Диссертация на соискание ученой степени доктора
физико-математических наук: 01.04.13 - Электрофизика,
электрофизические установки. — Институт электрофизики УрО РАН. —
Екатеринбург, 2005. — 247 с.
Научный консультант:
Введение
Наносекундные ускорители электронов для радиационных технологий
Наносекундные ускорители электронов
Описание механизма работы полупроводникового прерывателя тока
Применение полупроводникового прерывателя тока
Расчет схем питания НУЭ с ППТ
Описание ускорителей для радиационных технологий (УРТ)
Вакуумный диод для двухстороннего облучения
Выходное окно ускорителей
Выводы по главе
МДМ-катоды для наносекундных ускорителей электронов
Введение
Исследования элемента МДМ-катода на ускорителе УРТ-0,2
Исследования свечения плазмы МДМ-катода
Выводы по главе
МК-катоды для наносекундных вакуумных диодов.
Введение
Описание конструкции МК-катодов
Постановочные исследования МК-катодов
Обсуждение результатов экспериментов с МК-катодом
Расширенные исследования свойств МК катодов
Анализ характеристик МК-катодов
Оптические исследования МК-катода
Исследование влияния площади МК-пластины на свойства вакуумного диода
Исследования МК-катода с различными генераторами ускоряющих импульсов
Экранированный МК-катод
Выводы по главе
Радиационные технологии на основе ускорителей типа УРТ
Введение
Исследование возможности применения наносекундного электронного пучка для очистки воды
Исследование возможности применения НЭП для стерилизации продуктов
Исследование возможности применения НЭП для стерилизации медицинских изделий
Исследование возможности применения НЭП для стерилизации писем
Исследование радиационной устойчивости внутренней памяти программируемых цифровых микросхем
Выводы по главе
Радиационно-химическая стерилизация
Генерация озона наносекундным электронным пучком
Использование НЭП для радиационно-химической стерилизации
Применение радиационно-химической стерилизации
Выводы по главе
Измерение параметров, мониторинг и дозиметрия НЭП
Общие положения
Рентгеновская диагностика НЭП
Измерение энергии электронов методом фильтров
Применение твердотельных детекторов для мониторинга НЭП
Выводы по главе
Заключение
Литература
Приложение. Расчет схем питания НУЭ с ППТ Целями диссертационной работы являлись:
Создание прототипов наносекундных ускорителей электронов для коммерческих применений на основе схемы тиратрон – импульсный трансформатор – ППТ с энергией электронов до 1 МэВ и выходной мощностью в пучке до 1 кВт.
Создание катодов для НУЭ, имеющих высокие эксплуатационные характеристики.
Разработка технических решений для реализации эффективных схем облучения, прежде всего двухстороннего.
Разработка основ конкретных радиационных технологий.
Разработка простых и эффективных систем контроля параметров НЭП. Научная новизна работы заключается в том, что:
1.Для создания частотных наносекундных ускорителей электронов предложена и экспериментально проверена схема питания в составе: первичный источник высокого напряжения (ИВН) –тиратрон–импульсный трансформатор – ППТ. Показано, что применение тиратрона (псевдоискрового разрядника) в схеме формирования импульса высокого напряжения позволяет: увеличить рабочее напряжение и импульсную мощность в первом контуре схемы питания и за счет этого существенно упростить и удешевить конструкцию; дает возможность изменять среднюю мощность ускорителя в широких пределах посредством согласования мощности ИВН и частоты запуска тиратрона; изменения в широком диапазоне (до 40%) ускоряющего напряжения в соответствии с изменением зарядного напряжения.
Разработана и экспериментально проверена конструкция вакуумного диода, содержащего два промежутка катод-анод работающих одновременно и навстречу друг другу с равномерным распределением тока. Такой диод позволяет либо вдвое увеличить толщину облучаемых изделий, либо в 3–4 раза уменьшить неоднородность облучения по толщине облучаемого объекта.
Предложен и исследован металлокерамический катод, позволяющий в вакуумных диодах наносекундных ускорителей электронов до 2 раз повысить скорость нарастания тока и мощность ускорителя, понизить до 5% неоднородность распределения плотности тока на аноде и при ресурсе не менее 108 импульсов сохранить в пределах 10% стабильность параметров получаемого пучка электронов.
Исследовано влияние геометрии катодного узла на размер формируемого пучка электронов и длительность тока и напряжения вакуумных диодов с металлодиэлектрическим (МДМ) –катодом. Найдено, что расположение диэлектрической пластины в катодном 4
узле определяет сечение пучка электронов и позволяет им управлять, что обеспечивает возможность создания равномерной плотности тока на мишени для катодов большой площади. Установлена возможность использования МДМ–катода для укорочения дли-тельности заднего фронта импульса.
Экспериментально показана существенно более высокая (на порядок) производительность генерации озона НЭП по сравнению с электронными пучками постоянного тока за счет выноса генерируемого озона в паузе между импульсами из зоны облучения.
Разработан способ радиационно–химической стерилизации (РХС), который состоит в создании условий, позволяющих использовать для стерилизации герметично упакованных изделий излучения, как самого электронного пучка, так и озона, возникающего внутри пакета при облучении.
