Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Преобразование радиационного изображения в видимое в газоразрядном преобразователе. физические основы. механизм . 11
1.1. Физико-математическая модель формирования изображения в газоразрядном преобразователе (ГРП) 11
1.1.1 Исследование параметров электронного изображения в ГРП методом Монте-Карло 11
1.1.2 Газовое усиление первичной ионизации в условиях газоразрядного преобразователя 19
1.1.3 Влияние ассоциативной ионизации на развитие разряда в ГРП 24
1.1.4 Распространение УФ - излучения в газовом объеме 29
1.2 Особенности конструирования газоразрядных преобразователей 35
1.2.1 Конструкция и технология изготовления экспериментальных ГРП 35
1.2.2 Разработка газоразрядных преобразователей с внутренней памятью 46
1.2.3 ГРП с внутренней памятью на основе люминофоров с запасанием светосуммы 47
1.2.4 Газоразрядный преобразователь с матричной организацией газового промежутка (МГРП) 48
ГЛАВА 2. Моделирование развития газового разряда в матричном газоразрядном преобразователе 52
2.1 Влияние конструктивных параметров на качество изображения. Результаты расчетов 52
2.2.1 Влияние размеров ячейки на параметры МГРП 52
2.2.2. Влияние металлических покрытий на параметры изображения ГРП 58
2.2 Коэффициент усиления МГРП с учетом фотоионизации резонансно возбужденных атомов 62
2.3. Результаты расчетов частотно-контрастных характеристик (ЧКХ), нерезкости МГРП
и ГРП. 70
ГЛАВА 3. Питание газоразрядных преобразователей 77
3.1. Теоретические предпосылки построения модели генератора питания - ГРП 77
3.1.1 Процесс формирования изображения на ГРП 78
3.2. Генераторы высоковольтных импульсов прямоугольной формы 79
3.3 Моделирование разрядных процессов в ГРП в комплексе с генератором питания— 89
3.4 Физико-математическая модель изменения плотности ионизации 95
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование параметров изображений ГРП и МГРП 105
4.1. Исследование характеристик ГРП 105
4.1.1 Экспериментальное исследование яркости ГРП 106
4.1.2. Измерение разрешающей способности ГРП 110
4.2. Методика измерения параметров МГРП 112
4.2.1. Экспериментальный МГРП 112
4.2.2 Эксперимент 113
Заключение 115
Литература
- Исследование параметров электронного изображения в ГРП методом Монте-Карло
- Влияние металлических покрытий на параметры изображения ГРП
- Генераторы высоковольтных импульсов прямоугольной формы
- Измерение разрешающей способности ГРП
Введение к работе
Актуальность проблемы. Доминирующей тенденцией развития современной интроскопии является разработка новых преобразователей ионизирующего излучения и совершенствование уже существующих при использовании излучения для контроля качества материалов и изделий. Расширение области применения и улучшение технико-экономических показателей преобразователей ионизирующего излучения за счет применения принципиально новых подходов к выделению информационной составляющей получаемых изображений является актуальной проблемой современного приборостроения. Одним из наиболее важных направлений проблемы является создание усилителей рентгеновского изображения для систем малодозового контроля. Такие системы, например, используются в медицинских учреждениях, так же при проведении экспресс контроля в полевых условиях или в спецслужбах.
К данным системам предъявляются жесткие требования для обеспечения максимальной радиационной безопасности при проведении диагностики исследуемых объектов. В частности, при проведении экспресс контроля подозрительных объектов (вокзал, аэропорт) система должна обеспечить минимальный радиационный фон с максимальной информативностью получаемого изображения. Для обеспечения данного требования необходимо применение высокочувствительных преобразователей ионизирующего излучения. В этом плане перспективно применение газоразрядных преобразователей (ГРП), так как они удовлетворяют следующим требованиям: высокая дозовая чувствительность, большая площадь рабочего поля, низкая себестоимость (что важно при возможности разрушения регистратора). Работа ГРП может быть жестко синхронизирована с интересующей стадией процесса. Преобразователь имеет малое время восстановления диэлектрической прочности газа, возможно регулирование времени памяти преобразователя.
