки и количество витков. Как было установлено выше, при С2 = 35 пФ, N2 = 500 первичное напряжение, соответствующее максимальному КПД, равно 50 кВ. На практике, как указывалось выше, это напряжение лежит в области 5-10 кВ. Определим сначала количество витков в первичной обмотке, обеспечивающее это напряжение, и соответствующий КПД. В табл. 9 приведены расчеты КПД и входного напряжения при заданных Сг=35 пФ, N2=500, N1=10-16.

Для рулонной первичной обмотки с учетом коррекции диаметра эти зависимости представлены в табл. 10.

Таблица 9

Зависимость КПД и необходимого первичного напряжения 11) от количества витков первичной обмотки N1 (намотка узкой лентой)__

N. КПД, % и.

10 73 6,7

12 77 7,9

14 79 9,0

16 81 10,2

Таблица 10

Зависимость КПД, первичного напряжения 111 и диаметра трансформатора от количества витков первичной обмотки N1 (рулонная намотка)__

N. КПД, % и, Диаметр, мм

10 67 7,0 41

12 70 8,1 43

14 70 9,5 44

16 70 11,0 45

В разделе «Построение модели и определение условий локализации неоднородностей в досматриваемом объекте методом обратнорасееянного излучения»

приведены теоретические исследования процессов взаимодействия прямого и обратного

рентгеновского излучения в диапазоне энергий от 10 до 100 кэВ с различными материалами и изделиями из них. Определены условия, необходимые для локализации типовых объектов при обратном рассеянии по критерию отношения сигнал/шум. Исследованы и определены -предельная толщина и чувствительность контроля многослойных конструкций на основе метода обратнорассеянного излучения в зависимости от параметров рентгеновского излучения.

Определим общие условия обнаружения инородного включения в объекте контроля.

Полезный сигнал

¿>N = N,-N2, (4)

где N1 - среднее количество квантов, регистрируемых детектором при наличии в объекте контроля инородного включения (объекта поиска), N2 - среднее количество квантов, регистрируемых детектором при отсутствии инородных включений в объекте контроля.

Квантовый шум подчиняется пуассоновскому распределению:

О- = ■ (5)

Вероятность обнаружения инородного включения в объекте контроля определяется отношением сигнал / шум (С /Ш):

с,ш= ■ (6)

л/Л'. + Л^

Сигнал от объекта контроля при отсутствии инородных включений равен

Г1 17Сгг

Определим величину сигнала И\ при условии, что поперечные размеры инородного включения больше поперечных размеров сканирующего пупса (рис.4) с учетом его геометрической нерезкости, возникающей вследствие конечного размера фокусного пятна. В Л'] входит два слагаемых — сигнал Ы\\ от инородного включения, находящегося на глубине (1 в объекте контроля

N Л (8)

1 2л /^-Л,2 ^ яп(0) йп(?»)' ) 1 и сигнал N12 от «преграды» - слоя объекта контроля, расположенного над инородным включением, толщиной :

1-ехр [-(_£*_+(9) I 51П( в) 81П( ф)

2 я

В дальнейших вычислениях, опираясь на прикладное значение разрабатываемой модели, будем считать, что углы д и <р мало отличаются от 90°. С учетом этого замечания, исходя из уравнений (7) - (9) получим следующее выражение для отношения сигнал/шум:

С / Ш = ехр (- + ^ ) - (Ю)

1 ' 2 \ 2/г • 2аср

где аср =а2 + ^ехр (- (//„й + ,и'„л )-л)- (а, -а2)~среднее значение альбедо.

Отношение сигнал/шум определяет вероятность обнаружения наличия инородного включения в объекте контроля. Поэтому формула (10) является основной для определения условий обнаружения включений прибором, основанным на методе регистрации обратнорассеянного излучения.

Для оценки основных характеристик прибора - глубины контроля, чувствительности (размера включения, которое может быть обнаружено), производительности контроля - с помощью формулы (10) целесообразно задать отношение сигнал/шум С / Ш = 3 . Вероятность обнаружения инородного включения при этом составит 99,7 %.

Рис. 4. Схема регистрации отраженного потока квантов в направлении детектора площадью S;l от объекта контроля при наличии посторонних включений, где b - размер фокусного пятна рентгеновского излучателя (м); а - расстояние от фокусного пятна до плоскости коллиматора, формирующего геометрические размеры сканирующего пучка (м); S«, -площадь инородного включения (см2); No - значение радиационного выхода по количеству квантов в сканирующем пучке излучения (квант-м2/с-см2); Sc„ — площадь сканирующего пучка на входе в объект контроля (см2); F\ — расстояние от источника излучения до поверхности объекта контроля (м); Бд - площадь детектора (см2); Fx - расстояние от поверхности объекта контроля до входной плоскости детектора (см); а2(Е ,в ,<р) - дифференциальное квантовое альбедо объекта

контроля (доля "/-квантов, рассеянных в единичный телесный угол), зависящее от в — угла, под которым выходят кванты в направлении детектора с поверхности объекта контроля, от <р - угла падения первичного потока квантов на объект контроля и от Е — энергии квантов. В дальнейшем с целью упрощения записей примем, что аг{Е ,в ,<р)= аг - То же упрощение примем и для ai -альбедо инородного включения: ах (Е,в,<р) = а,; ' - время счета квантов в заданном положении сканирующего пучка (с); Т] - эффективность регистрации квантов детектором. [inf, — коэффициент ослабления первичных квантов в объекте контроля, ц'^ - коэффициент ослабления обратнорассеянных квантов в объекте контроля. Sen « Fi, Sen

Опираясь на формулу (10) при условии, что отношение сигнал/шум не менее 3, определяем максимальную толщину и чувствительность контроля:

dm =—Ц-.|прд'-< EEZZT^l, (ID

i 36ж-аср

N0-Бд

Для удобства расчетов необходимо перейти от квантов Л^ к используемому в практике рентгеновского неразрушающего контроля радиационному выходу рентгеновского излучателя Р0 - значению мощности дозы на расстоянии 1 м от фокуса рентгеновской трубки при анодном токе 1 мА. Они связаны между собой следующим выражением:

7У0 = 7 ■ 10 7 > (13)

Е зфф " МтЬ

где Р0 - радиационный выход используемого рентгеновского аппарата (мР м2/мА с); /а - анодный ток рентгеновской трубки (мА); Еэфф - эффективная энергия первичного рентгеновского излучения (кэВ); цтЬ - массовый коэффициент поглощения энергии в воздухе (см2/г).

С учетом (13) выражения (10), (11) и (12) для практических расчетов примут вид С/Ш = ехр (-

I

** +М

(

•1п

м)

8 -102

2,4 • 10 3 • от, - «,

К ■ ■Яд

аср Е эФФ 1 ч М„ь

\а, - а-,

+ Кб

1 эфф ' №тЬ

■1Т)

* эфф ' фф

(14)

(15)

(16)

На основании данных, приведенных в справочнике Стром Э., Исраэль X. «Сечение взаимодействия гамма излучения для энергий от 0,001 до 100 МэВ и элементов с I от 1 до 100», были рассчитаны разности альбедо (Да) для различных комбинаций материалов и энергий излучения (см. табл. 11).

Таблица 11

Расчетные значения максимальной разности альбедо прямого пучка излучения для

Сочетание материалов Бетон-железо Вода- бетон Вода-железо Бетон-углерод Вода-углерод Железо-углерод

Да 0,41 0,41 0,74 -0,62 -0,047 -0,73

Раздел «Моделирование процесса визуализации обратнорассеянного излучения»

посвящен теоретическим исследованиям по разработке математической модели визуализации информации об объекте в полях обратнорассеянного излучения, особенностям рентгеноскопического контроля методом обратнорассеянного излучения.

На рис. 6 представлены результаты исследований по оценке разрешающей способности рентгеновских интроскопов на обратнорассеянном излучении. Несмотря на то, что апертурная функция составляет 4 мм, при визуализации железных полос все же просматривается просвет в 1 мм между железными полосами шириной в 1 и 2 мм.

Как показали результаты исследования, на визуализацию влияет последовательность расположения слоев объекта. На рис. 6 представлены два объекта. Объект 1 состоит из верхнего слоя (алюминиевая пластина (А1) 50x50 мм, толщиной 5 мм), среднего слоя (пластина из железа (Бе) 30x30 мм, толщиной 2 мм) и нижнего слоя (пластина из углерода (С) 10x50 мм, толщиной 30 мм). Объект 2 отличается от объекта 1 только последовательностью двух первых слоев.

Рис. 7 иллюстрирует изменение распределения рассеянных и зарегистрированных фотонов от порядка расположения слоев.

11111ПШШ1

а 6 в

Рис. 5. Визуализация железных полос толщиной 1 мм и шириной 1 , 2 и 3 мм с зазорами 1 и 3 мм: а — исходная модель; 6 - визуализация распределения зарегистрированных фотонов, рассеянных железными полосами; в - то же, что и б, но железные полосы расположены на асбестовом листе толщиной 1 мм.

А1 Ре С Ре А1 С

Объект 1 Объект 2

Рис. 6. Состав частей объектов 1 и 2.

> \

',•1

N3 N. N5 N.

в г

Рис. 7. Распределение числа фотонов, рассеянных и зарегистрированных (1Ч5), а также трансмиссионных, прошедших объект (рис. 6) без взаимодействия (N1). а, в - объект 1; б, г -объект 2; а, б - плоскостные изображения; в, г - гистограммы, полученные для N5, Н при значении х по оси абсцисс от 0 до 50 мм в среднем сечении плоскостного изображения (25 мм).

Наличие рассеивателя за объектом контроля принципиально изменяет картину визуализации, что иллюстрирует пример визуализации миллиметровой железной квадратной пластины, расположенной на асбестовом рассеивателе толщиной 2 мм (рис. 8 а) и 30 мм (рис.8 б). Как можно видеть, на асбестовом рассеивателе толщиной 2 мм число рассеянных и зарегистрированных фотонов в области железного квадрата больше, чем число фотонов, рассеянных только от асбестового листа. На асбестовом рассеивателе толщиной 30 мм - картина обратная. При этом качественно соотношение числа фотонов, прошедших объект без взаимодействия, не изменяется.

Таким образом, можно подобрать толщину асбестового рассеивателя, при которой железная пластина не будет просматриваться (при идеальных условиях, когда другие рассеиватели отсутствуют, что на практике сделать весьма затруднительно).

ЯИИЙИиИ

И . ' . ш

ш т

N.

N.

N5

!>

I <К ;

Ч^Ч' -Л

N.

N.

а!

N.

Рис. 8. Распределение числа фотонов, рассеянных и зарегистрированных (Ы5), а также трансмиссионных, прошедших объект без взаимодействия (N0- а, в - на асбестовом листе толщиной 2 мм лежит квадрат из железа толщиной 1 мм; б, г - на асбестовом листе толщиной 30 мм находится квадрат из железа толщиной 1 мм; а, б - плоскостные изображения; в, г — гистограммы, полученные при значении х по оси абсцисс от 0 до 50 мм в среднем сечении плоскостного изображения (25 мм).

Третья глава посвящена исследованиям и разработке высоковольтной элементной базы, а именно, рентгеновских трубок, газонаполненных разрядников, низкоимпедансных высоковольтных конденсаторов, предназначенных для мобильных рентгеновских интроскопов.

Все выполненные разработки оценивались по совокупности критериев:

1) надежность- обеспечение длительности ресурса работы;

2) эффективность - выход излучения для трубок, стабильность для разрядников, потери для конденсаторов;

3) снижение массы и габаритов.

В разделе «Низкоимпедансные высоковольтные конденсаторы» проведен анализ применяемых в высоковольтных конденсаторах современных материалов и конструктивно-технологических решений, технологий пропитки объема конденсатора с последующей

разработкой и адаптацией электрических и конструктивных параметров конденсаторов к конкретным условиям применения в рентгеновских аппаратах.

На момент начала разработки импульсных рентгеновских аппаратов отсутствовали конденсаторы, близкие по требуемым техническим и массо-габаритным параметрам. В связи с данным обстоятельством была поставлена задача создания ряда специальных малогабаритных импульсных конденсаторов со следующими параметрами: амплитуда импульсного напряжения 8кВ; номинальная емкость 0,05-0,15 мкФ;

характер разряда - колебательный с обратной полуволной до 90% напряжения; частота следования импульсов 12-50 Гц;

длительность импульса тока на уровне 0,1 амплитуды 0,2-0,5мкс;

диапазон рабочих температур от -50 до +55°С;

ресурс 108 -109 импульсов;

объем (масса) не более 0,1-0,2 дм3 (120-300 г).

Так, в разрабатываемых конденсаторах цилиндрического типа был выбран комбинированный диэлектрик исходя из того, что в предполагаемом режиме эксплуатации с большим размахом импульсного напряжения и относительно малой передаваемой мощностью в нагрузку на первом месте стоит борьба с частичными разрядами (ЧР). В малогабаритных конденсаторных секциях с плотной намоткой, малыми свободными объемами бумага лучше справляется с задачей качественной пропитки диэлектрика. Сочетание бумаги и полипропилена дает также возможность получения хорошей температурной стабильности. Относительно низкое значение температурного коэффициента емкости (ТКЕ) получается благодаря тому, что эти материалы имеют противоположный знак температурного коэффициента диэлектрической проницаемости (ТКе).

Необходимость борьбы с ЧР также лежала и в основе выбора диэлектрической жидкости (ДЖ). При выборе толщины диэлектрика и рабочего напряжения секции учитывалась необходимость исключения возникновения интенсивных ЧР в рабочем режиме. В настоящей разработке была выбрана величина, близкая к 2 кВ, т.е. конденсатор должен состоять из четырех последовательно соединетшых секций. Для удобства монтажа в рентгеновском аппарате был выбран вариант сборки двух последовательно соединенных конденсаторов, каждый из которых состоит из двух секций. Толщина диэлектрика была определена исходя из расчетной напряженности поля 45 В/мкм. В качестве электродов конденсаторов выбрана алюминиевая фольга толщиной 7 мкм, широко применяемая в конденсаторах. Выбор в пользу фольги обусловлен, главным образом, высоким уровнем токовых нагрузок. Контактный узел выполнен путем облуживания выступающей с торцов фольги оловянно-цинковым припоем ПОЦ-Ю. Такое решение в отличие от вкладных выводов практически не лимитирует токовую нагрузку. Эффективное сечение электродов составляет 2,5 см2. Кроме того, конфигурация токоведущих элементов конструкции обусловливает сравнительно низкую собственную индуктивность конденсатора. Измерения индуктивности методом определения резонансной частоты (ГОСТ 28885, метод 508-1) дают величину 60 нГ+20%, что близко к значению индуктивности, рассчитанному по соотношению для прямолинейного провода круглого сечения соответствующих размеров для низкой частоты (равномерного распределения тока по сечению) с учетом индуктивности выводов:

Ь = ро1(1п41/(1-3/4+64(1/457с1-с12/1612)/27с, (17)

где р<, - магнитная постоянная, а 1 и (1 - соответственно длила и диаметр проводника (конденсатора или вывода).