Разработана дозиметрическая методика измерения эффективной энергии электронов на основе метода фильтров в геометрии узкого пучка, позволяющая независимо измерять энергию электронов в абсолютных значениях.
Наносекундные ускорители электронов для радиационных технологий
Наносекундные ускорители электронов
Описание механизма работы полупроводникового прерывателя тока
Применение полупроводникового прерывателя тока
Расчет схем питания НУЭ с ППТ
Описание ускорителей для радиационных технологий (УРТ)
Вакуумный диод для двухстороннего облучения
Выходное окно ускорителей
Выводы по главе
МДМ-катоды для наносекундных ускорителей электронов
Введение
Исследования элемента МДМ-катода на ускорителе УРТ-0,2
Исследования свечения плазмы МДМ-катода
Выводы по главе
МК-катоды для наносекундных вакуумных диодов.
Введение
Описание конструкции МК-катодов
Постановочные исследования МК-катодов
Обсуждение результатов экспериментов с МК-катодом
Расширенные исследования свойств МК катодов
Анализ характеристик МК-катодов
Оптические исследования МК-катода
Исследование влияния площади МК-пластины на свойства вакуумного диода
Исследования МК-катода с различными генераторами ускоряющих импульсов
Экранированный МК-катод
Выводы по главе
Радиационные технологии на основе ускорителей типа УРТ
Введение
Исследование возможности применения наносекундного электронного пучка для очистки воды
Исследование возможности применения НЭП для стерилизации продуктов
Исследование возможности применения НЭП для стерилизации медицинских изделий
Исследование возможности применения НЭП для стерилизации писем
Исследование радиационной устойчивости внутренней памяти программируемых цифровых микросхем
Выводы по главе
Радиационно-химическая стерилизация
Генерация озона наносекундным электронным пучком
Использование НЭП для радиационно-химической стерилизации
Применение радиационно-химической стерилизации
Выводы по главе
Измерение параметров, мониторинг и дозиметрия НЭП
Общие положения
Рентгеновская диагностика НЭП
Измерение энергии электронов методом фильтров
Применение твердотельных детекторов для мониторинга НЭП
Выводы по главе
Заключение
Литература
Приложение. Расчет схем питания НУЭ с ППТ Целями диссертационной работы являлись:
Создание прототипов наносекундных ускорителей электронов для коммерческих применений на основе схемы тиратрон – импульсный трансформатор – ППТ с энергией электронов до 1 МэВ и выходной мощностью в пучке до 1 кВт.
Создание катодов для НУЭ, имеющих высокие эксплуатационные характеристики.
Разработка технических решений для реализации эффективных схем облучения, прежде всего двухстороннего.
Разработка основ конкретных радиационных технологий.
Разработка простых и эффективных систем контроля параметров НЭП. Научная новизна работы заключается в том, что:
1.Для создания частотных наносекундных ускорителей электронов предложена и экспериментально проверена схема питания в составе: первичный источник высокого напряжения (ИВН) –тиратрон–импульсный трансформатор – ППТ. Показано, что применение тиратрона (псевдоискрового разрядника) в схеме формирования импульса высокого напряжения позволяет: увеличить рабочее напряжение и импульсную мощность в первом контуре схемы питания и за счет этого существенно упростить и удешевить конструкцию; дает возможность изменять среднюю мощность ускорителя в широких пределах посредством согласования мощности ИВН и частоты запуска тиратрона; изменения в широком диапазоне (до 40%) ускоряющего напряжения в соответствии с изменением зарядного напряжения.
Разработана и экспериментально проверена конструкция вакуумного диода, содержащего два промежутка катод-анод работающих одновременно и навстречу друг другу с равномерным распределением тока. Такой диод позволяет либо вдвое увеличить толщину облучаемых изделий, либо в 3–4 раза уменьшить неоднородность облучения по толщине облучаемого объекта.
Предложен и исследован металлокерамический катод, позволяющий в вакуумных диодах наносекундных ускорителей электронов до 2 раз повысить скорость нарастания тока и мощность ускорителя, понизить до 5% неоднородность распределения плотности тока на аноде и при ресурсе не менее 108 импульсов сохранить в пределах 10% стабильность параметров получаемого пучка электронов.
Исследовано влияние геометрии катодного узла на размер формируемого пучка электронов и длительность тока и напряжения вакуумных диодов с металлодиэлектрическим (МДМ) –катодом. Найдено, что расположение диэлектрической пластины в катодном 4
узле определяет сечение пучка электронов и позволяет им управлять, что обеспечивает возможность создания равномерной плотности тока на мишени для катодов большой площади. Установлена возможность использования МДМ–катода для укорочения дли-тельности заднего фронта импульса.
Экспериментально показана существенно более высокая (на порядок) производительность генерации озона НЭП по сравнению с электронными пучками постоянного тока за счет выноса генерируемого озона в паузе между импульсами из зоны облучения.
Разработан способ радиационно–химической стерилизации (РХС), который состоит в создании условий, позволяющих использовать для стерилизации герметично упакованных изделий излучения, как самого электронного пучка, так и озона, возникающего внутри пакета при облучении.
Разработана дозиметрическая методика измерения эффективной энергии электронов на основе метода фильтров в геометрии узкого пучка, позволяющая независимо измерять энергию электронов в абсолютных значениях.