Простейший газоразрядный преобразователь представляет собой плоскую герметичную двухэлектродную камеру, наполненную рабочей смесью на
5 основе инертных газов при нормальном давлении. Один из электродов
выполняется прозрачным и служит для наблюдения и регистрации
изображений. Видимое изображение в ГРП формируется совокупностью
локализованных электрических разрядов, развивающихся под действием
электрического поля импульса питания и первичной ионизации, созданной в
газовом объеме ГРП рентгеновским излучением.
Наиболее глубокие исследования ГРП были проведены в НИИ интроскопии при ТПУ [1,2]. В этих исследованиях были предложены модели формирования изображения в ГРП, устанавливающие связь между режимами облучения и питания. Экспериментально было установлено, что ГРП имеет высокую дозовую чувствительность в области рентгеновского излучения 40 -100 кэВ и в случае ксенонового наполнения (10"9 - 10"10 Кл/кг), большие размеры рабочего поля (0,5 м и более).
В результате исследований были получены следующие предельные параметры изображения: средняя яркость изображения при частоте 50 Гц - (30 -40) Кд/м [3,4], разрешающая способность 0,8 пар лин./мм [5,6], контрастная чувствительность 12 % [7]. Несмотря на то, что был, достигнут существенный прогресс в развитии ГРП, по основным интроскопическим характеристикам они уступают существующим усилителям рентгеновского изображения и не всегда удовлетворяют требованиям практических задач контроля. В данной диссертационной работе исследовались физические процессы формирования изображения. Были разработаны математические модели и алгоритмы расчета этих процессов. Предложена новая конструкция газоразрядного преобразователя дискретно-ячеечной организацией газового объема, далее матричный газоразрядный преобразователь (МГРП).
В работе применен теоретико-экспериментальный метод исследования. Использована теория взаимодействия ионизирующего излучения с веществом, теория столкновений в слабоионизированной атомарной плазме, теорий столкновений в молекулярной плазме, методы численного решения систем интегро-дифференциальных и дифференциальных уравнений. Основные
экспериментальные результаты получены с помощью современных измерительных средств, а также с использованием импульсных излучателей и генераторов питания наносекундной длительности.
Целью диссертационной работы является улучшения пространственно-временных параметров газоразрядного преобразователя путем разработки новых принципов повышения качества получаемых изображений, нахождение оптимальных конструктивных параметров.
Поставленная цель достигалась решением следующих основных задач:
Анализ состояния вопроса теории газового разряда;
Исследование физических процессов формирования изображения;
Разработка и построение математических моделей для расчетов этих процессов;
Проведение численных экспериментов с реальными конструктивными параметрами преобразователя.
Методы исследования. При выполнении работы применялись как теоретические, так и экспериментальные методы исследования, которые могли способствовать решению поставленных задач. Исследования проводились путем построения математических моделей, допускающих аналитическое или численное решение. При разработке использовались численные методы аппроксимации функций и адаптивного решения дифференциальных уравнений, методы решения уравнения переноса излучения. На всех этапах работы производилось сопоставление теоретических и экспериментальных результатов.
Достоверность и обоснованность научных положений, результатов, выводов и рекомендаций подтверждаются математическими доказательствами, базирующимися на общих положениях теории газового разряда, теории дифференциальных и алгебраических уравнений, вычислительных методах и использовании современных инструментальных систем схемотехнического моделирования, проведении экспериментальных исследований.
Научная новизна. Решение поставленных задач определило новизну
7 данной диссертационной работы, которая заключается в следующем:
Предложены новые принципы построения газоразрядных преобразователей, с дискретной организацией газового промежутка.
Создана математическая модель газоразрядного преобразователя реализующего предложенные методы, и исследованы характеристики данного преобразователя в широком диапазоне влияющих величин.
Впервые предложена методика проектирования газоразрядных преобразователей с учетом конкретных условий работы прибора контроля и основанная на принципах многокритериальной оптимизации.
Практическая ценность работы. В результате исследований предложена конструкция матричного газоразрядного преобразователя, получены соотношения для расчета коэффициента усиления с учетом фотоионизации резонансно возбужденных атомов, рассчитаны оптимальные толщины материалов по выходу вторичных электронов, предложены алгоритмы расчетов изменения плотности ионизации. На предложенную конструкцию матричного газоразрядного преобразователя, получено положительное решение выдачи патента.
