Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние исследований в области нагрева электронов в плазме и генерации рентгеновского излучения - 8 -
1.1 Сравнительный анализ равновесных и неравновесных плазменных разрядов - 8 -
1.2 Получение горячих электронов в плазме - 14 -
1.2.1 Разряд на электронном циклотронном резонансе - 14 -
1.2.2 Пучково-плазменный разряд - 18 -
1.2.3 Сравнение эффективности использования генерации высокоэнергичных электронов в пучково-плазменном разряде и в импульсной рентгеновской трубке - 26 -
1.3 Физические основы генерации рентгеновского излучения - 28 -
1.4 Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом - 32 -
1.5 Источники рентгеновского излучения - 38 -
1.5.1 Радиоактивные источники - 38 -
1.5.2 Рентгеновские трубки - 38 -
1.6 Выводы из обзора литературы по генерации рентгеновского излучения и получению горячих электронов в плазме - 43 -
Глава 2. Теоретическое описание пучково-плазменного разряда и его сравнение с ЭЦР разрядом - 45 -
2.1 Физика ППР - 45 -
2.1.1 Представление: - 45 -
2.1.2 Пучковая неустойчивость - 46 -
2.1.3. Токовая неустойчивость в плазме - 49 -
2.1.4. Влияние теплового разброса на устойчивость плазмы - 51 -
2.1.5. Кинетические эффекты - 55 -
2.1.6. Границы гидродинамического и кинетического описаний - 58 -
2.2. Пучковый нагрев электронов в пробкотроне - 60 -
2.3 Сравнение ППР разряда с ЭЦР разрядом - 67 -
Глава 3 Описание экспериментальной установки и средства диагностики плазмы - 70-
3.1. Необходимые условия работы установки с ППР разрядом - 70 -
3.2. Описание установки - 71 -
3.2.1 Вакуумная система установки - 71 -
3.2.2 Магнитная система установки - 72 -
3.2.3 Электрическая схема питания и управления магнитных катушек - 73 -
3.2.4 Электронный пучок - 73 -
3.2.5 Приемник электронов - 73 -
3.2.6 Рабочая диагностика на установке "Оратория - 10" - 74 -
3.2.7 Подготовка установки к проведению экспериментов - 74 -
3.3 Методы измерений - 75 -
3.3.1 Обзор диагностики плазмы - 75 -
3.3.2. Оценка параметров плазмы при ППР разряде на установке «Оратория-10» - 76 -
3.3.3 Методы регистрации рентгеновского излучения - 77 -
Глава 4. Экспериментальное исследование нагрева электронов в плазме пучково-плазменного разряда - 81 -
4.1. Введение в экспериментальные исследования - 81 -
4.2. Исследование нагрева электронов в плазме ППР с помощью термолюминесцентного метода в стационарном режиме - 82 -
4.3. Исследование нагрева электронов в плазме ППР с помощью сцинтилляционного метода - 88
4.3.1. Калибровка сцинтиляционного детектора с помощью эталонных излучателей: - 89 -
4.3.2. Снятие спектров рентгеновского излучения при ППР с использованием газа Аг - 90 -
4.3.3. Снятие спектров рентгеновского излучения при газе Нг. - 94 -
4.4,Обсуждение результатов - 97 -
Глава 5. Практическое применение результатов исследования - 101 -
Заключение - 104 -
Приложение - 106 -
Список литературы: -112-
- Получение горячих электронов в плазме -
- Влияние теплового разброса на устойчивость плазмы
- Электрическая схема питания и управления магнитных катушек
- Исследование нагрева электронов в плазме ППР с помощью сцинтилляционного метода
Введение к работе
В последние годы возобновился интерес к созданию генераторов излучения в рентгеновском диапазоне без использования систем питания достаточно высокого напряжения [1-3]. Несмотря на то, что в настоящее время существует технология создания промышленных рентгеновских аппаратов в широком диапазоне мощностей (1-100 кВт), тем не менее, проблемы, возникающие при работе с высоким питающим напряжением, заставляют обратиться к альтернативным источникам рентгеновского излучения. Высоким напряжением принято считать то, которое могло бы вызвать сложности при работе, например, с рентгеновской аппаратурой. Особенные сложности вызывает работа медицинских рентгеновских аппаратов в условиях высокой влажности в регионах Юго-Восточной Азии. Характерные напряжения, порядка нескольких десятков киловольт, вызывают большие трудности, поэтому в последние годы проводится интенсивное изучение возможностей создания рентгеновского источника с напряжением питания ниже 10 киловольт [1]. Одним из таких источников, казалось бы, мог стать источник на основе делящихся радиоактивных материалов [5]. Однако трудности, возникающие при работе, хранении и последующем захоронении радиоактивных материалов, сводят на нет кажущееся достоинство- отсутствие необходимости в питающем напряжении. Другой широко распространенный метод, находящийся в стадии интенсивной разработки, - нагрев электронов в разряде на основе явления электронного циклотронного резонанса и взаимодействия высоко энергичных электронов с мишенью[1,3]. Относительная простота и компактность разработок последнего типа позволяют ставить вопрос о применении этих установок для радиотерапии [1]. Особенно привлекательными эти устройства оказываются при применении постоянных магнитов, в результате чего они становятся более компактным, и в настоящий момент ставится вопрос о внедрении этих установок в медицину. Однако, интенсивность излучения и
предельные энергии, полученные в этих системах, в ряде случаев, оказываются недостаточными, и возникает вопрос о создании более мощных источников рентгеновского излучения с регулируемой энергией рентгеновских квантов. Попытки использовать сразу все эти преимущества, к сожалению, встречают на своем пути большие трудности. Так, например, энергия рентгеновских квантов оказывается недостаточной для просвечивания грудной клетки, для этого требуется энергия больше 40 кэВ [1]. В этом отношении оказывается незаслуженно забытым результат, полученный в 1963г в работе [5] для плазменно-пучкового разряда, затем неоднократно использованный в работах, как на импульсных, так и стационарных системах [6-12]. Представленная диссертация состоит из четырех глав.
В первой главе дан обзор литературы по генерации горячих электронов и проведен сравнительный анализ между возможными источниками рентгеновского излучения (радиоактивные источники, рентгеновские трубки, устройства на основе явления электронного циклотронного резонанса и устройства на основе плазменно-пучкового разряда). Проводится сравнительный анализ различных методов, после чего основное внимание уделяется плазменно-пучковому разряду для создания горячих электронов, генерирующих затем рентгеновское излучение. Этот метод избран по следующим соображениям:
Выходная мощность рентгеновского излучения зависит не только от входной мощности, прикладываемой на аноде (которая относительно мала по значению высокого напряжения); но также зависит от рода рабочего газа, свойств материала мишени, магнитного поля (т.е. имеется возможность сжатия плазмы). Следовательно, можно создать источник рентгеновского излучения с большим энергетическим диапазоном.
Отсутствует внешнее высокочастотное поле, а значит и сложности связанные с введением высокочастотной мощности.
Во второй главе рассматриваются теоретические модели, объясняющие суть данного явления, когда нагрев осуществляется за счет взаимодействия
-6-энергичных электронов с ленгмюровскими волнами. При взаимодействии происходит в основном увеличение поперечной энергии горячей компоненты электронной функции распределения, что улучшает удержание "горячих" электронов в зеркальной магнитной ловушке.
В третьей главе описывается многоцелевая установка «Оратория-10», которая позволяет выполнить исследования неравновесной плазмы плотностью 1010-10 см" , полученной в пучково-плазменном разряде. Магнитная система типа «зеркальная магнитная ловушка» позволяет получать магнитное поле с напряженностью 600 Э в середине ловушки и пробочным отношением Д«3,5. Система электропитания магнитных катушек обеспечивает возможность кратковременного (десятки секунд) увеличения напряженности поля («1,5 раза) в экспериментах с адиабатическим сжатием плазмы. Цилиндрический электронный пучок с максимальным диаметром до 4 см сформирован посредством электронной пушки с током пучка до 2А и энергией до 6 кэВ. Необходимые вакуумные условия обеспечиваются диффузионными вакуумными насосами с охлажденными жидким азотом ловушками. Остаточное давление составляет не более чем 3.10"7тор с охлаждаемыми жидким азотом ловушками и не более ЗЛО" тор без охлаждения жидким азотом. Максимальное рабочее давление « 10" Тор. Система напуска газа на базе пьезоэлектрического натекателя обеспечивает как непрерывную, так и импульсную подачу рабочего газа в камеру. К установке подключены диагностические устройства.
