Отчёт о практике. Вчерашняя А.С._Ф-55_rep_ИЗ. Устройство и принципы управления наносекундным
 Скачать 1.21 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА» (РХТУ им. Д.И. Менделеева) УДК 537.5+621.3 «СОГЛАСОВАНО» ВГК ОКП 72.19.29.120 Заведующий кафедрой ХВЭиРЭ Инв. № __________ РХТУ им. Д.И. Менделеева _____________ Э.П. Магомедбеков «14» июля 2020 г. ОТЧЁТ о производственной практике по теме: УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ НАНОСЕКУНДНЫМ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИМ УСКОРИТЕЛЕМ ЭЛЕКТРОНОВ УРТ-1М Исполнитель Студент группы Ф-55 кафедры ХВЭиРЭ А.С. Вчерашняя «14» июля 2020 г. Руководитель от РХТУ им. Д.И. Менделеева Доцент кафедры ХВЭиРЭ А.С. Смолянский «14» июля 2020 г. Москва 2020 г. 2. «СОГЛАСОВАНО» Заведующий кафедрой ХВЭиРЭ, Директор ИМСЭН – ИФХ РХТУ им. Д.И. Менделеева, ___________ Э.П. Магомедбеков М.П. «30» июня 2020 г. ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ НА ПРОИЗВОДСТВЕННУЮ ПРАКТИКУ студента(ов) группы Ф-55 кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии Института материалов современной энергетики РХТУ им. Д.И. Менделеева ВЧЕРАШНЯЯ АНАСТАСИЯ СЕРГЕЕВНА Специальность 18.05.02 Химическая технология материалов современной энергетики Специализация 07 Технология теплоносителей и радиоэкология ядерных энергетических установок Квалификация инженер-технолог УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ НАНОСЕКУНДНЫМ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИМ УСКОРИТЕЛЕМ ЭЛЕКТРОНОВ УРТ-1М Исполнитель: Студент группы Ф-55 кафедры ХВЭиРЭ РХТУ им. Д.И. Менделеева А.С. Вчерашняя «02» июля 2020 г. Руководитель от РХТУ им. Д.И. Менделеева Доцент кафедры ХВЭиРЭ А.С. Смолянский «30» июня 2020 г. Москва, 2020 г. 3. 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИФХЭ РАН 1.1. История Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН). 1.2. Функция и назначение ИФХЭ РАН. 1.3. Научно-производственная структура ИФХЭ РАН. 2. ЗАДАНИЕ РУКОВОДИТЕЛЯ ПРАКТИКИ ОТ РХТУ ИМ. Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА 2.1. Ознакомление со структурой, а также целями и задачами ИФХЭ РАН на примере научно-производственной деятельности лаборатории электронно-лучевой конверсии. 2.2. Виртуальное изучение исследовательского оборудования лаборатории электронно-лучевой конверсии. 2.3. Виртуальное изучение парка вычислительной техники, аппаратного и программного обеспечения, используемого в лаборатории электронно-лучевой конверсии для проведения исследований. 2.4. Анализ и обобщение экономических, социальных и производственных показателей, характеризующих результаты исследований лаборатории электронно-лучевой конверсии. 2.5. Изучение правил техники безопасности, выполнение которых необходимо при проведении исследований в лаборатории электронно- лучевой конверсии. 2.6. Оценка экологических факторов и воздействия на окружающую среду при проведении исследований в лаборатории электронно-лучевой конверсии. 2.7. Ознакомление с техническими и функциональными возможностями, областями применения результатов исследований в лаборатории электронно-лучевой конверсии. 2.8. Выполнение текущих поручений руководителя практики от РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2.9. Разработка собственных предложений по использованию методов радиохимии и радиационных технологий при проведении исследований в лаборатории электронно-лучевой конверсии. 2.10. Составление отчёта о прохождении производственной практики. 4. Оглавление Введение: ................................................................................................................................... 5 1) Наносекундные импульсно-периодические ускорители…………......……………………7 2) Описание ускорителя: ....................................................................................................... 11 3) Основные технические данные ускорителя: .................................................................... 12 4) Устройство и принцип работы ускорителя: .................................................................... 12 5) Программа управления ускорителем УРТ – 1М: ............................................................ 14 5.1 Программа управления vpu04.exe .................................................................................... 14 5.2 Органы управления в главном окне программы vpu04.exe ............................................. 15 5.3 Меню программы vpu04.exe ............................................................................................. 17 5.4 Работа ускорителя УРТ-1 с программой vpu04.exe ......................................................... 17 6) Практичекая работа. Определение кривых глубина-доза и картографическое описание распределения дозы на УРТ-1М ............................................................................................. 18 6.1 Дозиметрические измерения ............................................................................................ 18 6.2 Схема размещения дозиметров......................................................................................... 18 6.2.1 Кривые глубина – доза, снятые на ускорителе УРТ-1М............................................... 19 6.3 Результаты измерений. ..................................................................................................... 