Личный вклад автора. Все исследования, определившие защищаемые положения, выполнены автором лично, либо при его непосредственном участии. Личный вклад автора состоит в:
анализе состояния вопроса теории газового разряда;
разработке математической модели, описывающей динамику изменений газового разряда в условиях дискретной организации газового объема;
построение программно-технического комплекса для оценки качества изображения газоразрядного преобразователя в комплексе с генератором питания;
анализе и интерпретации результатов экспериментальных исследований и выработке практических рекомендаций.
8 На различных этапах в исследованиях, постановке задач и обсуждении
результатов принимали участие Ю. В. Алхимов В. К, Кулешов В. И. Беспалов.
Апробация результатов Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
Пятая международная научно-практическая конференция «Качество -стратегия XXI века», г. Томск, 1999;
Шестая научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технологии», г. Томск, 2000;
Четвертая международная конференция студентов, молодых ученых, преподавателей, аспирантов и докторантов «Актуальные проблемы современной науки» г. Самара 2003;
Девятая научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технологии», г. Томск, 2003;
Восьмая международная научно-практическая конференция «Качество - стратегия XXI века», г. Томск, 2003;
Четвертая международная научно-техническая конференция «Измерение, контроль, информатизация» г. Барнаул 2003;
The eight International Scientific and Practical Conference of Students, Post graduates and Young Scientists "Modern Technique and Technologies", Tomsk, 2005;
Одиннадцатая международная научно-практическая конференция «Качество - стратегия XXI века», г. Томск, 2003;
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ из них 4 статей в центральных отечественных изданиях, 5 тезисов докладов. Получено положительное решение выдачи патента на изобретение.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 90 библиографических ссылок (исключая публикации автора).
Ее основной текст изложен на 125 страницах, 7 таблицах и иллюстрирован 39
рисунками.
Содержание работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.
В введении обоснованы актуальность, научная новизна и практическая значимость проблемы, сформулированы цель работы и задачи исследования, приведена краткая характеристика работы.
В первой главе рассмотрен механизм формирования скрытого изображения, усиление первичного ионизационного эффекта с помощью газового разряда и механизм образования видимого излучения. Рассмотрено влияние ассоциативной ионизации на размножение электронов в лавине. Приведен анализ существующих газоразрядных преобразователей. Предложена конструкция матричного газоразрядного преобразователя(МГРП)
Во второй главе теоретически исследовано влияние конструктивных параметров МГРП с ксеноновым наполнением на его интроскопические характеристики. Рассчитаны оптимальные толщины по выходу вторичных электронов материалов, используемых в качестве входных электродов, для рентгеновского излучения. Рассмотрено влияние металлических покрытий и распределений первичной ионизации по глубине газового промежутка на параметры изображения ГРП. Произведен расчет оптимальных параметров ячейки МГРП. Проведен расчета коэффициента усиления в преобразователе, с учетом фотоионизации. Для предложенного преобразователя произведен расчет нерезкости и его частотно-контрастных характеристик.
В третьей главе рассмотрены вопросы питания газоразрядного преобразователя. Исследуются влияние формы импульса питания на параметры ГРП. Временные параметры газоразрядного преобразователя: время памяти, время восстановления диэлектрической прочности газа. Получены результаты расчета коэффициента усиления в преобразователе от напряженности электрического поля и экспозиционной дозы в плоскости входного электрода. Разработана физико-математическая модель изменения плотности ионизации от
времени и предложены алгоритмы ее вычисления. На основании предложенной
модели и экспериментальных исследований времени памяти ГРП, получено значение пороговой плотности ионизации ксенона в ГРП соответствующее максимальной контрастной чувствительности.
В четвертой главе рассмотрены вопросы экспериментального исследования параметров изображения ГРП и МГРП.
Основные положения, представляемые на защиту.
В результате проведенных исследований установлено:
Использование в ГРП матричной технологии позволяет повысить разрешающую способность преобразователя до 2 - 3 пар лин. /мм;
Теоретически установлена и подтверждена экспериментально
пороговая плотность ионизации ксенона в ГРП 8-Ю см" соответствующая максимальной контрастной чувствительности;
Установлено, что изменения дозы в импульсе от 1 до 100 мкР
приводят к изменению интегральной яркости изображения ГРП на 8 %
с сохранением качества изображения, когда амплитуда импульсов
питания находится в пределах 20 - 25 кВ.