В четвертой главе подробно описываются эксперименты при разных режимах и методы диагностики. В этой главе описана также методика обработки полученных результатов. Проводятся оценки средней плотности и температуры плазмы. Основное внимание уделено анализу спектров рентгеновского излучения - основной характеристике, определяющей качество рентгеновского источника. Здесь, в частности, проведен анализ работы рентгеновского анализатора и описана причина возможных ошибок, когда датчик может показывать присутствие в системе квантов с огромной энергией,
что не соответствует действительности. Это может быть связано с тем обстоятельством, что существует определенная, хотя и малая вероятность того, что кристалл анализатора воспринимает два или более рентгеновских квантов как один. Проведено также обсуждение полученных результатов и перспектив использования изученного источника рентгеновского излучения.
В пятой главе приведены выводы и рекомендации по возможным областям использования изученного явления.
В заключении формулируются оснавные выводы.
На защиту выносятся следующие положения и результаты, определяющие новизну диссертационной работы:
Было найдено, что для поддержания 111 IP в аргоновой плазме достаточно мощности электронного пучка 1,5 кВт (энергии электронов пучка 3 кэВ и тока пучка 0,5 А) при магнитном поле 600 Гс в центре ловушки.
Разряд устойчиво горит в водородной плазме при тех же параметрах пучка и при магнитном поле в центре ловушки 300 Гс.
Эффект адиабатического сжатия при стационарной инжекции электронного пучка в плазму не проявляется, т.к. при изменении магнитного поля имеет место изменение резонансных условий ускорения электронов в разряде, т.е. в процессе увеличения магнитного поля одновременно меняются и начальные условия для сжатия. Поэтому эффект адиабатического сжатия обнаруживается только после выключения пучка.
4. Были зарегистрированы рентгеновские кванты с энергией 250 - 280 кэВ
для водородной плазмы и кванты с энергией 320 - 350 кэВ для аргоновой
плазмы при стационарной инжекции электронного пучка в плазму ПНР.
5. Эксперименты по измерению спектров рентгеновского излучения плазмы
разных газов при одинаковых параметрах разряда показали явную
зависимость энергии «горячих» электронов от массы газа (атомной или
молекулярной), что объясняется существованием зависимости времени
поперечной диффузии горячих электронов от вида ионов в плазме (отношения
массы к заряду).
Получение горячих электронов в плазме -
Рассмотрим теперь разряды с точки зрения физики, т.е. полагая, что плазма сама по себе является источником энергии без учета возбуждения внутренних степеней свободы молекул. Иными словами, нас будут интересовать высокоэнергичные электроны, которые при столкновении с мишенью создают рентгеновское излучение. Это означает, что при решении таких задач необходимо выполнять следующие условия: по возможности передать основную энергию электронному высокоэнергетичному "хвосту", а не внутренним степеням свободы молекул (например, зажечь разряд на водороде, полностью его ионизировать, тем самым, исключив каналы вышеуказанных потерь), замагнитить плазму и удерживать ее в ловушечной конфигурации. Однако, разряд на водороде зажечь не очень просто (суммарная затратная энергия разряжения водорода есть энергия диссоциации 4,5 эВ плюс 13,6 эВ -энергия ионизации), поэтому начинают обычно с аргона. Разряд на аргоне легче зажигается, так как у аргона имеется метастабильный энергетический уровень в 6,4 эВ, т.е. электроны, находящиеся на уровне выше метастабильного, приобретают энергию порядка единиц электронвольт, достаточную для перехода в свободное состояние. ЭЦР разряд имеет ряд ограничений: внешнее высокочастотное поле должно иметь вполную определенную частоту при заданном магнитном поле. Однако, из-за наличия шумов, в системе уширяется спектр волны накачки, который в свою очередь тратит часть вводимой энергии, что ограничивает поглощенную «горячими» электронами мощность (примерно 1% от вводимой мощности в системе). Горячие электроны приобретают энергию примерно десятки килоэлектронвольт. Наличие постоянного магнитного поля не дает возможности последующего сжатия плазмы, т.е. горячие электроны при этом не набирают дополнительную энергию. ППР разряд обладает перед ЭЦР-разрядом рядом преимуществ:
1. Отсутствие высокочастотного источника при разряде порождает меньше нежелательных «мод» и основная часть вводимой энергии тратится на возбуждение ленгмюровских колебаний, у которых частота много больше циклотронной.