Основные характеристики разработанных конденсаторов приведены в табл. 12. Внешнее конструктивное оформление конденсатора (рис. 9) выполнено в виде намотанной на секцию многослойной оболочки из полиэтилентерефталатной (ПЭТФ) пленки с термоклеевым покрытием, торцы уплотнены эпоксидным компаундом. Оригинальный узел уплотнения включает в себя медный диск, припаянный к торцу, и термоусаживающуюся пленку из ПЭТФ (с продольной усадкой 25-30%), плотно обжимающую диск после термообработки при

100-110°С. Данное решение предотвращает попадание ЭК на торцы секции, тем самым обеспечивая возможность последующей пропитки диэлектрической жидкостью (ДЖ) через трубку вывода. Двойной охват термоусаживающейся оболочки ЭК создает надежное уплотнение и исключает утечку ДЖ из конденсатора после герметизации.

Конструкция секции обеспечивает высокое значение коэффициента использования объема (-0,6), т.е. отношения объема конденсатора к активному объему, в котором запасается энергия.

Особенности технологического изготовления связаны с применяемыми материалами и конструкцией конденсаторов. Они относятся в основном к процессу пропитки. В случае, когда объем свободной ДЖ очень мал, это может привести практически к «осушению» конструкции и в результате к возникновению интенсивных ЧР в рабочих режимах. Чтобы этого избежать, необходимо довести процесс набухания пленки до насыщения еще в процессе пропитки при температуре не ниже рабочей.

Таблица 12

Параметры конденсаторов серии К75-74Р-4кВ для импульсных рентгеновских аппаратов серии «Шмель»__

Параметр Be «Шмель-250» личина параме" «Шмель-150» фа «Шмель-90А»

Номинальное напряжение амплитуда/размах, кВ 4/8 4/8 4/8

Номинальная емкость, мкФ 0,29 0,19 0,09

Диэлектрик 5-слойный 2x10 мкм ВООР+Зх8мкм КОН2, пропитанный ^гу1ес С101, две последовательно соединенные секции

Электроды алюминиевая фольга 7 мкм

Напряженность электрического поля, В/мкм 45

Тангенс угла потерь при 1000Гц 0,0015

Температурный коэффициент емкости, 1/"С МО"4

Геометрические размеры корпуса, мм 051x93 044x93 035x93

Объем, см2 190,0 144,5 96,2

Диапазон рабочих температур, °С -40 - +55

Индуктивность, нГн 60 65 70

Удельная запасаемая энергия, Дж/дм3 12,6 11,5 8,1

Удельная передаваемая мощность, Дж/дм3с 207 276 329

Ресурс, число импульсов 3x108 4x10s 5х108

Таким образом, процесс пропитки необходимо проводить в две стадии:

1) заполнение зазоров ДЖ при температуре (40-50°С) в течение 6 ч;

2) пропитка диэлектрика при повышенной температуре (80-90°С) в течение 24 ч.

Электрическая прочность ДЖ и порог возникновения 4P зависят от давления.

Относительно малый свободный объем в разработанных конденсаторах создает трудности для поддержания во всем диапазоне рабочих температур достаточного давления внутри корпуса, при котором не возникают критичные 4P. Для предотвращения опасного разрежения (снижения давления) при пониженных температурах после пропитки удаляются излишки ДЖ, находящиеся в полостях конструкции, путем кратковременного нагрева до 70-80 °С; герметизация проводится при температуре 35 "С.

Данное решение в сочетании с особенностями характеристик ДЖ обеспечивает возможность эксплуатации конденсаторов при пониженных температурах до -50°С.

Повышенная температура окружающей среды ограничивается максимальной рабочей температурой основного диэлектрика (100"С) с учетом нагрева в процессе работы.

Особенности разработанного конструктивно-технологического исполнения конденсаторов для импульсных рентгеновских аппаратов («Шмель-240А», «Колибри-150А») обусловлены более жесткими требованиями к массо-габаритным характеристикам

рентгеновского аппарата и, как следствие, к конденсаторам. Задача создания компактной конструкции решалась путем увеличения рабочей напряженности электрического поля за счет сокращения времени непрерывной работы и ресурса конденсатора, а также путем лучшего использования объема аппарата, которое было обеспечено полой конструкцией конденсатора, размещаемого на сердечнике импульсного трансформатора. Внешний вид разработанных конденсаторов показан на рис. 10, в табл. 13 приведены технические параметры.

Форма и размеры конденсатора не позволяли применить реализованное в конденсаторах серии К75-74Р^1 кВ конструктивное решение контактного узла и выступающих с торцов электродов. Выбор был сделан в пользу скрытых электродов и вкладных выводов. Чтобы избежать повреждения электродов в месте контактов с выводами, толщина электродов была увеличена до 30 мкм, что в 4 раза больше рекомендуемой толщины электродов; это позволило получить приемлемую величину эквивалентного последовательного сопротивления (ЕБИ) электродов ~ 0,015 Ом, что в данном частотном диапазоне соответствует коэффициенту потерь на уровне 3%. В отличие от конденсаторов серии К75-74Р-4 кВ в данных конденсаторах токи протекают в электродах не в поперечном, а в продольном направлении, что увеличивает длшгу пути тока. Расположение выводов конденсаторной секции обеспечивает встречное направление тока в электродах практически по всей их длине и соответственно относительно низкую индуктивность. Для расчета индуктивности можно воспользоваться соотношением для двухпроводной линии с шинами прямоугольного сечения (полосковой линии):

Ь = 2ц„Ц2(1э + Зад|/9Ь, (18)

где ро - магнитная постоянная, с1э - толщина электрода, с1д - толщина диэлектрика, Ь - ширина электрода; Ь»(1-„ Ь»с1д.

При расчете с помощью данного соотношения получим величину ~ 3 нГн. Основной вклад в индуктивность конденсатора в данном случае дают выводы и участок электрода между ними. Расчетная индуктивность одного витка (по формуле для соленоида) обкладки конденсатора составляет 60 нГн. Измерения дают среднюю величину индуктивности 100 нГн.

Сниженный по сравнению с серией К75-74Р-4 кВ расчетный ресурс позволил увеличить напряжение па секции в 2 раза, напряженность электрического поля в 1,7 раза. Пропитка

Таблица 13

Параметры конденсаторов К75-Р-8 кВ для импульсных рентгеновских аппаратов «Шмель-240А» и «Колибри-150А»__

Параметр Величина «Шмелъ-240А» параметра «Колибри-150А»

Номинальное напряжение амплитуда/размах, кВ 8/16 8/16

Номинальная емкость, мкФ 0,14 0,07

Диэлектрик 5-слойный 15+12,5 мкм ВООР+Зх8 мкм КОН2, пропитанный маслом ТКП, две последовательно соединенные секции

Электроды алюминиевая фольга ЗОмкм

Напряженность электрического поля, В/мкм 78

Тангенс угла потерь при 1000Гц 0,0015

Ей И электродов, Ом 0,015

Геометрические размеры корпуса, мм 81/67x110 68/55x82

Объем, см3 138,0 77,9

Диапазон рабочих температур, "С -40 - +55

Индуктивность, нГп 100 70

Удельная запасаемая энергия, Дж/дм3 32,1 28,8

Удельная передаваемая мощность, Дж/дм^с 609,9 720,0

Ресурс, число импульсов 2x107

Рис. 9. Внешнее конструктивное оформление импульсного конденсатора К75-74Р-4 кВ-0,29 мкФ.

Рис. 10. Внешний вид конденсаторов К75-Р-8 кВ-0,14 мкФ (слева) и К-75-74Р-4 кВ-0,29 мкФ (справа).

конденсаторов производилась в составе собранного блока. В качестве ДЖ было выбрано изоляционное масло марки ТКП, обеспечивающее совместимость со всеми элементами блока. Периодические испытания на безотказность и опыт эксплуатации аппаратов «Шмель-240А», «Колибри-150А» показали, что надежность конденсаторов удовлетворяет заданным требованиям.

Раздел «Промышленные рентгеновские трубки» посвящен исследованиям при создании новых импульсных трубок, трубок постоянного потенциала, предназначенных для использования в мобильных рентгеновских интроскопах.

В подразделе по рентгеновски трубкам, предназначенным для применения в импульсных интроскопах, показаны результаты экспериментальных исследований по изучению влияния величины разрядной емкости на суммарный ресурс рентгеновской трубки, а также оптимизации величины разрядной емкости в зависимости от контролируемого материала при напряжении на рентгеновской трубке 250 кВ.

На основании полученных экспериментальных данных можно сделать следующие

выводы:

- при просвечивании изделий из материала, эквивалентного по ослаблению рентгеновского излучения стали толщиной менее 20 мм, целесообразно иметь ударную емкость не более 35-40 пФ, т.к. ресурс рентгеновской трубки выше в 2,2-2,5 раза, чем ресурс рентгеновской трубки при использовании емкости 60-80 пФ, а время, требуемое на проведение контроля, больше на 10-20%;

- при просвечивании изделий из материала, эквивалентного по ослаблению рентгеновского излучения стали толщиной более 20 мм, и ограничении времени просвечивания целесообразно иметь ударную емкость более 40 пФ;

- при просвечивании изделий из материала, эквивалентного по ослаблению рентгеновского излучения алюминию толщиной < 20 мм, целесообразно уменьшать ударную емкость до 25 пФ.

На основе проведенных экспериментальных исследований была модернизирована рентгеновская трубка ИМА5-320Д с целью как увеличения ее ресурса, так и согласования с параметрами высоковольтных генераторов, применяемых в импульсных аппаратах серии «Шмель»: «Шмель-220/250», «Шмель-240А», «Шмель-350». Разработана новая трубка -ИМА10-150Д с фокусом 1,2 мм, согласованная с высоковольтным генератором рентгеновского аппарата «Колибри-150А».

Данная трубка позволяет сократить расстояние между фокусом рентгеновского излучателя и преобразователем до 50 см и эффективно осуществлять досмотр объектов, удаленных от плоскости преобразователя на 5 см, с разрешением 0,1 мм. Технические параметры и внешний вид импульсных трубок приведены в табл. 14 и представлены на рис. 11

соответственно.

В подразделе по рентгеновским трубкам, предназначенным для применения в интроскопах, основанных на регистрации обратнорассеянного излучения, приведены результаты работ по разработке трубок постоянного потенциала.

Таблица 14

Технические характеристики разработанных импульсных рентгеновских трубок,

Параметр ЙМА10-150Д ИМА5-320Д

Рабочее напряжение, кВ 100-200 150-350

Диаметр фокусного пятна, мм 1,2 2,5

Материал анода вольфрам вольфрам

Внутренний диаметр катода, мм 5 8

Вынос анода над плоскостью катода, мм 3,5 4

Разрядная емкость, пФ 40 35

Ресурс, число импульсов 2x10б 2x106

ч. -

■■I ж

111111 ЧР-*

Як н

■иГГ ш

Рис. 11. Импульсные рентгеновские трубки: 1 — ИМА5-320Д; 2 — ИМА10-150Д; 3 — ИМА-6Д.

Для работы в составе мобильных интроскопов, построенных на методе регистрации обратнорассеянного излучения, необходимы рентгеновские трубки постоянного потенциала, характеризующиеся малыми массо-габаритными параметрами, которые содержат массивный анод для обеспечения интенсивного теплоотвода, эффективную систему защиты от неиспользуемого излучения и имеют малые линейные размеры фокусного пятна (0,6-0,8 мм).

На основе данных требований совместно со специалистами ЗАО «Светлана-Рентген» были разработаны и запущены в серийное производство рентгеновские трубки -0,32БПМ59-160 на 160 кВ и 0,2БПМ38-100 - III на 100 кВ.

Общие принципы конструирования трубок на 100 и 160 кВ аналогичны. Для защиты от неиспользуемого рентгеновского излучения на аноде применяется головка, выполненная из псевдосплава (медь -15,7 % (макс.), вольфрам -84,3 % (миним.)) с минимальной толщиной стенки 6 и 9 мм и стальным катодным чехлом с минимальной толщиной стенки 2 и 3 мм соответственно для трубок на 100 и 160 кВ.

Для обеспечения длительной и надежной работы трубки щель в анодной головке закрыта титановой фольгой толщиной 50 или 100 мкм. Такое конструктивное решение позволяет защитить стеклянную оболочку трубки от разрушающего влияния вторичных электронов при бомбардировке стекла и препятствует локальному образованию поверхностного заряда трубки.

Колба трубки изготавливается из стекла фирмы «81той» с толщиной стенки (1,8±0,3) мм, что позволяет обеспечить разброс величины мощности дозы рентгеновского излучения от трубки к трубке при низких напряжениях в пределах ± 10%.

Разработанные рентгеновские трубки в дальнейшем использовались в мобильных сканерах скрытых полостей «Ватсон-ТВ» - в двух модификациях на 100 и 160 кВ.

В разделе «Газонаполненные разрядники высокого давления» приведены анализ технических характеристик серийно выпускаемых разрядников, экспериментальные результаты по разработке разрядников серии РИМ на напряжение пробоя от 90 до 350 кВ, показаны новые технические и технологические решения, появившиеся в процессе разработки.