Исследование параметров электронного изображения в ГРП методом Монте-Карло
Газоразрядный преобразователь (ГРП) представляет собой герметичную плоско-параллельную двухэлектродную камеру (рис 1.1), наполненную инертным газом. Расстояние между электродами, один из которых прозрачен для видимой части спектра излучения, обычно не превышает 1 см.
Для ограничения тока в отдельных разрядах и их электрической развязки один из электродов отделен от газового объема диэлектриком.
При облучении преобразователя импульсным потоком ионизирующего излучения в результате первичной ионизации рабочего газа формируется скрытое изображение объекта контроля, которое сохраняется на время, определяемое свойствами газа. Плотность ионизации в различных участках разрядного промежутка отражает конфигурацию поля ионизирующего излучения.
При подаче на электроды импульса достаточно высокого напряжения в газе из областей первичной ионизации развиваются разряды, сопровождающиеся свечением.
В зависимости от параметров импульса напряжения общий разряд может прекратиться на лавинном, стримерной или промежуточной лавинно стримерной стадии. Характерной особенностью и преимуществом лавинной стадии разряда является пропорциональность между первичным и результирующим ионизационными эффектами, а также яркостью свечения отдельных лавин.
Процесс формирования изображения в ГРП состоит из трех этапов: формирование скрытого электронного изображения; усиление его посредством газового разряда; трансформация ультрафиолетового излучения разряда в видимое. Конструктивные параметры ГРП (состав газа, его атомный номер и давление, величина газового зазора, материал и толщина переднего и заднего электродов и т.д.). Характеристики излучателя (длительность импульса излучения и его спектральный состав, доза), а также параметры источника питания ГРП (амплитуда, длительность) оказывают влияние на интроскопические и временные характеристики ГРП (контраст, нерезкость, яркость, время памяти и восстановление). На каждом из этапов наиболее сильное влияние оказывают те или иные параметры.
Параметры ГРП, определяющие его качество во многом определяются на стадии формирования скрытого электронного изображения, и зависят от спектрального, углового и пространственного распределения электронов и квантов, выходящих из электродов и образованных в газе после взаимодействия излучения с газовой средой.
Экспериментальный путь получения информации о данных характеристиках поля излучения в широком диапазоне энергий, для различных конструкций ГРП трудоемок и в настоящее время не представляется возможным. Поэтому задача о получении подобной информации находилась путем решения соответствующих уравнений переноса. Система интегрально-дифференциальных уравнений, описывающих процесс распространения электронов и фотонов в бесконечной и однородной среде, имеет вид [8,9]: [QV + Z1-kn]01(x)-ki 2(x) = S1(x) [QV +12-кл]Ф2(х)-к2іФ,(х) = S,(x) где ФДх -Ф ЦЕ) - дифференциальный по направлениям и энергии Е поток электронов и позитронов (индекс 1) и квантов (индекс 2).
Ядрами операторов kij являются соответствующие дифференциальные сечения X у процессов j - і k.. = IdQ JdE b(Q - Q;E - E) - -- , (1.2) Z і = Ij jdQ JdE SjjCQ Q jE E )
В условиях трехмерной геометрии (а именно такие задачи представляют наибольший интерес) система уравнений (1.1) зависит от шести переменных, кроме того, достаточно велико число различных типов взаимодействий, которые испытывают электроны и кванты при движении в веществе.
Решение системы (1.1) осуществлялось численным методом Монте-Карло. Наиболее подробно программа для вычисления полной первичной ионизации, радиального распределения поглощенной энергии в каждой из зон ГРП, распределения вторичных электронов и квантов, летящих вперед (в направлении падающего излучения) и назад (в направлении противоположном падающему излучению) по глубине ГРП, их энергии и изменение среднего радиуса пучка электронов и квантов по глубине поглотителя (вперед, назад), а также изменение поглощенной энергии по глубине преобразователя и интегральное изменение радиального распределения поглощенной энергии описана в работах [8,9].
Во всей области энергий падающих квантов в программе учитываются следующие типы взаимодействия: фотоэффект, комптоновское рассеивание, эффект образования электронно-позитронных пар - для квантов; ионизационные столкновения, тормозное излучение, упругое рассеяние, аннигиляция - для электронов и позитронов[10,11].