2. При ЭЦР-разряде резонанс наступает на фиксированной частоте, однако, при пучково-плазменном разряде резонансы наступают по всей силовой линий, что обеспечивает нагревание большого количества электронов-вследствие чего плотность горячих электронов становится намного больше чем при ЭЦР разряде. В результате, это дает нам предпосылки для создания источника рентгеновского излучения на основе пучково-плазменного разряда.
3. Наличие магнитного поля с конфигурацией зеркальной ловушки и возможность изменения параметров магнитного поля с помощью регулирования токов в катушках дает возможностью последующего сжатия плазмы т.е. горячие электроны, появляющиеся при разряде, могут взаимодействовать со сжатой плазмой и набирать дополнительную энергию (энергия горячих электронов достигает нескольких сотен килоэлектронвольт), так как при сжатии уменьшается дебаевский радиус плазмы и увеличивается энергосодержание (удельная плотность частиц).
В дальнейшем мы будем акцентировать внимание на изучении последних двух типов разрядов.
Попытаемся проанализировать возможности нагрева электронов в плазме на примере пучково-плазменного разряда и разряда на электронном циклотронном резонансе в сравнении с рентгеновскими трубками и источниками на основе делящихся радиоактивных материалов.
Повышенный интерес к микроволновым ЭЦР-разрядам связан с возможностью создания плазмы с достаточно высокой плотностью при низком давлении рабочего газа и эффективного контроля за ее электронной температурой в широком диапазоне вплоть до сотен килоэлектронвольт, что актуально для широкого спектра прикладных задач [21].В большинстве работ исследовался ЭЦР-разряд малого объёма, что накладывает ограничения на время жизни частиц. Это, в свою очередь, налагает ограничение на осуществление в плазме процессов с малым эффективным сечением. В работе [26] был получен спектр рентгеновского излучения при ЭЦР-нагреве, в котором имело место существование горячих электронов с энергией до 300 кэВ. Эксперимент проводился в цилиндрической алюминиевой камере, расположенной в осесимметричной зеркальной (постоянной) магнитной ловушке. В качестве рабочего газа использовали аргон.
В работе [3] была рассмотрена роль вариации профиля магнитного поля в зоне ЭЦР для эффективного управления температурой горячей компоненты. Были опубликованы результаты серии экспериментов, проведенных в Российском Университете Дружбы Народов, на установке, представляющей собой осесимметричную систему, в которой вакуумный высокочастотный ТЕ us
В экспериментах рассматривались три эффективных режима ЭЦР-разряда, которые соответствовали трем первым максимумам электронного поля СВЧ-волны (TEns). Диагностика горячих электронов плазмы осуществлялась по тормозному излучению с помощью сцинтилляционного детектора (NalTI) и калиброванного анализатора спектра (АИ-1024). Были сняты спектры тормозного рентгеновского излучения при разных режимах ЭЦР-разряда, которые позволили построить зависимость интенсивности тормозного излучения от длительности СВЧ-импульса. Итак, средняя энергия горячей электронной компоненты при градиенте магнитного поля 30 Гс/см в зоне ЭЦР составляла 15 кэВ, тогда как в случае более низких значений градиентов (ед. Гс/см), средняя энергия не превышала 3-4 кэВ.