20 7) Заключение ...................................................................................................................... 21 Список используемой литературы………..……...………...……………………….…………24 5. ВВЕДЕНИЕ Практика выполнялась в Институте физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина Российской Академии Наук в лаборатории электронно – лучевой конверсии энергоносителей, занимающейся радиационной термической конверсией полимеров и биополимеров, радиационно–химическими превращениями веществ, изучением состава получаемых в ходе экспериментов, продуктов, изучением механизмов реакций, происходящих под воздействием ионизирующего излучения, дозиметрией на ускорителях электронов. Штат лаборатории включает в себя 9 человек: заведующий лабораторией, ведущий научный сотрудник, 2 старших научных сотрудника, 1 научный сотрудник, 4 старших лаборанта. Из них – 2 доктора химических наук, 3 – кандидата химических наук. Лаборатория располагает 3 ускорителями: наносекундный импульсно- периодический ускорителем электронов УРТ-1М, линейный ускоритель электронов LINS- 02-500 (на стоячей волне), линейный ускоритель электронов УЭЛВ-10-10-С-70 (на бегущей волне). Целью производственной практики являлось освоение устройства и принципов работы и управления наносекундным импульсно – периодическим ускорителем электронов УРТ – 1М. Прежде всего, наносекундные импульсно-периодические ускорители имеют существенно более сильное биологическое воздействие (не менее чем вдвое при равной поглощенной дозе[1]), чем электронные пучки постоянного тока. Это обусловлено существенным, в 10 6 раз и более, превышением мощности в течение импульса над средней мощностью. Малая длительность импульса приводит к появлению нескольких факторов, самостоятельно обладающих биологическим действием, но усиливающих воздействие друг друга при одновременном наличии (синергетический эффект): поглощенная доза, электромагнитный импульс, ударная волна и химические радикалы. Существенно, что катоды, служащие для формирования наносекундного импульсно- периодического ускорителя, не требуют дополнительных источников энергии, как в случае пучков постоянного тока (для нагрева или создания плазмы). Кроме того, они не требуют для работы высокого вакуума и легко выдерживают даже ударные разгерметизации. Создание источников ионизирующего излучения вызвало к жизни радиационные технологии, т.е. технологии, в которых главным действующим средством является самоизлучение. 6. Радиационные технологии (РТ) можно подразделять как по виду используемого излучения, так и по типу производимых воздействий. По последнему критерию можно выделить: Радиационно-химические технологии, в которых под действием излучения происходит химическая реакция: деструкция, полимеризация, образование твердых веществ с ионами растворенных элементов и др.; Радиационно-физические технологии, в которых под действием излучения происходят физические процессы (ядерные реакции, диффузия, легирование, наведение дислокаций, испарение мишеней, очистка поверхности, сварка и т.п.); Радиационно-биологические технологии, в которых под действием излучения происходят биологические процессы (радиационная генетика); Радиационная стерилизация и пастеризация (выделяется из-за практической важности)- полное уничтожение или снижение концентрации до заданного уровня микроорганизмов в изделиях и продуктах с помощью излучения. Главное преимущество РТсостоит в воздействии на атомы вещества, что дает: Требуемый эффект при нормальных условиях (например полимеризация без повышенной температуры и при нормальном давлении); Существенную экономию энергии на проведение процесса (полная стерилизация осуществляется практически мгновенно при нагреве, без учета потерь тепла, изделия примерно на 4 о С); Возможность проведения нескольких процессов одновременно (например стерилизации и полимеризации); Возможность создания принципиально новых технологий (сополимеризация на поверхности полимерных пленок). Недостатки радиационных процессов состоят в следующем. 1) Повышенная опасность для обслуживающего персонала. 2) Требуется персонал с высоким уровнем квалификации. 3) Дороговизна источников радиации. 4) Многофакторность воздействия, т.е. протекание нескольких процессов одновременно (например, стерилизации и деструкции). 7. 1) Наносекундные импульсно-периодические ускорители Среди широкого спектра ускорителей наибольшее применение в коммерческих целях нашли ускорители постоянного тока и линейные ускорители. Такие ускорители выпускаются в широком диапазоне параметров в России и за рубежом (табл. 1.1, 1.2), обладают высоким кпд преобразования электрической энергии в энергию пучка, стабильностью параметров пучка и надежностью. Однако при всех достоинствах ускорители постоянного тока и линейные имеют и существенный недостаток – высокую стоимость (Рис. 1.1), которая является результатом использования высокого напряжения постоянного тока, а также вакуумных диодов с высоким вакуумом. Переход же к импульсным ускорителям, особенно наносекундного диапазона позволяет резко уменьшить габариты схем формирования высокого напряжения за счет увеличения электрической прочности изоляции при импульсном воздействии. Кроме того, наносекундные вакуумные диоды