Перенос электронов рассматривался в модели группировки малых передач энергий, фотонов - аналоговым способом [12-14].
Под аналоговым способом подразумевается непосредственное моделирование каждого столкновения. При этом путь кванта между столкновениями считается прямолинейным, поэтому декартовы координаты следующего столкновения можно определить из соотношения: Ъ,=Т+Щ, (1.3) где Qj - направление вылета кванта (в лабораторной системе координат) из точки 1-го столкновения.
Схема группировки малых передач энергии является синтезом двух моделей: отрезков и катастрофических столкновений [15-20]. В модели отрезков группируются все столкновения. Путь электрона разбивается на определенным образом выбранные схемы (существуют различные схемы выбора отрезков [16,21]) и характеристики электрона в конце каждого отрезка определяются из существующих теорий многократного рассеяния.
Потери энергии на отрезке рассматриваются в приближении непрерывного замедления [10] с учетом или без учета флуктуации. Модель отрезков обладает большим быстродействием, но не позволяет учесть вторичное излучение. Для учета вторичного излучения используется модель катастрофических столкновений, где группируются столкновения лишь с малой передачей энергии (Q Qt) и рассеянием на небольшие углы (0 0t), а столкновения с большой передачей энергии Q Qt, и рассеянием на большие углы 0 0t. (катастрофические) моделируются непосредственно. Путь электрона между катастрофическими столкновениями является случайным и выбирается из соответствующего распределения.
Влияние металлических покрытий на параметры изображения ГРП
В процессе образования скрытого электронного изображения происходит
потеря информации, как за счет размытия изображения вторичными электронами, так и за счет «плохой» статистики вследствие низкой эффективности взаимодействия рентгеновского излучения с атомами газа. Качество изображения ГРП зависит от количества элементов, образующих изображение [75,76]. В связи с этим, для увеличения плотности первичной ионизации, интересным представляется рассмотрение вопроса об использовании металлических покрытий в конструкции ГРП.
Известно, что в рентгенографии широко используются усиливающие экраны. Усиливающее действие металлических экранов обусловлено эмиссией из металла фотоэлектронов и электронов отдачи, образуются в результате фотоэлектрического поглощения и комптоновского рассеяния квантов излучения в материале металлического экрана. В результате взаимодействия в металлическом экране возникает поток вторичных электронов, адекватный потоку рентгеновских квантов. При рентгенографии с усиливающими металлическими экранами электроны, вылетевшие из металлического экрана, попадают в эмульсионные слои пленки, производя в них дополнительную ионизацию. Причем толщина металлического экрана подбирается соответственно энергии излучения и равна максимальной длине пробега вторичных электронов в экране.
С целью определения оптимальных толщин металлических покрытий по выходу из них вторичных электронов, двигающихся вперед на различных глубинах полубесконечного поглотителя для спектров от рентгеновского аппарата МИРА-1Д с граничной энергией 120 КэВ, были проведены расчеты методом Монте-Карло. Для учета изменения спектрального состава падающего излучения в рентгеновской области при определении оптимальной толщины экрана, металлическое покрытие располагалось за слоем стекла толщиной 5 мм, которое используется в настоящих конструкциях ГРП и обеспечивает необходимую механическую прочность преобразователя.
На рис. 2.7 и 2.8 показана зависимость числа вторичных электронов от толщины медного, железного, титанового, алюминиевого и оловянного поглотителей для Emax = 120 КэВ. Видно, что максимум выхода по числу вторичных электронов в рентгеновской области излучения наблюдается при толщинах 25 мкм, 30 мкм, 30-35 мкм, 10-40 мкм для Си, Fe, Ті и Al соответственно. Для олова, в этой области излучения, максимум расположен в области 6 мкм.
Из рисунков видно, что наибольший выход вторичных электронов в рентгеновской области излучения обеспечивает олово.
В таблице 2.3 представлены значения поглощенной энергии АЕ, нерезкости Uc, для различных конструкций ГРП. В таблице dM- толщина металлического покрытия на внутренней поверхности стекла. Все данные относятся для падающего спектра рентгеновского излучения от аппарата МИРА-1 Д. Во всех вариантах в качестве газового наполнения использовался ксенон.