Серийные разрядники, выпускаемые ОАО «Плазма», отличаются хорошей проработкой технологии изготовления, однако не удовлетворяют требованиям и условиям работы в разрабатываемых аппаратах или по своим массо-габаритным характеристикам не позволяют осуществить плотную компоновку рентгеновского излучателя (РО-49, РО-75) либо имеют низкий ресурс работы (Р-49). Кроме того, все серийные разрядники имеют большой разброс напряжения динамического пробоя, составляющий не менее 20 %, что негативно влияет на КПД преобразования энергии источника питания в рентгеновское излучение.

На основании литературных данных и дополнительно проведенных экспериментальных исследований в качестве изоляционного газа был выбран водород, который, с одной стороны, позволяет получать плавное изменение напряженности поля вдоль поверхности электродов, что способствует увеличению ресурса и стабильности пробоя, а с другой стороны, имеет резкое возрастание (в 2 раза) напряженности поля между анодным электродом и корпусом разрядника, что затрудняет уменьшение габаритов разрядника. Следствием данного противоречия явилась необходимость тщательной проработки технологии изготовления разрядников.

В процессе разработки разрядников серии РИМ были решены следующие технические и технологические задачи:

- отработаны процессы прецизионной шлифовки, металлизации и пайки изоляторов;

- снижена допустимая пористость керамических изоляторов из материала ВК94-1 с 8 до

0,3%;

- исследована и разработана технология изготовления нескомпенсированных спаев;

- разработана конфигурация стабилизирующих насечек на поверхностях электродной системы;

- исследовано влияние различных газовых смесей на основе водорода на стабильность напряжения пробоя и ресурс разрядника.

На рис. 12 приведена конструкция разработанного разрядника РИМ-3, ставшего базовым для разрядников на 90 и 150 кВ. В табл. 15 приведены сравнительные характеристики разрядников РИМ-3 и Р-49 (ОАО «Плазма»).

В результате проведенных исследований разработаны высоковольтные разрядники РИМ-1 (90 кВ), РИМ-2 (150 кВ), РИМ-3 (240 кВ), позволившие сократить массо-габаритные параметры рентгеновских аппаратов на 20-25 %, увеличить ресурс более чем в 10 раз по сравнению с аналогами и существенно повысить КПД преобразования накопленной энергии в первичных конденсаторах в лучевой выход рентгеновских аппаратов более чем на 40 % только за счет снижения разброса напряжения пробоя.

3 1 2 4

| _67____

Рис. 12. Конструкция разрядника РИМ-3 на 240 кВ. 1-корпус разрядника, 2- анодный узел, 3- катодный узел, 4- высоковольтный вывод.

Следующим этапом исследований стала разработка разрядника для рентгеновского излучателя на 350 кВ. Следует отметить, что при достижении определенного уровня напряжений в излучателе его габариты и масса начинают резко возрастать. Поэтому необходимо изменить общий подход к конструкции излучателя и искать принципиально новые концепции технических решений.

В излучателях до 240 кВ («Шмель-220/250», «Шмель-240А») разрядник находится под высоким потенциалом; при этом его корпус является обкладкой высоковольтного конденсатора (рис. 13). Диаметр излучателя равен Б = с1 + 2(ДБ + Э), где <1 - диаметр разрядника, ДО -величина изолирующего промежутка между разрядником и корпусом, в - толщина стенки корпуса.

Таблица 15

Сравнение технических параметров серийно выпускаемых разрядников Р-49 (ОАО «Плазма») и РИМ-3 __

Параметр Разрядник Р-49 РИМ-3

Профиль рабочего участка поверхности катодного электрода, мм сфера радиусом 20 профиль Брюса

Диаметр рабочего участка электродов, мм 4-5 15-20

Профиль экранирующего участка электрода, мм тор радиусом поперечного сечения 2,5 тор радиусом поперечного сечения 4,5

Профиль рабочего участка поверхности анодного электрода, мм сфера радиусом 20 плоский, диаметр в 1,5 раза больше диаметра электрода на изоляторе

Величина межэлектродного зазора, мм 3 4,8

Диаметр высоковольтного вывода, мм 5 10

Вид спая изолятора с корпусом охватывающий торцевой с Г-образпой манжетой

Рабочий газ азот водород

Напряжение пробоя, кВ 190-240 230-240

Среднеквадратичный относительный разброс напряжения пробоя, % 5 1,5

Ресурс, число импульсов 2x106 2,5x107

Для излучателя на 350 кВ была предложена другая компоновка, которая схематично показана на рис. 14. Разрядник является только коммутатором, а высоковольтный конструктивный конденсатор выполняется в виде отдельного узла. При этом разрядник является првходным, т.е. его корпус соединен с корпусом излучателя и находится под нулевым потенциалом, оба электрода закреплены на изоляторах. В этом случае диаметр излучателя практически равен диаметру разрядника. Такая конструкция позволяет при увеличении напряжения до 350 кВ сохранить диаметр излучателя неизменным, хотя при этом его длина увеличилась на 10%.

Для разработанной конструкции были рассчитаны напряженности электрического поля внутри разрядника. Расчеты показали, что при напряжении на разряднике 350 кВ напряженность поля в обоих изоляторах не превышает 7,5 кВ/мм, что, как показала многолетняя практика, является гарантией надежной работы разрядника.

В процессе конструирования разрядника были выработаны также рекомендации по конструкции высоковольтного конденсатора и высоковольтного ввода, соединяющего конденсатор и разрядник.

Разработанный проходной разрядник позволил создать импульсные рентгеновские аппараты на 350 кВ с теми же габаритами, что и у аппаратов с напряжением на 250 кВ. Это сократило время контроля в четыре раза и увеличило суммарную просвечиваемую толщину стали на 10 мм с чувствительностью контроля не хуже 2 %.

Четвертая глава посвящена обоснованию и выбору методических и аппаратных средств контроля высоковольтных, дозиметрических и дефектоскопических характеристик при проведении экспериментальных исследований, а также метрологическому обеспечению разработанной техники.

В разделе «Разработка технологий и средств проведения высоковольтных и сильноточных измерений» приведены результаты по развитию методики измерений параметров высоковольтных импульсов и созданию оригинальных специализированных измерительных средств контроля параметров импульсных генераторов: высоковольтных делителей, нагрузочных сопротивлений, токовых шунтов. Разработанные средства контроля позволили проводить измерения без искажения формы импульсов напряжения и тока в пикосекундном диапазоне. Погрешность проводимых высоковольтных измерений напряжений до 250 кВ и токов до 1 кА не превышала ± 4-5-5 %.

В разделе «Методы и средства измерения радиационных характеристик импульсного рентгеновского излучения длительностью 10"8 с» приведены результаты разработки методик и средств измерения длительности импульса и интегральной дозы за

импульс рентгеновского излучения. Так, разработанные средства позволили определять длительность импульса рентгеновского излучения с точностью 2x10"9 с. Погрешность измерений интегральной дозы излучения за импульс составила ± 10 % с учетом температурных колебаний и ± 5 % при изотермических измерениях.

В разделе «Методы и средства измерения дефектоскопических параметров рентгеновских шггроскопов» описаны методы и средства измерения чувствительности и разрешающей способности рентгеновских интроскопов, разработанных в рамках данной работы. Измерение чувствительности осуществлялось при помощи проволочных и канавочных эталонов чувствительности в соответствии с ГОСТом 7512-82 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод». Разрешающая способность дефектоскопов оценивалась с помощью рентгеновских тестов (тип 38 0,6...5,0 - пар линий и тип 9/2,0/360 0,64...10 - пар линий), изготавливаемых фирмой RTW-FRE1BURG (ФРГ).

В разделе «Метрологическое обеспечение разработанных и серийно выпускаемых рентгеновских интроскопов» приведен перечень результатов испытаний, проводимых в системе сертификации ГОСТ Р Госстандарта РФ на соответствие санитарным правилам и нормативам, техники, разработанной в данной работе.

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям при создании мобильных рентгеновских интроскопов и методик их применения.

В разделе «Рентгеновские импульсные интроскопы сварных соединений «Шмель-220/250» и «Ш|Иель-350» рассматриваются особенности конструкций разработанных интроскопов, области их применения, приводятся данные дефектоскопических исследований.

На основе разработанных математических моделей преобразования энергии в трансформаторе Тесла, алгоритмов оптимизации параметров трансформаторов и разработанной новой высоковольтной элементной базы созданы импульсные рентгеновские интроскопы серии «Шмель» на 220, 250 и 350 кВ (рис. 15-16). Отличительной особенностью данных интроскопов являются высокая просвечивающая способность, длительный ресурс эксплуатации, организация защиты от обратного и неиспользуемого излучения, низкий уровень электромагнитного излучения в эфир и промышленную сеть (согласно нормам ГОСТа Р 51317.4.4 - 99), широкий температурный диапазон эксплуатации от -50°С до +60°С, всепогодное исполнение. Имеется положительный опыт эксплуатации аппаратов при температуре ниже -50"С (Крайний Север), выше +60°С (Средняя Азия, Африка) и в условиях высокогорья - на высоте до 3 000 м над уровнем моря (Республика Армения). Преобразование накопленной энергии в первичпом контуре аппаратов «Шмель-220/250» осуществляется трансформатором, работающим на первой полуволне с общим объемом 0,5 дм2 и амплитудой холостого хода 280 кВ, КПД передачи энергии составляет 38 %.

Применение в аппаратах серии «Шмель-220/250», «Шмель-350» специально разработанных конденсаторов 0,29 мкФ на 4 кВ позволило снизить тепловые потери с 10-12 Вт до 1-2 Вт при общей потребляемой мощности 150 Вт.

Применение в аппаратах «Шмель-220/250» новых разрядников обеспечило стабильную работу аппарата. Так, разброс дозы рентгеновского излучения от импульса к импульсу укладывался в 5 % независимо от времени работы и внешних условий эксплуатации. Соответственно уменьшилась на 40 % избыточная энергия, которую необходимо накапливать в конденсаторах для обеспечения надежного пробоя разрядника во вторичном контуре трансформатора.

В результате применения специализированной элементной базы, внедрения новых научно-ипженерных решений при создании импульсных рентгеновских генераторов достигнуто увеличение в 2,5 раза отношения дозы в импульсе генерируемого рентгеновского излучения к запасенной энергии, необходимой для генерации импульса. Существенно увеличен ресурс рентгеновской трубки (в 3 раза), разрядников в первичпом контуре (в 2 раза), во вторичном контуре (не менее чем в 5 раз).

Рис. 15. Импульсный рентгеновский интроскоп «Шмель-250».

Рис.16. Применение интроскопа «Шмель-250» при контроле сварных соединений.

При проведении рентгенографии сварных соединений магистральных трубопроводов с аппаратом «Шмель-220/250» при использовании рентгеновской пленки РТ-2 с усиливающими экранами типа ВП-2 контролю доступен любой диаметр трубопровода с максимальной толщиной стенок до 25 мм. При проведении рентгенографии с использованием комбинации пленки F8 с металлическими экранами RCF (AGFA) отсутствуют ограничения по толщине и диаметру трубопровода при панорамной съемке, а при фронтальном просвечивании контролю доступны все трубопроводы диаметром менее 1020 мм и диаметром 1220 мм и только 50 % («Шмель-250») сортамента трубопроводов диаметром 1020 и 1420 мм и практически все диаметры и толщины для аппарата «Шмель-350».

Эксперименты по определению чувствительности проводились с двумя комбинациями рентгеновских пленок: D-7 со свинцовыми фольгами 0,027 мм и F-8 с металлическими экранами RCF как при панорамном, так и фронтальном просвечивании. Не было обнаружено сколько-нибудь значительной разницы в чувствительности (не более 0,15%) при применении различных рентгеновских пленок и схем просвечивания. В достаточно широком диапазоне толщин от 10 до 45 мм чувствительность контроля составляет 1,3-2%. Полученные результаты свидетельствуют об универсальности применения рентгеновских аппаратов «Шмель» а именно - возможности проведения как панорамного, так и фронтального просвечивания одной и той же рентгеновской трубкой (меняя только коллиматор) и возможности проведения контроля в широком диапазоне толщин одним и тем же аппаратом.

В разделе «Рентгеновские интроскопы для выявления оружия, взрывных устройств, отравляющих и наркотических веществ, основанные на регистрации проникающего излучения» приводятся характеристики и особенности разработанных переносных ин гроскопов.

В 1993 г. было освоено серийное производство портативного досмотрового комплекса «Шмель — 90/К», состоящего из импульсного рентгеновского аппарата с повышенной (до 40 Гц) частотой следования импульсов и конвертора на основе электронно-оптического преобразователя (ЭОП), позволявшего оператору наблюдать изображение досматриваемого объекта в режиме реального времени. Использование импульсного источника излучения дало возможность при значительно лучшем соотношении сигнал/шум снизить дозовую нагрузку на оператора. В то же время оператор не воспринимал мерцания вследствие инерционности зрения. Кроме того, за счет установки в ЭОП выравнивающих конденсаторов с номиналом емкости, в два раза превышающим рекомендуемый заводом-изготовителем, достигнуто одновременное формирование нескольких изображений при вращении досматриваемого объекта, что позволяет оператору легко создавать объемный образ объекта.

За период с 1993 по 1998 г.г. изготовлен и поставлен 91 комплекс «Шмель-90/K». Своевременная постановка на вооружение интроскопов «Шмель-90/K» позволила эффективно решать задачи обнаружения взрывных устройств в общественных местах. На рис. 17 приведены

примеры применения этого комплекса. Особенностью рентгеновского аппарата «Шмель-90А», входящего в интроскоп «Шмель-90/К», является то, что он выполнен в виде моноблока, в который включены высоковольтный генератор рентгеновских импульсов и аккумуляторные батареи с емкостью, достаточной для непрерывной работы аппарата в течение 20 мин в режиме излучения. Масса моноблока не превышает 5,6 кг. В конструкции аппарата в качестве преобразователя энергии использован трансформатор Тесла, работающий на второй полуволне, который помещен в металлический корпус. Трансформатор настроен на коэффициент связи 0,6, при этом токоподводящие проводники и металлический корпус снижают коэффициент связи трансформатора с 0,8 до необходимых 0,6. Благодаря корректно построенной математической модели (гл.2), а затем и экспериментального подтверждения, реализовано размещение высоковольтного преобразователя на основе трансформатора Тесла в металлическом корпусе при соотношении внешнего диаметра трансформатора (54 мм) к внутреннему диаметру металлического корпуса (58 мм) - 1,08. В качестве емкостных накопителей энергии использовались два последовательно соединенных конденсатора емкостью 0,09 мкФ на 4 кВ.