Влияние теплового разброса на устойчивость плазмы
Полное описание, безусловно, дают кинетические "бесстолкновительные" уравнения; однако, в ряде случаев для получения приближенной картины можно воспользоваться их моментами по скоростям. Было показано, что в случае "холодной" плазмы можно ограничиться двумя моментами кинетических уравнений и получить адекватное описание не устойчивостей. Если температура, которая в "бесстолкновительной" системе является только мерой хаотичности движения, отлична от нуля (т.е. рассматриваются волны с фазовыми скоростями, меньшими или порядка тепловых скоростей заряженных частиц), полного детального описания плазмы даже в линейном приближении получить не удается.
Основные особенности гидродинамической модели плазмы состоят в том, что из-за "бесстолкновительности" системы температура различных компонентов плазмы может быть разной. Кроме того, входящая в уравнения гидродинамики температура при движении среды в отсутствие магнитного поля не меняется, т.е. процессы происходят, как правило, изотермически. Это также связано с недостаточно частыми столкновениями, которые успевали бы выравнивать энергии, приходящиеся на различные степени свободы. Кроме того, совершенно очевидно, что система гидродинамических уравнений, состоящая из уравнений непрерывности и уравнений Эйлера с Т= const, для каждой из компонент является неполной, так как помимо нулевого и первого моментов кинетических уравнений нужно было бы включить сюда третий, четвертый и т.д. моменты.
Уравнения, описывающие плазму в гидродинамическом приближении с Тф О, можно получить тем же способом, что и уравнения для холодной плазмы, но в качестве функции распределения необходимо брать уже не 5-функцию, а, например, максвелловскую функцию типа:
Опустив несложную процедуру, получим обычный результат, хорошо известный из гидродинамики, в виде:
Чтобы исследовать влияние температуры на устойчивость плазмы, состоящей из п компонент, причем концентрация п0а , температура Та и направленная скорость va0 каждой из компонент а могут различаться между собой. Считая, как и прежде, что все возмущенные величины пропорциональны exp(-icot + ikr) в линейном приближении, получим дисперсионное соотношение: где ра а а и ТЕ V « а . При температуре Та = 0 можно получить из общего уравнения прежние уравнения для пучковой и бунемановской неустойчивостей, а также дисперсионное соотношение для ленгмюровских волн. Кроме того, в отсутствие направленных скоростей у частиц можно найти новую ветвь колебаний, а именно, ионно-звуковые колебания и определить, при каких она неустойчива.
Однако, низкочастотные (н.ч.) колебания в плазме представляют собой колебания, в которых роль упругой или возвращающей силы играет электронное давление ( Те Ф 0), а инерция определяется ионами.
Уже на этом простом примере видна ограниченность гидродинамической модели плазмы: приходится, опираясь на кинетику, формулировать условие существования ионно-звуковых колебаний Те» 7}. Однако, в общих чертах эта модель описывает явления довольно хорошо [38]. Самый надежный результат линейной теории - это порог неустойчивости, т.е. те минимальные направленные скорости, при которых возникает, например, пучковая и бунемановская неустойчивость. Определим сначала порог бунемановской неустойчивости. Для этого выпишем дисперсионное соотношение для плазмы с учетом того, что Те Т{. Как правило, в большинстве экспериментальных установок такие условия выполняются [8,34].
Пренебрегая для простоты вкладом Т{ в дисперсионное соотношение, получим дисперсионное соотношение для бунемановской неустойчивости: где и- направленная скорость электронов. Будем рассматривать сначала волны, которые распространяются вдоль потока электронов; тогда ки=ки. При этом уравнение (2.13) можно переписать в виде:
Здесь решается задача на собственные значения, т.е. к - действительная величина (к2 0), в то время как частота со может иметь мнимую добавку. Записав уравнение в виде (2.14), мы тем самым ввели вместо со и к новые переменные - действительную переменную к? и переменную (й/к, которая в принципе может быть комплексной. Первая часть уравнения (2.14) зависит лишь от фазовой скорости со/&, в то время левая - лишь от к? 0. Это уравнение относительно (а/к при заданном к2 имеет четыре корня. Так как коэффициенты уравнения действительны, то или все четыре корня действительны, или два из них действительны, а два комплексно сопряжены. Если решать уравнение (2.14) графически, то необходимо построить функцию F((nlk) и найти пересечения этой кривой с прямой кг= const = 0. Когда все четыре корня действительные, наблюдается четыре точки пересечения, если же два из них комплексные, то будет две точки пересечения.