При 0 dsn 50 мкм (dsn - толщина оловянного покрытия) оловянное покрытие дает вклад в увеличение поглощенной энергии в газовом объеме за счет увеличения числа вторичных электронов выходящих из олова (см. рис. 2.9) При dsn = 10 мкм величина поглощенной энергии в газовом промежутке увеличивается на 18 %, по сравнение с ГРП без металлического покрытия, что существенно может сказаться на увеличении яркости изображения. С ростом толщины покрытия вклад от вторичных электронов из олова уменьшается и при 50 мкм величина первичной ионизации уменьшается, по сравнению с ГРП без покрытия.
Это объясняется рядом причин. Во-первых, уменьшается число фотонов, попадающих в газовый объем ГРП. Во-вторых, происходит смещение спектрального состава излучения в коротковолновую часть длин волн, что приводит к уменьшению сечения взаимодействия для фотоэффекта на атомах газа.
Кроме того, увеличение толщины металлического покрытия приводит к уширению первичного пучка фотонов из-за их рассеяния на атомах олова, что отрицательно сказывается на нерезкости ГРП.
В области рентгеновского излучения при использовании легких инертных газов, например гелия, где изображение формируется электронами вышедшими из переднего и заднего электродов (как было показано ранее), наличие металлических покрытий может существенно изменить величину поглощенной энергии в межэлектродном зазоре.
Генераторы высоковольтных импульсов прямоугольной формы
В настоящее время для получения мощных прямоугольных импульсов наносекундной длительности используются два основных метода формирования: с неполным разрядом емкостного накопителя энергии (е.н.э.) на нагрузку и с применением искусственных формирующих линий (и.ф.л.)[87].
Основным достоинством генератора с неполным разрядом е.н.э. является высокий к.п.д. формирования импульса гц = Wp/WH ( WH- энергия передаваемая в нагрузку в течение всего импульса, a Wp - в течение его рабочей части), недостатками - необходимость применения полностью управляемых коммутаторов, что приводит к усложнению схемы, а также весьма низкий, коэффициент использования е.н.э. лн =WH/Wo (W0 - энергия, запасаемая в е.н.э.). Нетрудно показать, что лл = 25тах, где 5тяу = і - и" Т-) v max UH(0) - максимальный спад (UH(0),UH(xH) - напряжения на нагрузке соответственно в начале и в конце импульса). Неэффективное использование энергии, запасаемой в е.н.э., приводит к увеличению емкости накопителя, его массы и габаритов.
Схемы с и.ф.л. также позволяют получать высокий к.п.д. формирования импульсов( 0,8). Однако для получения импульсов с малой неравномерностью рабочей части вершины необходимо большое число звеньев в и.ф.л.( 10) с сложной конструкцией катушек индуктивностей, обеспечивающих настройку звеньев, и точный подбор номиналов конденсаторов линии. Это обстоятельство усложняет конструкцию и настройку генератора и приводит к увеличению его габаритов. Недостатками схем с и.ф.л. также являются необходимость согласования генератора с нагрузкой и трудности, связанные с регулировкой длительности импульсов.
При формировании высоковольтных импульсов прямоугольной формы часто применяются генераторы с искусственными двойными формирующими линиями (д.ф.л.), которые позволяют получить в согласованной нагрузке импульсы с амплитудой, равной зарядному напряжению, в то время как схемы с одинарными формирующими линиями (о.ф.л.) позволяют получать импульсы амплитудой, равной лишь половине зарядного напряжения.
Недостатком генераторов с д.ф.л. является большая длительность фронта импульса, которая составляет, как правило, 10 20% от длительности импульсов и определяется выражениями. t$=l,13xVkxVLC, (3.2) где к - число ячеек в одной линии, L, С - соответственно индуктивность и емкость ячейки.
Большая часть методов коррекции фронта импульса, разработанных для о.ф.л., либо неприменима для д.ф.л., либо малопригодны из-за значительного увеличения массы и габаритов. Так, для схемы коррекции фронта с использованием дополнительного генератора с частичным разрядом емкостного накопителя емкость этого накопителя с учетом (3.2) определяется выражением: Сн « = vkx —, где R = 2vLC - сопротивление RHx5 8 согласованной нагрузки. Как видно из этой формулы, при k = 40 и неравномерности вершины 8 0,03 (что соответствует параметрам рассматриваемого генератора) емкость дополнительного накопителя Сн более чем на два порядка превышает емкость ячейки С и близка к общей емкости д.ф.л.