Для успешного решения всего круга задач по обнаружению и обезвреживанию взрывных устройств, выявлению оружия, отравляющих и наркотических веществ требовались рентгеновские комплексы с высокой просвечивающей способностью. Для обеспечения безопасности оператора необходима возможность управления работой комплекса на удалении от объекта контроля.

С этой целью был создан портативный рентгенотелевизионный комплекс «Шмель-240ТВ». Для этого комплекса был разработан импульсный рентгеновский аппарат с анодным напряжением 240 кВ. Это позволило получить уникальную для портативных досмотровых систем просвечивающую способность - до 40 мм по стали, что не имеет мировых аналогов. Тем

Рис. 17. Примеры изображений, полученные портативным рентгеновским комплексом «Шмель-90/К»: а- фрагмент портфеля, б- муляж самодельного взрывного устройства в кейсе.

самым впервые были реализованы следующие возможности:

- полного досмотра всех элементов и узлов автотранспорта, включая газобаллонное оборудование и бензобаки грузовых транспортных средств, на таможенных пунктах пропуска, контрольно-пропускных пунктах, а также при проведении оперативных мероприятий;

- получения рентгеновского изображения при расстоянии между излучателем и рентгенооптическим преобразователем более 2,5 м (просвечивание автомобилей, подозреваемых на наличие взрывных устройств);

- выявления исполнительного механизма взрывных устройств на фоне металлических поражающих элементов.

Высокая разрешающая способность - 0,12 км по стальному проводу - позволила специалистам МВД и ФСБ России эффективно применять комплекс для определения конструкции исполнительного механизма взрывных устройств. Комплекс также используется ФСО России для досмотра предметов, поступающих в адрес объектов государственной охраны, в том числе в период официальных визитов и командировок.

а

б

Количество комплексов, находящихся в эксплуатации в различных силовых структурах РФ, приведено в табл. 16. Сравнительные характеристики отечественных и зарубежных рентгенотелевизионных комплексов, имеющих назначение, аналогичное комплексу «Шмель-240ТВ», приведены в табл. 17.

Таблица 16

Количество рентгенотелевизионных комплексов «Шмепь-240ТВ», находящихся в эксплуатации у основных заказчиков__

Министерство, ведомство РФ Количество комплексов, шт.

МО 43

МВД 350

ФСБ, ФСО 51

ФТС 154

ФСИН 23

Импульсный рентгеновский аппарат «Шмель-240А», входящий в состав комплекса «Шмель-240ТВ, выполнен аналогично аппарату «Шмель-90А» - в моноблочном исполнении. Существенным отличием является то, что первичный накопитель энергии трансформатора Тесла размещен вокруг высоковольтного трансформатора внутри единого металлического корпуса. Двухсекционный конденсатор выполнен в виде полой трубы с обкладками, намотанными по окружности (гл.З). Толщина конденсатора - 3,5 мм, длина - 100 мм. Предварительная емкость конденсатора, получаемая при изготовлении, составляет 0,11 мкФ, после его установки в аппарат и заливки рентгеновского моноблока достигает 0,14 мкФ. Конденсатор предназначен для работы на второй полуволне с суммарным размахом амплитуды напряжения 16 кВ. Его ресурс составляет ~ 500 ч, что для данной техники соответствует 10 годам эксплуатации. В качестве вторичного разрядника используется разрядник с такими же техническими параметрами, как и в аппарате «Шмель-250». Так как в аппарате применяется новый трансформатор, формирующий высоковольтный импульс с крутизной фронта на 20 % больше, чем в аппарате «Шмель-250», то и напряжение пробоя разрядника укладывается в диапазон 242-256 кВ. Таким образом, данное решение, с одной стороны, позволило унифицировать элементную базу, используемую в аппаратах серии «Шмель», а с другой -увеличить просвечивающую способность излучения, генерируемого аппаратом. Наглядные примеры применения рентгенотелевизионного комплекса «Шмель-240ТВ» показаны на рис. 18.

Продолжением развития импульсных рентгеновских интроскопов стала разработка рентгенотелевизионного комплекса «Колибри-150ТВ», отличающегося от комплекса «Шмель-240ТВ» только рентгеновским аппаратом. Особенностью аппарата «Колибри-150А» явилось то, что все накопительные и коммутирующие элементы высоковольтного генератора расположены в едином металлическом корпусе, что значительно понизило уровень электромагнитного излучения, генерируемого аппаратом, и позволило упростить требования, предъявляемые к внешним корпусным деталям. Корпус аппарата может быть выполнен из алюминия толщиной не более 0,5 мм или даже пластика с внутренним напылением поверхности металлом не более 0,05 мм. Масса рентгеновского аппарата, входящего в его состав, снижена до 6,2 кг, габариты до 360x91x185 мм против 9,8 кг и 460x340x170 мм у аппарата «Шмель-240А». Это повысило удобство работы с комплексом. Меньшие габариты позволили разместить аппарат в одном кофре с преобразователем, что упростило хранение, транспортировку и эксплуатацию комплекса. Другими преимуществами комплекса «Колибри-150ТВ» являются возможность управления составными частями и передача видеоизображения как в проводном, так и беспроводном варианте соединений.

в г

Рис. 18. Примеры изображений, полученных рентгенотелевизионным комплексом «Шмель-240ТВ»: а) самодельное взрывное устройство: б) упаковки с наркотическими веществами в покрышке автомобиля; в) оружие, спрятанное под обшивкой автомобиля; г) самодельное взрывное устройство в поясной сумке.

Раздел «Рентгеновские интроскопы для выявления оружия, взрывных устройств, отравляющих и наркотических веществ, основанные на регистрации обратнорассеяиного излучения» посвящен экспериментальным исследованиям при создании ручных и мобильных интросколов, особенностям их конструкций.

С целью сокращения времени контроля был разработан ручной рентгеновский сканер «Ватсон», где используется принцип регистрации обратнорассеяиного излучения. Излучатель и детектор излучения располагаются по одну сторону от досматриваемого объекта и объединены в единую конструкцию. На цифровой дисплей сканера выводится значение уровня излучения, рассеянного объектом контроля и находящимися в нем (за ним) предметами. По изменению показаний при сканировании поверхности оператор обнаруживает контуры предметов, определяет их примерные размеры и материал (металл/органика).

Сканер «Ватсон» позволяет эффективно обследовать:

мягкую мебель, столешницы, пространство за декоративными элементами поме-

Таблица 17

Основные технические характеристики рентгенотелевизионных комплексов

Параметр «Норка» (Россия) ЯТЯ-4 (США) «Шмсль-240ТВ» (Россия)

Тип рентгеновского аппарата постоянный импульсный импульсный

Анодное напряжение, кВ 130 300 240

Предельная просвечивающая способность по стали, мм 15 30 40

Разрешающая способность, мм 0,08 0,12 0,12

Максимальная толщина досматриваемого объекта, м 1,2 2,5 3,5

Размер зоны контроля, мм 240x320 200x250 240x320

Температура эксплуатации, 'С 0 - +50 +5 - +40 - 30 - +60

Экранировка электромагнитного излучения нет нет да

Наличие защиты оператора от неиспользуемого излучения нет да да

Масса комплекса, кг -20 ~ 15 23

Время работы без подзарядки от автономных источников питания, ч требуется дополнительное оборудование 3 4

Пылевлагозащищенное исполнение нет нет да

Наличие специализированной клавиатуры управления нет нет Да

щений (плинтусы, наличники дверных проемов), оконные откосы, дверное полотно, межкомнатные перегородки помещений;

сиденья, пространство за внутренней обшивкой, колеса, полости кузовных элементов автотранспортных средств;

технологические полости авиационного транспорта, полости за внутренней обшивкой, сиденья салона самолета.

За счет одностороннего доступа к объекту сканер позволяет быстро выявить подозрительные места, которые в дальнейшем просвечиваются рентгенотелевизиопным комплексом. Совместное применение рентгенотелевизионного комплекса «Шмель-240ТВ» и сканера «Ватсон» позволило сократить общее время контроля до 10 раз.

Сканер «Ватсон» является уникальным изделием, не имеющим аналогов в мире.

Технология совместного применения рентгенотелевизионного комплекса «Шмель-240ТВ» и сканера «Ватсон» была использована специалистами ФСКН и ФТС России для досмотра транспортных средств. Неоднократные задержания наркотических веществ и незаконно перемещаемых ценностей подтвердили эффективность и востребованность сканера.. В табл. 18 приведены технические характеристики сканера скрытых полостей «Ватсон». В настоящее время более 450 сканеров находятся в эксплуатации.

Дальнейшее развитие интроскопов, построенных на методе рассеянного излучения, связано с разработкой мобильных средств, позволяющих получать изображение содержимого объекта контроля. Так, в 2007 г. была выпущена первая партия интроскопов «Ватсон-ТВ».

Таблица 18

Основные технические характеристики сканера «Ватсон»

Параметр Величина

Максимальная толщина преграды, за которой обнаруживается предмет

из дерева, мм 45

из алюминия, мм 10

из стали, мм 1,5

Максимальная глубина досмотра, мм 300

Скорость сканирования, см/с 10

Масса

сканера, кг 2,3

поясного аккумулятора, кг 1,4

Диапазон рабочих температур, 'С -20 - +50

Время работы без подзарядки от автономных источников питания, ч 7

Комплекс «Ватсон-ТВ» позволяет обнаруживать предметы из материалов как с низкой (0,5 - 2,0 т/см3), так и с высокой (более 5 г/см ) плотностью за различными типами преград (сталь, алюминий, дерево).

Максимальная толщина преград, за которыми можно выявить предмет, составляет: 8 мм алюминия; 40 мм ДСП; 1,5 мм стали.

Диаметр пучка комплекса «Ватсон-ТВ» составляет ~ 4 мм (при расстоянии 100 мм до объекта контроля), при этом комплекс позволяет обнаруживать неоднородности, имеющие площадь 2-3 мм2. Например, обнаруживается площадка с припоем на печатной плате диаметром 2 мм, проволока диаметром 0,5 мм (5-я проволока эталона чувствительности №13, см. рис. 19). Возможности комплекса по обнаружению и идентификации мелких предметов иллюстрируют рис. 19.

С 2007-го по 2009-й г.г. изготовлено и поставлено заказчикам 11 мобильных интроскопов «Ватсон-ТВ», основанных на регистрации квантов, обратно рассеянных от досматриваемого объекта.

Пачка сигарет внутри колеса, закрепленная на ободе колесного диска

Стальные проволочные эталоны чувствительности № 13 за листом гипсокартона толщиной 12 мм. На расстоянии 150 мм за тест-объектом находится вторая «стенка» (лист гипсокартона)

Предметы за листом ДСП толщиной 20 мм: справа - металлический предмет (скрепка) внутри сувенира (глиняная фигурка); в центре -ручка; слева - мультиметр

Рис. 19. Возможности интроскопа «Ватсон-ТВ» по обнаружению и идентификации мелких предметов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Теоретически определены и экспериментально подтверждены условия, необходимые для локализации типовых объектов в двуслойных конструкциях при обратном рассеянии по критерию сигнал/шум в диапазоне энергий от ¡0 до 100 кэВ. На основании математического уравнения, задающего условия локализации типовых объектов, получены выражения, определяющие максимальную толщину и чувствительность контроля для двуслойных конструкций.

2. Исследованы разности альбедо различных материалов двуслойных конструкций в диапазоне энергий от 5 до 450 кэВ. Установлены оптимальные энергии квантов прямого излучения для разных комбинаций материалов двуслойных конструкций по критерию максимальной разности альбедо. Получены выражения, определяющие максимальную толщину, чувствительность контроля в зависимости от параметров рентгеновского излучателя.

3. Разработаны математические модели преобразования энергии в импульсных рентгеновских аппаратах, построенных на основе трансформатора Тесла, с учетом эффекта близости, скин-эффекта, емкостных связей индуктивности первичного контура. Теоретически исследованы и экспериментально подтверждены зависимости влияния конструктивных, технических (габаритные размеры, количество витков, способ намотки), физических (коэффициент связи, рассогласованность частот, сопротивление, величины емкостей и индуктивностей) параметров трансформатора на КПД передачи энергии из емкостного

накопителя первичного контура во вторичный.

4. Предложены и исследованы алгоритмы оптимизации параметров трансформатора при передаче энергии на первой и второй полуволне. Установлено, что при передаче энергии на первой полуволне определяющими параметрами, влияющими на КПД трансформатора, являются рассогласованность частот контуров, паразитная емкость первичной индуктивности, диаметр трансформатора, количество витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

5. Установлено, что в силу ограничений (габариты, надежность, технологичность) не представляется возможным достигнуть более 60 % от теоретически возможного КПД при передаче энергии на первой и более 70 % при передаче энергии на второй полуволне.

6. Исследовано и экспериментально подтверждено влияние величины разрядной емкости вторичного контура па суммарный выход рентгеновского излучения за период выработки полного ресурса импульсной рентгеновской трубки. Показано, что при просвечивании изделий из материала, эквивалентного по ослаблению рентгеновского излучения стали толщиной более 20 мм, и ограничении времени просвечивания целесообразно иметь ударную емкость более 40 пф; при просвечивании изделий из материала, эквивалентного по ослаблению рентгеновского излучения алюминию толщиной, равной или менее 20 мм, целесообразно уменьшить ударную емкость до 25 пФ.

7. Предложена концепция создания конструкций импульсных рентгеновских интроскопов на основе развития технологии изготовления высоковольтной элементной базы (разрядников, низкоимпедансных конденсаторов, рентгеновских трубок). Применение новых технических решений и высоковольтной элементной базы позволило увеличить ресурс аппаратов более чем в 10 раз, ресурс рентгеновской трубки в 3 раза, КПД преобразования накопленной энергии в рентгеновское излучение в 3 раза.