Электрическая схема питания и управления магнитных катушек
Магнитная система установки "Оратория - 10" включает в себ магнитные катушки, обеспечивающие заданное магнитное поле, систем: электропитания и управления. Магнитные катушки выполнены из медной шин: квадратного сечения 400мм2.
Расчет магнитных полей. При расчете магнитных полей, создаваемых источниками, размещенными в однородной среде (ц, = Uo = const), для определения векторного потенциала может быть использовано решение А- Ио\ + Jh в виде интеграла по объему, занятому источниками эквивалентных токов, учитывающих влияние намагниченности среды; v -оператор Лапласа, А- векторный магнитный потенциал и 8 - плотность токов обмоток. Тогда вычислительная задача сводится к расчету соответствующих объемных интегралов [37]. Рассмотрим в качестве примера расчет аксиально-симметричных магнитных полей, создаваемых соленоидами, которые были применены на установке "Оратория-10". Расчет приведен в приложении. Конфигурация магнитного поля показана на рис.3.2 .
Электрическая схема питания и управления магнитных катушек Охлаждение магнитных катушек обеспечивается проточной водой. Расход воды на охлаждение - 0,5 кубометра при давлении 2 атм. Схема водяного охлаждения катушек приведена в приложении на рис.6 (в приложении).
Источником электронов на установке "Оратория - 10" является электронная пушка диодного типа с прямонакальным катодом. Схема электронной пушки приведена на рис.1 (в приложении). На установке "Оратория-10" в качестве инжектора использовалась двух электродная пушка, которая создавала пучок круглого сечения в рабочей камере. Параметры пучка: диаметр - 4см, ток - до 1 А, максимальная мощность -бкВт.
Основные размеры пушки рис. 1 (в приложении). Схема электропитания и управления пушки рис.2 (в приложении) . Охлаждение пушки производится путем навивки труб на поверхность высоковакуумного отсека трубы и подключения воды к питающим электродам.
Устройство включает себя следующую систему. Внутри вакуумной камеры закреплен медный диск, являющийся основным узлом, на который ставится молибденовый диск и графитный коллектор электронов. Ток приемника снимается через выходные электроды, которые изолированы и охлаждаются проточной водой. -74 3.2.6 Рабочая диагностика на установке "Оратория - 10". Измерение основных рабочих параметров установки. а) Вакуумные - с использованием вакууметров ВИТ-3. б) Водяные - с использованием манометров. в) Электрические - с использованием действующих мониторных приборов (вольтметры, амперметры киловольтметры и т.д.) на стойке и стенде установки.
Чтобы подготовить установку к эксперименту, надо откачать ее до требуемого вакуума (необходимо иметь некоторый запас по вакууму) для осуществления пучково-плазменного разряда. Пучок должен быть определенной мощности, прикладываемой к электронной пушке, при включенном магнитным полем. Для получения плазмы рабочего газа прикладывается высокое напряжение, которое служит в качестве источника бомбардирующих электронов. Для измерения определенных параметров надо собрать соответствующую схему измерения.
Последовательность работы систем при экспериментах с пучково-плазменным разрядом следующая: 1. Откачка вакуумных систем с продолжительным охлаждением. 2. Проверка электропитания установки и сборка схемы измерения для заданного эксперимента. 3. Прогрев пушки и включение магнитного поля. При этом охлаждаются все узлы установки (рабочая камера, электронная пушка, магнитные катушки и приемная камера).
Цель экспериментальной программы была связана с поиском зависимостей спектра рентгеновского излучения от входных параметров разряда (мощности пучка, магнитного поля, давления рабочего газа, вида газа). При объяснении той или иной модели нагрева электронов в разряде, естественно, возникает вопрос о параметрах самой плазмы (концентрации электронов, температуры электронов). Для этого сделаем обзор основных методов диагностики плазмы и обоснуем выбор параметров плазмы. Рассмотрим методы регистрации выходных рентгеновских спектров.