Для получения импульсов с крутым фронтом применяются схемы коррекции, позволяющая формировать в генераторе с д.ф.л. фронт, длительность которого определяется лишь, коммутационной характеристикой коммутатора и индуктивностью нагрузки и ее ошиновки. Коррекция фронта импульса осуществляется с помощью конденсатора, подключенного к выходу д.ф.л., и дополнительного коммутатора, подключающего нагрузку к выходу д.ф.л. Предложений метод позволяет корректировать фронт импульса без искажения его вершины. В отлитие от метода коррекции [88] в рассматриваемом генераторе значительно меньше емкость корректирующего конденсатора, причем величина ее не зависит от заданной неравномерности вершины импульса. Принципиальная схема генератора приведена на рисунке 3.1 (управляемый высоковольтный источник питания не показан). Генератор работает следующим образом. После подачи импульса запуска на управляющий электрод разрядника Ль предварительно заряженная до напряжения U3 д.ф.л. начинает разряжаться.
Измерение разрешающей способности ГРП
В связи с тем, что оптическое изображение в ГРП формируется лавинами, развивающимися во всём объёме преобразователя, при определении геометрии экспериментальных исследований необходимо учитывать глубину воображаемого пространства. В нашем случае она зависит от величины W , но не превосходит толщин газового зазора d2. При максимальной глубине изображаемого пространства расстояние от детектора до передней главной плоскости объектива В случае использования объектива «Гелиос-44» G&52CM, b& 6,5СМ, масштаб изображения т« 0,125, площадь исследуемой поверхности преобразователя Sn &5Л02см2. Учитывая, что на \смг развивается 102 лавин, погрешностью за счёт флуктуации яркости отдельных участков исследуемой поверхности можно пренебречь. Погрешность измерений относительной яркости преобразователей, проведённых в названных условиях при различных значениях у/. =1,1 +45 25%. (4.3) где 50 = 0,1 - относительная погрешность измерения амплитуды импульса 5V=0,\ - относительная погрешность установки относительного отверстия объектива Если у/ = const, то 8Б = 1,1 50 =11%.
Оценка абсолютной яркости свечения ГРП проводилась с использованием фотографической методики. Наличие зависимости относительной яркости от различных режимов работы преобразователя, наполненного одним из исследуемых газов, позволило определять абсолютную яркость только для одного случая. При этом расстояния от поверхности детектора до передней главной плоскости объектива составило G = 52CM. Обработка результатов проводилась с использованием характеристических кривых для белого света, методика построения которых дана в работе [94]. Использование собственных векторов характеристических кривых для белого света возможно, в связи со слабой зависимостью коэффициента контрастности от длины волны для фотоплёнки КН-4 (ВЧ). Местоположение характеристических кривых на оси экспозиций с использованием определения и данных спектральной чувствительности фотоматериала. Характеристические кривые плёнки КН-4 (ВЧ) рассчитывались для средней длины волны спектра свечения исследуемых газов.
Погрешность измерений абсолютной яркости с помощью данной методики определяется несоответствием параметров плёнки и справочных данных, некорректностью определения средней длины волны, режимами обработки фотоплёнки, отсутствием достаточного количества данных для учёта понижения чувствительности фотоплёнки к световым фотовспышкам короткой длительности, точностью фотометрирования и составляет 5, «30%. Вклад в погрешность измерений вносит также фотографическая система. С учётом её влияния = 1,1 +( +4 «40%, (4.4) где 52=0,1 - относительная погрешность коэффициента пропускания света фотографическим объективом. При у/ = const, 5=35%.
Исследование зависимости яркости газоразрядного преобразователя от величины напряжённости поля (Ц/ ) и типа рабочего газа проводилось на детекторах с профилем электрода, закруглённым по радиусу R и профилем Фелиси при соответствующих постоянных значениях длительности импульса для каждого газового наполнения. Характерный вид кривых названной зависимости приведён на рис. 4.1, где кривая 1 соответствует детектору с электродом, сделанным по профилю Фелиси, кривая 2 - профилю с параметром