8. На базе проведенного анализа, теоретических и экспериментальных исследований с целью развития метода рентгеновской интроскопии разработаны мобильные рентгеновские интроскопы различного применения, построенные на регистрации проникающего и обратнорассеянного излучения:

8.1. Метод проникающего излучения:

1. Переносные импульсные рентгеновские интроскопы серии «Шмель» на 220 кВ, 250 кВ, 350 кВ для контроля сварных соединений;

2. Переносные импульсные рентгенотелевизионные интроскопы «Шмель-240ТВ», «Колибри-150ТВ», портативный импульсный рентгеновский комплекс «Шмель-90/К» для противодействия терроризму, поиска наркотических и психотропных веществ.

8.2. Метод обратнорассеянного излучения:

1. Ручной сканер скрытых полостей «Ватсоп», для противодействия терроризму, поиска наркотических и психотропных веществ;

2. Мобильный интроскоп «Ватсон-ТВ» для противодействия терроризму, поиска наркотических и психотропных веществ.

9. Совокупный производственный выпуск интроскопов составил более 2 500 единиц в объеме около 1 млрд. рублей. Рентгеновские интроскопы производятся серийно и поставляются на предприятия ТЭК России и правоохранительным подразделениям различных служб и министерств России; 5 % от общего объема изготовленной техники поставляется в зарубежные страны.

Публикации по теме диссертации

1. Буклей A.A. Сильноточный импульсный рентгеновский аппарат с повышенной лучевой отдачей /Труды НИКИМП. - М. - НИИИН. -1988.-е. 60-63.

2. Буклей A.A., Алтухов A.A., Джикаев Ю.К., Атеев А.П., Меркулов Д.И. Разработка средств и методов рентгеновской регистрации отдельных фаз быстропротекающих процессов в средах средней и малой плотности //Отчет по НИР. -Гос.рег. №01870098455.

3. Буклей A.A. Новые импульсные рентгеновские аппараты с расширенными функциональными возможностями для исследования биологических, физических, динамических характеристик //ПТЭ. -1990. - с. 20-21.

4. Буклей A.A., Алтухов A.A. Исследование возможности послойной диагностики объектов на базе импульсных рентгеновских аппаратов /Я1 Межведомственная научно-техническая конференция «Контроль и диагностика общей техники». - М. - 1989. - т.2. — с. 46-48.

5. Алтухов A.A., Джикаев Ю.К., Алеев А.П., Буклей A.A., Неретин Д.И., Кузьмин В.И., Меркулов Д.И. Разработка методики рентгеновской регистрации отдельных фаз быстропротекающего процесса //Отчет по НИР. -Гос.рег. №01870098452.

6. Алтухов A.A., Белкин Н.В., Буклей A.A., Гусев Е.А., Джикаев Ю.К. Сильноточный импульсный аппарат «Кавказ-300» для неразрушающего контроля // Дефектоскопия. -1989. -№11.-с. 5-15.

7. Алтухов A.A., Буклей A.A., Гусев Е.А. Сильноточный рентгеновский аппарат «Кавказ-300» //XIII Всесоюзная научно-техническая конференция по высокоскоростной фотографии, фотонике и метрологии быстропротекающих процессов. — М.: -1987/ - с.67.

8. Алтухов A.A., Буклей A.A. Импульсные рентгеновские аппараты «Кавказ-300», «Кавказ-500» //ПТЭ. - №6, - с.16-17.

9. Altukhov A.A., Buckley A.A. X-ray complex for registration and diagnostics of high-speed dynamic process /19th Intern.Congress on High-Speed Photography and Photonics. Cambridge, 1990.

10. Алтухов A.A., Авилов Э.А., Белкин H.B., Буклей A.A. Импульсный рентгеновский аппарат: Авторское свидетельство № 1526557, 1988, приоритет 24.03.88 г.

11. Алтухов A.A., Буклей A.A., Белкин Н.В., Боголюбов В.В., Кузин А.И. Импульсный рентгеновский аппарат: Авторское свидетельство № 1637032,1990, приоритет 19.04.89 г.

12. Буклей A.A., Полин В.А., Алтухов A.A., Гусев Е.А., Импульсный рентгеновский аппарат: Авторское свидетельство № 1658427, 1991, приоритет 28.07.89 г.

13. Буклей A.A. и др., Способ диагностики импульсных пучков заряженных частиц: Авторское свидетельство № 1676354, 1991, приоритет 29.09.89 г.

14. Авилов Э.А., Буклей A.A., Юрьев АЛ. Газонаполненный разрядник: Патент РФ на изобретение № 2096855 по заявке № 96107081 от 9.04.1996 г.

15. Буклей A.A., Полин В.А. Импульсный рентгеновский генератор: Патент РФ на изобретение № 2050708 по заявке № 93047770 от 22.10.1993 г.

16. Буклей A.A., Полин В.А., Шурушкин A.B. Опыт эксплуатации рентгеновских аппаратов и перспективы их развития //Сборник трудов Международной деловой встречи «Диагностика-98».-Сочи, 1998.-С. 34.

17. Буклей A.A., Полин В.А. Разработка математической модели многоконтурных электромагнитных систем: Научный отчет. -М., 1998 г. Всесоюзный научно-технический центр, per. номер НИОКР № 01.99.0009752.

18. Буклей A.A., Полин В.А., Шмелев A.B. Анализ рынка рентгеновской досмотровой техники //Сборник трудов Международной конференции «Информатизация правоохранительных систем». - М., 1999. - С. 363-365.

19. Буклей A.A., Шмелев A.B. Мобильный цифровой рентгеновский комплекс для дефектоскопии сварных соединений //Тезисы докладов 3-й Международной конференции «Диагностика трубопроводов». — М., 2001. - С. 143.

20. Буклей A.A., Семенов В.В., Шурушкин A.B. Перспективы применения аппаратов серии «Шмель» для рентгеновского контроля сварных соединений газонефтепроводов //Тезисы докладов 3-й Международной конференции «Диагностика трубопроводов». -М., 2001. - с. 146.

21. Банцеров B.C., Барышников Д.А., Буклей A.A., Добров A.C., Шмелев A.B. Цифровой рентгеновский преобразователь СКАТ-300х400 //Сборник трудов 11-й Международной научной конференции «Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов». - М., 2002. - С. 481.

22. Блохин Е.О., Буклей A.A., Паршин И.А. Портативный ручной рентгеновский прибор для поиска вложений //Сборник трудов 11-й Международной научной конференции

«Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов». - М., 2001. -С. 208.

23. Буклей A.A. Оценка возможности создания малогабаритного рентгеновского устройства для получения изображения предметов за преградой с односторонним доступом к поверхности //Сборник трудов 14-й Международной научной конференции «Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов». - М., 2005. - С. 416.

24. Буклей A.A., Паршин И.А. Малогабаритное рентгеновское устройство для получения изображения предметов за преградой с односторонним доступом к поверхности //Сборник трудов 14-й Международной научной конференции «Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов». - М., 2005. - С. 420.

25. Буклей A.A., Паршин И.А. Исследование путей создания переносного малогабаритного рентгеновского аппарата для проверки скрытых полостей с получением изображений предметов, находящихся за преградами: Итоговый отчет о НИЭР. - Москва, 2005 г., Всесоюзный научно-технический центр, per. номер НИОКР № 0120.0 802776.

26. Буклей A.A., Паршин И.А. Исследование возможности создания комплекса оборудования для дистанционного обнаружения предметов на теле человека с использованием рассеянного рентгеновского излучения на основе результатов НИЭР «Ватсон-ТВ»: Итоговый отчет о НИР. -Москва, 2007 г., Всесоюзный научно-технический центр, per. номер НИОКР № 0120.0 804774.

27. Буклей A.A. Разработка и создание досмотровой техники, основанной на регистрации рассеянного рентгеновского излучения //Тезисы докладов 6-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» - М., 2007. - С. 67.

28. Буклей A.A., Паршин И.А. Экспериментальные результаты дистанционного досмотра на основе регистрации рассеянного излучения //Тезисы докладов 7-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» - М., 2008. - С. 129.

29. Буклей A.A. Опыт развития метода регистрации обратнорассеянного излучения //Тезисы докладов 7-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» - М., 2008. - С. 51.

30. Буклей A.A., Владимиров Л.В., Козлов A.A. Ионизационная камера с выносным предварительным усилителем для систем автоматического экспонирования при рентгенодиагностике //Медицинская техника,- 2008.-№5(251).- с. 13-15.

31. Буклей A.A. Исследования и создание портативной досмотровой рентгеновской техники и оборудования НК, разработка технологии их применения. //Контроль. Дагностика - 2009. -№ 4. - с.76-80

32. Буклей A.A. Исследование методов и создание мобильных рентгеновских интроскопов // Тезисы докладов 8-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» - М., 2009. - С. 19.

33. Буклей A.A. Определение условий, необходимых для локализации типовых объектов при обратном рассеянии многослойных конструкций //Тезисы докладов 8-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» - М., 2009.-С. 12.

34. Буклей A.A., Владимиров Л.В., Козлов A.A. Математическая модель обратнорассеянного излучения при сканировании диагностируемого объекта узким рентгеновским пучком //Медицинская техника.- 2009,- №5(257).- с.27-30.

35. Буклей A.A. Исследование путей совершенствования импульсных радиационных дефектоскопов и создание на их основе малоракурсной рентгеновской установки для контроля динамических процессов. Диплом кандидата технических наук кд № 045974 от 16 октября 1991 г.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ РЕНТГЕНОВСКОЙ ИНТРОСКОПИИ. ОПТИМИЗАЦИЯ НОМЕНКЛАТУРЫ РЕНТГЕНОВСКИХ ИНТРОСКОПОВ.

1.1. Рентгеновский метод и средства интроскопии, предназначенные для поиска и досмотра на основе регистрации проникающего излучения.

1.2. Рентгеновский метод и средства интроскопии, предназначенные для поиска и досмотра на основе регистрации обратнорассеянного излучения.

1.3. Рентгеновский метод и средства интроскопии, предназначенные для контроля сварных соединений при строительстве и эксплуатации газо-нефтепроводов.

Выводы.

ГЛАВА 2. ОПТИМИЗАЦИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ РАСЧЕТА И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ.

2.1. Разработка математической модели импульсных высоковольтных трансформаторов на напряжение 250 кВ. Алгоритмы оптимизации параметров трансформаторов.

2.1.1 .Физических принципы математической модели проектирования высоковольтных трансформаторов.

2.1.2. Исследование программ расчета параметров трансформаторов.

2.1.3. Алгоритмы оптимизации параметров трансформатора при передаче энергии на первой полуволне. Анализ степени влияния параметров трансформатора на

КПД преобразования энергии.

2.1.4. Алгоритмы оптимизации параметров трансформатора при передаче энергии на второй полуволне. Анализ степени влияния параметров трансформатора и коэффициента связи на КПД преобразования энергии .51 2.2. Построение модели и определение условий локализации неоднородностей в досматриваемом объекте методом обратнорассеянного излучения.

2.2.1. Математическая модель локализации неоднородностей в досматриваемом объекте по критерию отношения сигнал/шум.

2.2.2.Определение предельной толщины и чувствительности контроля на основе метода обратнорассеянного излучения.

2.2.3 .Влияние параметров рентгеновского излучателя на соотношение сигнал/шум, чувствительность и предельную толщину контроля методом обратнорассеянного излучения.

2.2.4. Оптимизация энергии излучения в зависимости от физических характеристик контролируемого объекта.

2.3. Моделирование процесса визуализации обратнорассеянного излучения.

Выводы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

ДЛЯ МОБИЛЬНЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ИНТРОСКОПОВ.

3.1. Низкоимпедансные высоковольтные конденсаторы.

3.1.1. Цилиндрические высоковольтные конденсаторы.

3.1.2. Полые цилиндрические конденсаторы.

3.2. Промышленные рентгеновские трубки.

3.2.1. Рентгеновские трубки, предназначенные для применения в импульсных рентгеновских интроскопах.

3.2.2. Рентгеновские трубки, предназначенные для применения в рентгеновских интроскопах, основанных на регистрации обратнорассеянного излучения.

3.3. Газонаполненные разрядники высокого давления.

3.3.1 Высоковольтный разрядник на 250 кВ.

3.3.2. Высоковольтные разрядники на 90 и 150 кВ.

3.3.3. Высоковольтный разрядник на 350 кВ.

Выводы.

ГЛАВА 4. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ.

4.1. Разработка технологий и средств проведения высоковольтных и сильноточных измерений.

4.2. Методы иедства измерения радиационных характеристик импульсного рентгеновского излучения длительностью 10"

4.3. Методы и средства измерения дефектоскопических параметров рентгеновских интроскопов.

4.4. Метрологическое обеспечение разработанных и серийно выпускаемых рентгеновских интроскопов.

Выводы.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОЗДАНИЮ МОБИЛЬНЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ИНТРОСКОПОВ

И МЕТОДИК ИХ ПРИМЕНЕНИЯ.

5.1. Рентгеновские импульсные интроскопы сварных соединений «Шмель-220/250» и «Шмель-350».

5.2. Рентгеновские интроскопы для выявления оружия, взрывных устройств, отравляющих и наркотических веществ, основанные на регистрации проникающего излучения.

5.2.1 Портативный рентгеновский комплекс «Шмель-90/К.

5.2.2.Портативный рентгенотелевизионный комплекс «Шмель-240ТВ».

5.2.3.Портативный рентгенотелевизионный комплекс «Колибри-15 ОТВ».

5.3. Рентгеновские интроскопы для выявления оружия, взрывных устройств, отравляющих и наркотических веществ, основанные на регистрации обратнорассеян-ного излучения.

5.3.1. Ручной сканер скрытых полостей «Ватсон».

5.3.2. Мобильные интроскопы скрытых полостей серии «Ватсон-ТВ».

Выводы.

Актуальность работы

Важнейшей составляющей мероприятий, направленных на совершенствование антитеррористической деятельности, следует считать оснащение специальных подразделений эффективной поисковой и досмотровой аппаратурой. Аппаратурные методы обнаружения предметов террористического назначения реализуются в комплексе средств технической диагностики. При этом наиболее информативными и надежными являются методы и средства радиационной интроскопии.

В конце 80-х - начале 90-х годов прошлого века производство отечественной аппаратуры рентгеновской интроскопии значительно отставало от потребностей правоохранительных органов. Оснащение силовых структур громоздкими рентгенографическими аппаратами и переносными комплексами Л^сИбсо (Израиль), «Лебеда» (Россия) уже не удовлетворяло предъявляемым к ним требованиям ни по производительности, ни по качеству диагностики. Эксплуатационные характеристики не позволяли их использовать в реальных условиях вне помещений, а высокая цена импортной аппаратуры сдерживала массовое внедрение этих комплексов в практику.