Исследование нагрева электронов в плазме ППР с помощью сцинтилляционного метода
Полученные в ходе приведенных рассуждений результаты носят весьма приблизительный характер ввиду указанных выше причин и необходимы лишь для приблизительной оценки тепловой скорости электронов. В реальных условиях получить спектр рентгеновских квантов можно с достаточной степенью надежности лишь в результате прямых измерений, что и было сделалано в ходе дальнейших экспериментальных исследований.
Наибольшая мощность дозы рентгеновского излучения из плазмы, полученная в экспериментах с пучково-плазменным разрядом на установке "Оратория-10" через алюминиевое окно толщиной 1.4 мм, составляет 3,7 Р/час. Средняя энергия электронов, генерирующих рентгеновские кванты, по нашим оценкам составляет 30 кэВ. Учитывая, что интенсивность излучения прошедшего через экранирующий слой некоторого материала толщиной d оценивается по формуле: где интенсивность излучения перед экраном, \х - коэффициент поглощения излучения в материале экрана.
Можно оценить мощность дозы излучения из плазмы при уменьшении толщины диафрагмы с 1,4 мм до 0,2 мм. Нетрудно видеть, что такое уменьшение в соответствии с формулой (4.11) может привести к росту мощности дозы или интенсивности рентгеновского излучения в е7 раз или, примерно, на три порядка, т.е. мощность дозы составит 3700 Р/час. В последующих экспериментах кассета с таблетками помещалась внутрь камеры. Над каждой парой таблеток помещались фильтры из различных материалов и различной толщины. В результате измерений были получены результаты, свидетельствующие о наличии в спектре излучения квантов с энергией от 8 до 20кэВ[36].
Полученные результаты экспериментов, проведенных на установке «Оратория-10» с помощью люминесцентного метода, показали наличие горячих электронов со средней температурой примерно 32 кэВ. Но они ничего не говорят о спектральном составе рентгеновского излучения и факторах влияющих на него (параметры электронного пучка, роль магнитного поля, мощность, прикладываемая к электронной пушке, концентрация рабочего газа). Чтобы найти эти факторы, влияющие на состав спектра рентгеновского излучения при стационарном режиме ППР, был выбран сцинтилляционный метод измерения рентгеновского излучения, который включает в себя одновременно измерение интегральной мощности излучения и мгновенного состава спектра излучения. С этой целью была проведена кшшбровка сцинтиляционного детектора с помощью эталонных излучателей и минимизация нежелательных помех на измерительных цепях. Калибровка сцинтиляционного детектора с помощью эталонных излучателей:
Прежде чем калибровать детектор, была осуществлена проверка отсутствия помех на информационных цепях путем измерения фонового излучения как без пучка, так и при проведении пучка с включением магнитного поля в отсутствии подачи рабочего газа.
Измерение фоновых условий
Измерения фоновых излучений на установке «Оратория-10» выявили существование помех вплоть до 100-ого канала анализатора импульсов «АИ-1024». Для проверки утверждения перед съёмкой спектров излучения на анализаторе каждый раз были сняты фоновые излучения. Чтобы избежать выявленных систематических помех в измерительных цепях, были тщательно проверенны заземления, отфильтрованы источники питания, а также были сняты мгновенные спектры фоновых излучения с помощью цифрового осциллографа «DSO-2100». Калибровка детектора была осуществлена с помощью эталонных излучателей (Na22, Ва135, Csl37, Со57, Am241). В результате обработки снятых спектров была определена разрешаемость канала для заданных значений рабочих напряжений сцинтилляционного детектора и фотоэлектронного умножителя, которая составила 1,07 кэВ.
Снятие спектров рентгеновского излучения при ППР с использованием газа Аг. Прежде чем приступить непосредственно к измерению спектров рентгеновского излучения при ППР разряде в стационарном режиме с использованием газа Аг, было необходимо найти оптимальный режим генерации рентгеновского излучения с учётом выходной мощности (дозы) при изменении параметров (мощности прикладываемой на пушку, мощности пучка, величины магнитного поля, концентрации рабочего газа). Рассматривались ограничения установки «Оратория-10» по параметрам (мощность прикладываемая к пушке, мощность пучка) при фиксированных значениях магнитного поля Н = 600 Гс и давлении рабочего газа в камере Р = 4,1 х 10-5 торр.