Повышение требований к технической оснащенности антитеррористических и других спецподразделений поставило на повестку дня целый комплекс задач по созданию и развитию массового производства отечественной рентгеновской досмотровой и поисковой аппаратуры, отвечающей современным требованиям к ее основным эксплуатационным параметрам: малые масса и габариты переносной аппаратуры, высокая производительность при высоком качестве рентгеновских изображений, возможность эксплуатации в условиях ограниченного доступа к объекту, безопасность персонала, работа в широком диапазоне климатических условий. Необходимость реализации указанных требований явилась предпосылкой к постановке и выполнению данной работы, обусловив ее актуальность.

Актуальность работы подтверждена также рядом указов Президента Российской Федерации и постановлений Правительства Российской Федерации, в том числе:

- постановлением Правительства РФ от 10 Марта 1999 г. №270 «О Федеральной целевой программе по усилению борьбы с преступностью на 1999-2000 годы»;

- постановлением Правительства РФ от 2 декабря 2004 г. №722 « О подписании дополнительного протокола о борьбе с терроризмом к соглашению между правительствами государств - участников Черноморского экономического сотрудничества о сотрудничестве в борьбе с преступностью, особенно в ее организованных формах, от 2 октября 1998» г.;

- указом Президента РФ от 22 января 2001 г. № 61 «О мерах по борьбе с терроризмом на территории Северо-Кавказского региона Российской Федерации» (с ред. от 3 августа 2005 г.).

Цель работы

Целью работы является создание мобильных рентгеновских интроскопов, предназначенных для оснащения антитеррористических подразделений правоохранительных органов, дефектоскопических лабораторий строительных организаций топливно-энергетического комплекса (ТЭК), на основе развития методов рентгеновской интроскопии, разработки специальной элементной базы, внедрения современных технологий и освоения серийного производства отечественной рентгеновской аппаратуры.

Реализация поставленной цели достигается решением ряда задач 1. Анализ существующих технологий и средств рентгеновской диагностики применительно к задачам досмотра транспортных средств, багажа, ручной клади, отдельных предметов и упаковок. Исследование методических и технических особенностей разминирования штатных и самодельных взрывных устройств. Исследование характерных демаскирующих признаков устройств съема информации. Оптимизация номенклатуры технических средств рентгеновской диагностики. Выработка тактико-технических требований к рентгеновской технике, обеспечивающих качественное улучшение деятельности специальных подразделений, направленной на снижение вероятности осуществления терактов, обеспечение информационной безопасности, безопасности объектов государственной охраны и техногенных катастроф.

2. Разработка новых технологий для создания высоковольтной элементной базы, а именно: рентгеновских трубок, газонаполненных разрядников, низкоимпедансных высоковольтных конденсаторов. Создание соответствующей технологической базы и освоение серийного выпуска изделий.

3. Разработка математических моделей и алгоритмов расчета импульсных рентгеновских генераторов на основе импульсных трансформаторов, работающих как на первой, так и на второй полуволне.

4. Разработка модели и определение условий локализации неоднородностей в досматриваемом объекте методом обратнорассеянного излучения.

5. Создание мобильных рентгеновских интроскопов, предназначенных для решения задач по обеспечению безопасности государственных объектов страны, проведение их сертификации, наладка серийного выпуска, обеспечение оснащения разработанной техникой специальных подразделений правоохранительных органов и дефектоскопических лабораторий, отработка методики и технологии их применения.

Методы исследований

Теоретические исследования проводились с использованием методов математического анализа, теории вероятностей и математической статистики. Решение дифференциальных уравнений выполнялось методом

Рунге-Кутта 4-го порядка.

Математическое моделирование проводилось с использованием пакета Visual Studio на языке программирования С ++.

Экспериментальные исследования выполнялись с использованием высокочастотных осциллографов, специально разработанных импульсных дозиметрических приборов, высоковольтных делителей, шунтов и других стандартных методов и средств.

Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований достигалось путем использования сертифицированных и поверенных образцов, мер, а также метрологически поверенной аппаратуры.

Научная новизна работы

Для реализации поставленной цели были выполнены комплексные теоретические и экспериментальные исследования и научно-технические разработки, обеспечившие достижение качественно нового технологического уровня в данной области, в том числе

1) теоретически и экспериментально исследованы процессы взаимодействия прямого и обратного рентгеновского излучения в диапазоне энергий от 10 до 100 кэВ с различными материалами и изделиями из них. Определены условия, необходимые для локализации типовых объектов при обратном рассеянии по критерию отношения сигнал/шум. Исследованы и определены предельная толщина и чувствительность контроля многослойных конструкций на основе метода обратнорассеянного излучения в зависимости от параметров рентгеновского излучения;

2) разработаны математические модели импульсных рентгеновских аппаратов на основе различных схем построения с учетом эффекта близости, скин-эффекта, емкостных связей индуктивности первичного контура. Теоретически установлены и экспериментально подтверждены зависимости влияния технических (габаритные размеры, количество витков, способ намотки), физических (коэффициент связи, рассогласованность частот, сопротивление, емкость, индуктивность) параметров трансформатора на КПД передачи энергии из емкостного накопителя первичного контура во вторичный контур;

3) разработаны алгоритмы оптимизации параметров трансформатора при передаче энергии на первой и второй полуволне;

4) теоретически и экспериментально исследовано влияние величины разрядной емкости на суммарный выход рентгеновского излучения за период ресурса импульсной рентгеновской трубки. Сформулированы принципы выбора величины разрядной емкости в импульсных интроскопах в зависимости от толщины и плотности контролируемого материала.

Практические результаты работы

Разработаны и поставлены на серийное производство рентгеновские комплексы специального назначения стационарного и портативного исполнения, значительно превосходящие по своим характеристикам лучшие отечественные и зарубежные образцы или не имеющие аналогов.

1. Для оперативного обследования отдельных предметов и объектов в масштабе реального времени и в условиях ограниченного времени досмотра - малодозовый портативный рентгеновский комплекс «Шмель-90/К».

2. Для оперативного обследования отдельных предметов и объектов в полевых условиях - портативные рентгенотелевизионные комплексы («Шмель-240ТВ», «Колибри-15 ОТВ») с предельной просвечивающей способностью по стали до 40 мм, разрешением не хуже 0,12 мм, общей массой не более 25 кг, автономным питанием, работающие в широком температурном диапазоне -30 +60 °С. «Шмель-240ТВ» -единственный портативный комплекс, позволяющий осуществлять в нестационарных условиях досмотр топливных баков и газовых баллонов автотранспорта.

3. Для оперативного обследования крупногабаритных объектов автотранспорта и помещений), а также подповерхностного контроля объектов при реализации только одностороннего доступа - ручной рентгеновский сканер «Ватсон», выявляющий неоднородность структуры за пластиком (45 мм), резиной (25 мм), сталью (1,5 мм), и мобильный рентгеновский сканер «Ватсон-ТВ» с визуализацией рентгеновского изображения, разрешающей способностью 0,6 пар линий на мм. Рентгеновский сканер «Ватсон» не имеет аналогов.

4. Для контроля качества сварных соединений при строительстве и проведении регламентных работ газонефтепроводов различного сечения -портативные рентгеновские аппараты «Шмель-220/250» и «Шмель-350», обеспечивающие просвечивание материалов с толщинами, эквивалентными ослаблению рентгеновского излучения сталью от 6 до 50 мм, с чувствительностью контроля по 2 классу ОСТ 102-51-85, работающие в широком температурном диапазоне от -40 до +60 °С.

5. Специальной рентгеновской техникой, разработанной в рамках данной работы, оснащены: таможенные пункты пропуска, метрополитены России, центральные железнодорожные и автовокзалы России, а также практически все подразделения ОМОНа, мобильные взрывотехнические лаборатории. На основании ведомственной программы продолжается переоснащение современной техникой территориальных органов ФСБ России и подразделений ФСО, осуществляющих охрану организаций и отдельных лиц, представляющих Российскую Федерацию за рубежом.

Всего за период с 1993 по 2008 г.г. изготовлено и поставлено в спецподразделения МО, МВД, ФСБ, ФСО, ФТС, ФСИН России более 1200 единиц разработанной рентгеновской техники.

6. Изготовлено и поставлено в различные организации ТЭК России более 900 импульсных рентгеновских интроскопов серии «Шмель» -модели на 220, 250, 350 кВ. Только аппаратами «Шмель» проконтролировано более 20 000 км магистральных газо-нефтепроводов.

С помощью разработанной техники с 1993 по 2008 г.г. обнаружено и обезврежено более тысячи взрывных устройств, обнаружено несколько тысяч контрабандных товаров и ограниченных к свободному перемещению предметов.

Внедрение разработанной техники позволило

- снизить вероятность проведения терактов за счет своевременного обнаружения взрывных устройств при их ввозе в страну и перемещении;

- ограничить утечку сведений, составляющих государственную тайну, вследствие упреждающего обнаружения прослушивающих устройств, внедренных в оргтехнику, линии связи, оборудование, помещения государственных учреждений;

- обеспечить безопасность объектов государственной охраны в период официальных визитов и командировок;

- увеличить в 3-4 раза пропускную способность контрольно-пропускных пунктов на государственной границе, в том числе и необорудованных, путём сокращения до 10 раз времени досмотра автотранспорта и багажа; повысить эффективность обезвреживания замаскированных самодельных и штатных взрывных устройств за счёт ускорения их бесконтактной идентификации и определения конструкции исполнительного механизма, а также безопасность сапёров при обезвреживании;

- повысить производительность труда при проведении контроля сварных соединений в экстремальных условиях севера и юга России.

Защищаемые положения

1 .Теоретические исследования взаимодействия прямого и обратного рентгеновского излучения с многослойными конструкциями. Обоснование выбора диапазона оптимальных энергий излучения при регистрации обратнорассеянного излучения по критерию отношения сигнал/шум.

2. Теоретические исследования по созданию математической модели преобразования энергии в импульсных трансформаторах.

3. Алгоритмы оптимизации параметров трансформаторов и созданные на их основе импульсные интроскопы.

4. Технические решения при создании мобильных интроскопов и их конструкции.

5. Технологические решения при создании высоковольтной элементной базы.

6. Новые методы измерений при разработке импульсных интроскопов.

Апробация работы

Основные результаты работы опубликованы в отечественных периодических изданиях, докладывались и обсуждались на российских и международных научных конференциях, приборы автора демонстрировались на различных международных выставках и были отмечены 9 медалями.

Публикации

35 научных работ, включая публикации в журналах, тезисы докладов научно-технических конференций, отчеты НИОКР с государственной регистрацией, 4 авторских свидетельств СССР и 2 патента РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 119 наименований, и приложения. Основная часть работы изложена на 202 страницах, включая 73 рисунка и 38 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Теоретически определены и экспериментально подтверждены условия, необходимые для локализации типовых объектов в двуслойных конструкциях при обратном рассеянии по критерию сигнал/шум в диапазоне энергий от 10 до 100 кэВ. На основании математического уравнения, задающего условия локализации типовых объектов, получены выражения, определяющие максимальную толщину и чувствительность контроля для двуслойных конструкций.

2. Исследованы разности альбедо различных материалов двуслойных конструкций в диапазоне энергий от 5 до 450 кэВ. Установлены оптимальные энергии квантов прямого излучения для разных комбинаций материалов двуслойных конструкций по критерию максимальной разности альбедо. Получены выражения, определяющие максимальную толщину и чувствительность контроля в зависимости от параметров рентгеновского излучателя.

3. Разработаны математические модели преобразования энергии в импульсных рентгеновских аппаратах, построенных на основе трансформатора Тесла, с учетом эффекта близости, скин-эффекта, емкостных связей индуктивности первичного контура. Теоретически исследованы и экспериментально подтверждены зависимости влияния конструктивных, технических (габаритные размеры, количество витков, способ намотки), физических (коэффициент связи, рассогласованность частот, сопротивление, величины емкостей и индуктивностей) параметров трансформатора на КПД передачи энергии из емкостного накопителя первичного контура во вторичный.

4. Предложены и исследованы алгоритмы оптимизации параметров трансформатора при передаче энергии на первой и второй полуволнах. Установлено, что при передаче энергии на первой полуволне определяющими параметрами, влияющими на КПД трансформатора, являются рассогласованность частот контуров, паразитная емкость первичной индуктивности, диаметр трансформатора, количество витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

5. Установлено, что в силу ограничений (габариты, надежность, технологичность) не представляется возможным достичь более 60 % теоретически возможного КПД при передаче энергии на первой и более 70 % при передаче энергии на второй полуволне.

6. Исследовано и экспериментально подтверждено влияние величины разрядной емкости вторичного контура на суммарный выход рентгеновского излучения за период выработки полного ресурса импульсной рентгеновской трубки. Показано, что при просвечивании изделий из материала, эквивалентного по ослаблению рентгеновского излучения стали толщиной более 20 мм, и ограничении времени просвечивания целесообразно иметь ударную емкость более 40 пФ; при просвечивании изделий из материала, эквивалентного по ослаблению рентгеновского излучения алюминию толщиной, равной или менее 20 мм, целесообразно уменьшить ударную емкость до 25 пФ.

7. Предложена концепция создания конструкций импульсных рентгеновских интроскопов на основе развития технологии изготовления высоковольтной элементной базы (разрядников, низкоимпедансных конденсаторов, рентгеновских трубок). Применение новых технических решений и высоковольтной элементной базы позволило увеличить ресурс аппаратов более чем в 10 раз, ресурс рентгеновской трубки в 3 раза, КПД преобразования накопленной энергии в рентгеновское излучение в 3 раза.

8. На базе проведенного анализа, теоретических и экспериментальных исследований с целью развития метода рентгеновской интроскопии разработаны мобильные рентгеновские интроскопы различного применения, построенные на регистрации проникающего и рассеянного излучения:

Метод проникающего излучения

1. Переносные импульсные рентгеновские интроскопы серии

Шмель» на 220, 250 и 350 кВ для контроля сварных соединений.

2. Переносные импульсные рентгенотелевизионные интроскопы «Шмель-240ТВ», «Колибри-150ТВ», портативный импульсный рентгеновский комплекс «Шмель-90/К» для противодействия терроризму, поиска наркотических и психотропных веществ.

Метод рассеянного излучения

1. Ручной сканер скрытых полостей «Ватсон» для противодействия терроризму, поиска наркотических и психотропных веществ.

2. Мобильный интроскоп «Ватсон-ТВ» для противодействия терроризму, поиска наркотических и психотропных веществ.

9. Совокупный производственный выпуск интроскопов составил более 2 500 единиц в объеме около 1 млрд рублей. Рентгеновские интроскопы производятся серийно и поставляются на предприятия ТЭК России и правоохранительным подразделениям различных служб и министерств России; 5 % от общего объема изготовленной техники поставляются в зарубежные страны.

включения.

2.2.2. Определение предельной толщины и чувствительности контроля на основе метода обратнорассеянного излучения

По-прежнему считаем, что поперечные размеры инородного включения, имеющего площадь £00, больше поперечных размеров сканирующего пучка с учетом его геометрической нерезкости Нг, возникающей вследствие конечного размера фокусного пятна. Приближенно это условие можно выразить как

Положим, что минимально допустимое отношение сигнал/шум С/Ш = 3. Тогда из (2-32) мы получим следующее выражение для максимальной глубины контроля, на которой может быть обнаружено включение:

Из (2-34) следует, что существуют три характерные области условий контроля:

- если выражение под логарифмом меньше единицы, то включение не может быть обнаружено даже при нулевой глубине контроля (т.е. если оно на поверхности объекта контроля);

- если выражение под логарифмом находится в диапазоне 1+2,7, то максимальная глубина контроля невелика: с1так < \/{/лоб + ¡л'об ); при этом ее значение обладает сильной зависимостью от значения выражения под логарифмом (т.е. от условий контроля). Таким образом, для прибора с тах < \/{/иоб + /и'об) максимальная глубина контроля может быть существенно увеличена изменением условий контроля: использованием излучателя с большим радиационным выходом, увеличением времени счета квантов, изменением геометрических параметров;

2-33) 4 шах

- если выражение под логарифмом гораздо больше единицы, то максимальная глубина контроля с1тах > \/(/¿об + 1л'о6) слабо зависит от значения выражения под логарифмом. Это означает, что для приборов с <Атах > \/(ро6 + ц'об) глубину контроля нельзя существенно увеличить, не изменяя энергетический спектр источника излучения. Наиболее эффективным решением в этом случае может быть использование излучателя с более высокой эффективной энергией квантов, дающей меньшие значения цоб и [л'об.

Отметим, что если условие (2-33) не выполняется (точнее, если поперечные размеры инородного включения, имеющего площадь 500, меньше поперечных размеров сканирующего пучка с учетом его геометрической нерезкости Нг), то отношение сигнал/шум уменьшается и соответственно уменьшается максимальная глубина контроля. Таким образом, формула (2-34) определяет предельную глубину контроля для прибора, использующего метод регистрации обратнорассеянного излучения.

Пусть теперь задана глубина контроля (1, меньшая чем ¿/тах, определенная в (2-34). Определим, какова минимальная площадь инородного включения 500, которую позволяет обнаружить метод для заданных с1, ах и а2 ■ Будем считать, что величина геометрической нерезкости Нг = 0.

В том случае, когда площадь включения £00 меньше, чем площадь пучка б'сл, для AN имеем уу £ ш = 2^' ' ехр("{Мо6 + М'°б ~ >77' (2"35) и выражение (2-32) для отношения сигнал/шум примет вид

С/Ш = ехр(-(Моб + м'об)</)• ■ ,ГАо ^ гг,

2-36) а в данном случае должно быть модифицировано как с = «2 + Уг ехр(- (Мое + М'об) откуда, положив

С / Ш - 3, получим минимально выявляемую площадь инородного включения: аср' 37) ехр(-(//об + 1л'об)-а\ \ах - а2\ ^ М0 • • 77 • г

Отметим, что отношение —1— - это не что иное как производительность прибора: — где Т — время сканирования, необходимое для обследования объекта контроля, имеющего площадь С учетом этого получим выражение для минимально выявляемой площади инородного включения:

Я-К

С I . " 1 2 001ШП

Т ехр(- {/лоб + /4) • й )■ \ах - а2 \

36 л: • а ср . (2-38)

Таким образом, выражение (2-37) определяет теоретический предел размеров объекта, выявляемого при диагностике с использованием обратнорассеянного рентгеновского излучения при прочих заданных условиях. Фактически оно также определяет оптимальный размер сканирующего пучка, если заданы требуемая глубина контроля d, а также параметры контроля ах, а2(см.п.п. 2.2.5).

2.2.3. Влияние параметров рентгеновского излучателя на соотношение сигнал/шум, чувствительность и предельную толщину контроля методом обратнорассеянного излучения Для проведения расчетов необходимо перейти от значения количества квантов к используемому в практике рентгеновского неразрушающего контроля значению радиационного выхода рентгеновского излучателя Р0 - значению мощности дозы на расстоянии 1 м от фокуса рентгеновской трубки при анодном токе 1 мА. Они связаны между собой следующим выражением [1]: дг0 = 7. ю7 Р°'1а (квант • м2 / см2 -с), (2-39)

Еэфф ' МтЬ где Р0 — значение радиационного выхода используемого рентгеновского аппарата (мР ■ м / мА • с),

1а — анодный ток рентгеновской трубки (мА),

Еэфф — эффективная энергия первичного рентгеновского излучения кэВ), цтЬ - массовый коэффициент поглощения энергии в воздухе (см2/г).

С учетом (2-39) выражения (2-32), (2-34) и (2-38) для практических расчетов примут вид [77-78]

С/Я/ = ехр(-(^ +м'0бу 4 . • <•• п ,(2-40)

---г- • 1п

У аср • Еэфф • МтЬ о 1Л2

8-10 ^-аД (2-41) о

-'оотт

Моб + Кб { \<Хср-Еэфф-МтЬ

1<хЭфф ■ Еэфф ' МтТ^ ^ (242) ехр(- (Моб + м'об)'^)' \а\ ~ «г| V Ро-1а-Т^д-Г!

2.2.4. Оптимизация энергии излучения в зависимости от физических характеристик контролируемого объекта При расчетах параметра отношения сигнал/шум по обратнорассеянному излучению необходимо определить разность коэффициентов рассеяния для материала объекта и материала включения. Как следует из выражения (2-31), ДЫ —> 0 при | он — а2 | = Да —> 0. Значение Дат определяется следующим выражением:

AaE(£0;Z,;Z2) =

С"/¿О, ~(М/ P) с (м'р), г„Еп

M/P), P) e (/"/ P)t

2-43)

Zi,En где E0 — эффективная энергия квантов сканирующего пучка излучения, Z] - атомный номер объекта сканирования, Z2 - атомный номер материала включения, подлежащего обнаружению, (p/p)t — массовый коэффициент поглощения энергии соответствующего материала (Zj; Z2), (р/р)е - массовый коэффициент электронного преобразования энергии в соответствующем материале (Z^ Z2). Численные значения (ji/p)t и (|л/р)е для материалов с разными атомными номерами приведены в справочнике [79]. В этом же справочнике представлены данные по значениям ([i/p)t и (ц/р)е для сложных материалов и веществ (воздух, вода, бетон, иодистый натрий и т.д.). На рис. 9-14 представлены расчетные графики радиационного контраста (Да) при рассеянном излучении для некоторых комбинаций материалов. Анализ представленных расчетных зависимостей Aa(Zj; Z2; Е0) показывает, что наибольшее значение контраста по рассеянному излучению достигается при Е0 ~ 50 кэВ, что соответствует анодному напряжению ~ 150 кВ. Однако для разных сочетаний материалов значения анодного напряжения следует подобрать в соответствии с конкретными данными по эффективным атомным номерам основного материала и материала объекта включения, подлежащего обнаружению. При расчетах Aar по выражению (2-43) принималось следующее допущение: (ju/p),.Zi ■ dZx = {/л/p)vZ^ -dz%= 1, где dz^dz толщины материалов объектов и материалов включений, для которых проведен расчет Aav рассеянного излучения, при этом d, 7 = -7--—с— (г / см 2 \ d 7 = -7-i-^r— (г / см 2 ). {и 1Р )z, V h 2 Р\г V ^

1. Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Аертс В. и др.; Под общ. ред. В. В. Клюева 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 480 с.

2. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник/ Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Филинов В.Н. и др.; Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1995. - 488 с.

3. Хараджа Ф.Н. Общий курс рентгенотехники. М. Л., Энергия, 1966. - 564 с.

4. Троицкий В.А., Валевич М.И. Неразрушающий контроль сварных соединений. М.: Машиностроение, 1988. - 112 с.

5. Алешин A.A., Щербинский В.Г. Радиационная, ультразвуковая и магнитная дефектоскопия металлоизделий. М.: Высш. шк., 1991.-271 с.

6. Шмелев В.К. Рентгеновские аппараты. М.: Машиностроение, 1973

7. Блохин М.А. Физика рентгеновских лучей.- М.: ГИТТЛ, 1957. 518с.

8. Уманский Я.С., Рентгенография металлов и полупроводников. М.: Металлургия, 1969. - 496 с.

9. Буклей A.A. Сильноточный импульсный рентгеновский аппарат с повышенной лучевой отдачей /Труды НИКИМП. М. - НИИИН. -1988. -с. 60-63.

10. Буклей A.A., Алтухов A.A., Джикаев Ю.К., Алеев А.П., Меркулов Д.И. Разработка средств и методов рентгеновской регистрации отдельных фаз быстропротекающих процессов в средах средней и малой плотности //Отчет по НИР. -Гос.per. №01870098455.

11. Буклей A.A. Новые импульсные рентгеновские аппараты с расширенными функциональными возможностями для исследования биологических, физических, динамических характеристик //ПТЭ. -1990. — с. 20-21.

12. Буклей A.A., Алтухов A.A. Исследование возможности послойной диагностики объектов на базе импульсных рентгеновских аппаратов ПИ Межведомственная научно-техническая конференция «Контроль и диагностика общей техники». М. - 1989. - т.2. - с. 46-48.

13. Алтухов A.A., Джикаев Ю.К., Алеев А.П., Буклей A.A., Неретин Д.И., Кузьмин В.И., Меркулов Д.И. Разработка методики рентгеновской регистрации отдельных фаз быстропротекающего процесса //Отчет по НИР. Гос.рег. №01870098452.

14. Алтухов A.A., Белкин Н.В., Буклей A.A., Гусев Е.А., Джикаев Ю.К. Сильноточный импульсный аппарат «Кавказ-300» для неразрушающего контроля // Дефектоскопия. -1989. №11. - с. 5-15.

15. Алтухов A.A., Буклей A.A., Гусев Е.А. Сильноточный рентгеновский аппарат «Кавказ-300» //XIII Всесоюзная научно-техническая конференция по высокоскоростной фотографии, фотонике и метрологии быстропротекающих процессов. — М.: -1987/ с.67.

16. Алтухов A.A., Буклей A.A. Импульсные рентгеновские аппараты «Кавказ-300», «Кавказ-500» //ПТЭ. №6, - с. 16-17.

17. Altukhov A.A., Buckley A.A. X-ray complex for registration and diagnostics of high-speed dynamic process / 19th Intern.Congress on High-Speed Photography and Photonics. Cambridge, 1990.

18. Алтухов A.A., Авилов Э.А., Белкин H.B., Буклей A.A. Импульсный рентгеновский аппарат: Авторское свидетельство № 1526557, 1988, приоритет 24.03.88 г.

19. Алтухов A.A., Буклей A.A., Белкин Н.В., Боголюбов В.В., Кузин А.И., Импульсный рентгеновский аппарат: Авторское свидетельство № 1637032, 1990, приоритет 19.04.89 г.

20. Буклей A.A., Полин В.А., Алтухов A.A., Гусев Е.А., Импульсный рентгеновский аппарат: Авторское свидетельство № 1658427, 1991, приоритет 28.07.89 г.

21. Моторный И.Д., Криминалистическая взрывотехника: новое учение в криминалистике: Учебно-методическое пособие. М.: Издатель Шумилова И.И., 2000.- 177 с.

22. Аверьянова Т.В., Белкин P.C., Корухов Ю.Г., Российская Е.Р. Криминалистика: Учеб. Для вузов/ Под ред. P.C. Белкина. М.: Норма -ИНФРА-М, 1999. - 990 с.

23. Буклей A.A., Полин В.А., Шурушкин A.B. Опыт эксплуатации рентгеновских аппаратов и перспективы их развития //Сборник трудов Международной деловой встречи «Диагностика-98». — Сочи, 1998. С. 34.

24. Буклей A.A., Семенов В.В., Шурушкин A.B. Перспективы применения аппаратов серии «Шмель» для рентгеновского контроля сварных соединений газонефтепроводов //Тезисы докладов 3-й Международной конференции «Диагностика трубопроводов». — М., 2001. — с. 146.

25. Кошелев В.Е. Методы и технические средства таможенного досмотра и поиска: Учебное пособие. М.: РИО РТА, 2000. - 100 с.

26. МВД России 2000 лет. История, развитие, перспективы: Труды Академии управления МВД России. М.: Академия управления МВД России, 2003.-296 с.

27. Дугин Г.А., Казуров Б.К., Кошелев В.Е. Основные оперативные задачи таможенного контроля технических средств, применяемые для их решения: Учебно-методическое пособие. -М.: РИО РТА, 1999.

28. Дугин Г.А. Инспекционные досмотровые комплексы (ИДК): Учебнометодическое пособие. M.: РИО РТА, 1995.

29. Технические средства пограничного контроля, применяемые на контрольно-пропускных пунктах пограничных войск Российской Федерации: Учебное пособие. -М., 1995.

30. Специальная техника и информационная безопасность: Учебник. Том 1. Под редакцией В.И.Кирина. — М.: Академия управления МВД России, 2000. -773 с.

31. Буклей A.A., Полин В.А., Шмелев A.B. Анализ рынка рентгеновской досмотровой техники //Сборник трудов Международной конференции «Информатизация правоохранительных систем». М., 1999. - С. 363-365.

32. Буклей A.A. Исследования и создания портативной досмотровой рентгеновской техники и оборудования НК, разработка технологии их применения. //Контроль. Диагностика 2009. —№ 4. - с.76-80.

33. Буклей A.A. Исследование методов и создание мобильных рентгеновских интроскопов //Тезисы докладов 8-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» -М., 2009. С. 19.

34. Добромыслов В.А., Румянцев C.B. Радиационная интроскопия. -М., Атомиздат, 1972. 352 с.

35. Месяц Г.А., Иванов С.А., Комяк Н.И., Пеликс Е.А. Мощные наносе-кундные импульсы рентгеновского излучения. М., Энергоатомиздат, 1983.- 168 с.

36. Гривцев М.А. Моноблочные рентгеновские аппараты серии SMART // Тезисы докладов 15 Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика», том 2. М., 1999. - С. 217.

37. Пеликс Е.А. Портативные рентгеновские аппараты серии «Арина» // Тезисы докладов 3-й Международной конференции «Диагностика трубопроводов». М., 2001. - С. 119

38. Гривцев М.А. Моноблочные рентгеновские аппараты SMART YXLON INTERNATIONAL и их применение при строительстве и ремонте трубопроводов // Тезисы докладов 3-й Международной конференции «Диагностика трубопроводов». М., 2001. - С. 148.

39. Patent № 5,179,581. 1993. USA, Internetional patent classification G01N 23/04. Automatic threat detection based on illumination by penetrating radiant energy // Martin Annis. № 710,046; Приоритет от 4.06.1991. - 14 с.

40. Patent № 5,642,394. 1997. USA, Internetional patent classification G01N23/04. Sidescatter X-ray detection system // Peter John Rothschild. № 627,007; Приоритет от 3.04.1996. - 5 с.

41. Patent № 6,292,533 Bl. 2001. USA, Internetional patent classification GO IN 23/04. Mobile X-ray inspection system for large objects // Roderick Swift, Andrew Tybinkowski. № 09/855,961; Приоритет от 15.05. 2001. - 7 с.

42. Patent № 5,940,468. 1999. USA, Internetional patent classification G01N 23/04. Coded aperture X-ray imaging system // Suzhou Huang, Michael V. Hynes. — № 08/965,810; Приоритет от 7.11.1997,- 7 с.

43. Patent № WO 88/00698. 1988. Internetional, Internetional patent classification GO IN 23/203, 23/00. Method and apparatus for producing tomographic images // Annis Martin. № PCT/US87/01695; Приоритет 21.07.1987.-6 с.

44. Patent № 3,828,193. 1974. USA, Internetional patent classification G01N 23/10. Method and apparatus for detecting partially-filled or absent containers in a sealed shipping carton // Lloyd А/ Nelson. № 172,354; Приоритет 11.08.1971.-8 с.

45. Блохин E.O., Буклей А.А., Паршин И.А. Портативный ручной рентгеновский прибор для поиска вложений //Сборник трудов 11-й Международной научной конференции «Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов». М., 2001. — С. 208.

46. G. Flugge. Future Research in High Energy Physics. In N. Ellis and M. B. Gavela, editors, 1993 European School of High Energy Physics, Yellow reports. CERN 94-04, 1994.

47. CN division Application Software group. GEANT Detector Description and Simulation Tool. CERN Program Library Long Writeup W5013, 1993

48. Горшков B.A, Юмашев B.M., Самосадный B.T., Милосердии В.Ю. Томографическая диагностика на основе рассеянного рентгеновского неколлимированного излучения // Тяжелое машиностроение. 2005. - №4. - С 4-8.

49. Gorshkov V.A., Kroening М., Anosov Y.D., Dorgochoo О. X-Ray

50. Scattering Tomography, nondestructive testing and evaluation», London. Volume 20, Number 3 / September 2005 Pages: 147 157.

51. Горшков В.А., Крёнинг M. Сравнительный анализ томографии на трансмиссионном и рассеянном рентгеновском излучении. Дефектоскопия РАН. -2006. —№4. с. 83-95.

52. Горшков В.А., Реконструктивная томография на обратнорассеянном излучении. -М.: МАДИ, -1996. -73 с.

53. Горшков В.А., Кренинг М., Воробьев В.А. Стабильность алгоритма реконструкции в томографии на обратнорассеянном излучении. // Дефектоскопия. -1998. —№3. С.78-85.

54. Горшков В.А., Крёнинг М., Юмашев В.М., Самосадный В.Т., Милосердии В.Ю., Доржгочоо О. Томография на рассеянном излучении (обобщающая статья). Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2006.-№1.-с. 24-31.

55. Гуржиев А.Н., Гуржиев С.Н., Кораблев В.М., Кострицкий А.В. Измеренные и вычисленные дозы прошедшего и отраженного излучений в диапазоне энергий излучения рентгенодиагностических аппаратов// Медицинская техника. 2008. -№5(251). - С. 19-21.

56. Кузелев Н.Р., Жуковский., Косарев Л.И. Состояние и перспективы развития радионуклидной дефектоскопии // Тезисы докладов 15 Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика», том 2. М., 1999. - С. 217.

57. Контроль неразрушающий. Сварные соединения трубопроводов. Радиографический метод. ОСТ 102-51-85. УДК 621.791.052:620.179.152. 1986.-84 с.

58. Месяц Г.А., Насибов А.С., Кремнев В.В. Формирование нано-секундных импульсов высокого напряжения. -М.: Энергия, 1970. С.41.

59. Абрамян Е.А. Сильноточные ускорители- трансформаторы: Препринт ИЯФ СО АН СССР №17-70. Новосибирск. - 1970. - 36 с.

60. Абрамян Е.А. Промышленные ускорители электронов. М.: Энерго-атомиздат, 1986.-250 с.

61. Лойко Т.В. Исследование высоковольтных наносекундных газовых разрядов, сопровождающихся ускорительными процессами: Дис. канд. техн. наук. Инв. № 4/1852. - М., 1983.

62. Белкин Н.В., Авилов Э.А., Колесов В.И. Генератор наносекундных импульсов рентгеновского излучения РИНГ // Труды ВНИИЭФ. 1970. — №6. -с. 18-22.

63. Белкин Н.В., Богомолов В.В., Колесов В.И., Худякова JI.H. Генератор наносекундных импульсов быстрых электронов // ПТЭ. — 1975. — № 2. с. 19-20.

64. Зернов Н.В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. — JL: Энергия, 1972 г., — 816 с.

65. Калинин В.И., Герштейн Г.М. Введение в радиофизику. М.: Гостехиздат, 1957 г., — 656 с.

66. Хохлов A.B. Теоретические основы радиоэлектроники. Саратов. Издательство Саратовского ун-та, — 2005 г., 296 с.

67. Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний. М.: Наука, 1964 г., -101 с.

68. Вдовин С.С. Проектирование импульсных трансформаторов. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, - 1991 г., — 208 с.

69. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. Л.: Энергия, 1981 г., - 952 с.

70. Nagaoka, Antara. The Inductance Coefficients of Solenoidsl. 27. Journal ofthe College of Science, Imperial University, Tokyo, Japan, p. 18.

71. Dowell P.L. Effects of Eddy Currents in Transformer Windings. Proceedings ofthe IEE, Vol. 113, No.8, 1387-1394.

72. Буклей A.A., Полин В.A. Разработка математической модели многоконтурных электромагнитных систем: Научный отчет. — М., 1998 г. Всесоюзный научно-технический центр, per. номер НИОКР № 01.99.0009752.

73. Роуз А. Зрение человека и электронное зрение. М., Мир, - 1977 г.

74. Буклей A.A., Владимиров Л.В., Козлов A.A. Математическая модель обратно рассеянного излучения при сканировании диагностируемого объекта узким рентгеновским пучком //Медицинская техника.- 2009.-№5(257).- с.27-30.

75. Стром Э., Исраэль X. Сечение взаимодействия гамма излучения для энергий от 0,001 до 100 МэВ и элементов с Z от 1 до 100, перевод с английского, Москва, Атомиздат, 1973г., стр 252.

76. Ralf Faß, Karl-Heinz Kochern, Kerstin Müller-Nagel. NEW BOPP CAPACITOR FILM METALLIZATION WITH IMPROVED PERFORMAB\NCE

77. AT HIGHER TEMPERATURES. 14th European Components Symposium, 2000, p. 195-203

78. Nucci C.A. et al. Characteristics of dielectric fluids for medium-voltage power capacitors / C.A.Nucci, F.Tarroni, D.Zanobetti // IEEE Trans.Elec.Insul. -1985. EI-20. - l2. - p.423-426.

79. Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. Энергия, 1979.-224 с.

80. Беленький Б.П., Суворова С.А. Допустимые импульсные токи конденсаторов с вкладными выводами. Электронная техника.Сер. 5, 1980, вып. 4(41), с. 9-14.

81. Калантаров П.Д., Цейтлин JI.A. Расчет индуктивностей. Энергоатом-издат, 1986.-488 с.

82. Беленький Б.П., Карабанов В.И. Расчет мощности потерь в конденсаторах при работе в импульсном режиме. Электронная техника.Сер. 5, 1981, вып. 4(41),-с. 12-19.

83. Буклей А.А., Полин В.А. Импульсный рентгеновский генератор: Патент РФ на изобретение № 2050708 по заявке № 93047770 от 22.10.1993 г.

84. Фурсей Г.Н., Жуков В.М. Экспериментальные исследования механизма взрывной эмиссии // ЖТФ. -1976. т.46. - №2. - С.310-326.

85. Месяц Г.А., Проскуровский Д.И., Импульсный электрический разряд в вакууме. -Н. : Наука, 1984.- 256 с.

86. Буклей А.А., Шмелев А.В. Мобильный цифровой рентгеновский комплекс для дефектоскопии сварных соединений //Тезисы докладов 3-й Международной конференции «Диагностика трубопроводов». — М., 2001. — С. 143.

87. Буклей А.А. Разработка и создание досмотровой техники, основанной на регистрации рассеянного рентгеновского излучения //Тезисы докладов 6-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» М., 2007. - С. 67.

88. Буклей А.А. Опыт развития метода регистрации обратно рассеянного излучения //Тезисы докладов 7-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» — М., 2008. С. 51.

89. Авилов Э.А., Юрьев A.JI. Газонаполненные металлокерамические разрядники высокого давления // ПТЭ. 2000. - № 2. - С. 78-81.

90. Бенинг П. Электрическая прочность изоляционных материалов и конструкций. М. - Л.: ГЭИ, - 1960.

91. Герасимов А.И. Частотные разрядники с водородным наполнением // Альтернативная энергетика и экология. -2007. № 7. -С. 51-53.

92. Воробьев Г.А. и др. Высоковольтное испытательное оборудование и измерения. -М.: ГЭИ, 1960.

93. Авилов Э.А., Буклей A.A., Юрьев А.Л. Газонаполненный разрядник: Патент РФ на изобретение № 2096855 по заявке № 96107081 от 9.04.1996 г.

94. Желтов К.А. Пикосекундные сильноточные электронные ускорители. — М.: Энергоатомиздат, 1991. - С. 120.

95. Смирнов В.П. Получение сильноточных пучков электронов // ПТЭ. 1977. №2. С. 13.

96. ЛИ. Субнаносекундный двухступенчатый резистивный делитель высокого напряжения // Приборы для научных исследований. — 1983. — С. 155-156.

97. Bishop А.Е., Edmonds G.D. Electrolitic Resistors in Plasma Physics Research.//Journal of Nuclear Energy: Part C. 1965. -7. -4. -423-426.

98. Бейер M., Бек В., Меллер К.,Цаенгаль В. Техника высоких напряжений: теоретические и практические основы применения—М.: Энергоатомиздат, 1989.-555 с.

99. Пеллинен, Харлин. Мегавольтный делитель с наносекундным временем нарастания // Приборы для научных исследований. — 1971.-6.-С. 75.

100. Пеллинен, Смит. Надежный делитель напряжения мегавольтного диапазона // Приборы для научных исследований. — 1972. —2 —С. 80-82.

101. Пеллинен, Ди Капуя. Вакуумный делитель импульсных напряжений до 2 MB // Приборы для научных исследований. —1980. -1. -С. 77-81.

102. Буклей A.A. Исследование путей совершенствования импульсных радиационных дефектоскопов и создание на их основе малоракурсной рентгеновской установки для контроля динамических процессов.

103. Germer R. X-ray flash techniques // G. Phys. E: Sei. Instrum., -1979. -E 12.-п. 5. -P.336-350.

104. Буклей A.A., Владимиров Л.В., Козлов A.A. Ионизационная камера с выносным предварительным усилителем для систем автоматического экспонирования при рентгенодиагностике //Медицинская техника.- 2008.-№5(251).- с.13-15.

105. Буклей A.A. и др. Способ диагностики импульсных пучков заряженных частиц: Авторское свидетельство № 1676354, 1991, приоритет 29.09.89 г.

106. Виллевальде Н.Д., Оборин A.B. Блок детектирования импульсного фотонного излучения БДЭР-И1//Госстандарт НПО «ВНИИМ», Сборник научных трудов «Исследования в области измерений ионизирующего излучения».- Л., 1987. С. 47-48.

107. Дозиметр рентгеновского и гамма-излучения ДКС-АТ1121, ДКС-АТ1123. Государственный реестр средств измерений № 19793-2009.

108. Булатов Б.П., Ефименко Б.А., Золотухин В.Г., Климов В.А., Машковичи В.П. Альбедо гамма-излучения. -М., Атомиздат, 1968.-423 с.

109. Физические величины. Справочник/ Бабичев А.П., Бабушкина H.A., Братковский A.M. и др., Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М., Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

110. Цирлин Ю.А., Глобус М.Е., Сысоева Е.П. Оптимизация детектирования гамма-излучения сцинтилляционными кристаллами. — М., Энергоатомиздат, 1991. 152 с.

111. ЗАО «Научно-исследовательский институт интроскопии МНПО «СПЕКТР» и ООО «Флэш электронике»

112. РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОНСТРУКЦИЙ МОБИЛЬНЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ИНТРОСКОПОВ

113. Специальность 05.11.13 «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»1. На правах рукописи

114. Буклей Александр Александров05201000129