существенно проще по конструкции. Вместе с тем формирование наносекундного импульса высокого напряжения представляет нетривиальную задачу, которая осложняется многостадийностью процесса. Обычно имеется накопитель энергии, в котором сравнительно медленно накапливается энергия. Затем она быстро передается в нагрузку – вакуумный диод с помощью коммутатора. В связи с тем, что накопитель, коммутатор и нагрузка имеют различные технические ограничения и паразитные параметры, процесс передачи энергии не удается выполнить за одну стадию и приходится использовать промежуточный этап сжатия энергии. В настоящее время используется два основных подхода [2]: с индуктивным и емкостным промежуточным накопителем энергии, которые требуют различные виды коммутаторов: размыкатель (прерыватель) и замыкатель (разрядник). При создании систем питания наносекундных ускорителей с промежуточным емкостным накопителем энергии, в качестве которого обычно выступает формирующая линия (или двойная формирующая линия), используются две основных схемы, предполагающие наличие разрядника перед нагрузкой: 1) с зарядкой формирующей линии от генератора импульсных напряжений (ГИН), обычно выполненного по схеме Аркадьева–Маркса; 2) с зарядкой формирующей линии от импульсного трансформатора [3]. 8. Первая схема нашла применение в основном при создании мощных и сверхмощных установок. Вторая схема применяется при создании частотных ускорителей, но с учетом ее высокой компактности в ряде случаев использована и для мощных установок [4, 5]. Основная проблема в системах питания наносекундных ускорителей с промежуточным емкостным накопителем энергии – разрядник перед нагрузкой. Если в качестве коммутаторов в первичной обмотке импульсного трансформатора удается использовать элементы, позволяющие работать на большой частоте (тиратроны, Таблица 1.1. Параметры ускорителей постоянного тока 9. Таблица1.2. Параметры линейных ускорителей * В импульсе длительностью 110 нс с частотой 0,4-80 Гц. Таблица 1.3. Параметры импульсно-периодических ускорителей * В импульсе длительностью 110 нс с частотой 0,4-80 Гц. тиристоры, псевдоискровые разрядники), то разрядник перед нагрузкой выполняется газовым и предельная частота его непрерывной работы (т.е. целый рабочий день, 8 ч) не превышает 100 Гц. Несмотря на это, создано несколько типов НУЭ с широким диапазоном параметров (табл. 1.3) с системой питания по данной схеме, которые нашли применение для генерации СВЧ-излучения и проведения научных исследований по использованию наносекундных пучков. Однако коммерческое применение подобных ускорителей в технологиях будет ограничиваться как их высокой стоимостью, связанной со сложной технологией изготовления импульсного трансформатора, так и относительно низким ресурсом газового разрядника. 10. Рис. 1.1. Стоимость ускорителей постоянного тока, рассчитанная по эмпирической формуле с различной мощностью в пучке и НУЭ с системой питания с ППТ (по фактическим затратам) При создании систем питания наносекундных ускорителей с промежуточным индуктивным накопителем энергии в качестве него может выступать как специальный соленоид, так и собственная индуктивность контура. Каждый из подходов создания промежуточных накопителей имеет свои достоинства и недостатки. Применение промежуточного индуктивного накопителя позволяет получить существенно более высокие (в разы) плотности накопления энергии за счет того, что ограничения по плотности энергии в нем связаны с механической прочностью материала соленоида, а не электрической прочностью диэлектрика, как в емкостном накопителе. Это позволяет существенно уменьшить габариты и стоимость систем формирования импульсов. Отличие промежуточного индуктивного накопителя энергии состоит в том, что импульс напряжения на нем формируется при прерывании тока в контуре. Амплитуда импульса напряжения определяется величиной индуктивности и скоростью обрыва тока в контуре, а также видом и величиной нагрузки. Поэтому возможно получение напряжения, превышающего по величине значение, выдаваемое накопителем энергии, и уменьшить за счет этого его габариты и стоимость. 11. Однако создание прерывателя тока – более сложная инженерная задача, чем создание замыкателя, что и служит главной причиной, ограничивающей применение схем с промежуточным индуктивным накопителем энергии [6]. 2) Описание ускорителя. Развитие техники генерации высоковольтных импульсов наносекундной длительности на основе эффекта наносекундного обрыва тока в полупроводниковых диодах создало предпосылки для разработки наносекундных ускорителей электронов импульсно-периодического режима действия. Такие ускорители генерируют пучки большого сечения с высокой интенсивностью, обладающие сильным биологическим действием, однако для создания промышленных ускорителей и реализации высокоэффективных радиационных технологий необходимо обеспечить требуемый диапазон параметров пучка, высокую надежность и ресурс ускорителей и создать высокопроизводительные методики обработки материалов, в которых будут наиболее эффективно использованы достоинства наносекундных пучков. Наносекундный импульсно-периодический ускорителем электронов УРТ-1М изготовлен в институте электрофизики Уральского отделения РАН. Его отличительная черта – мультиэнергетическое излучение – электроны в пучке обладают различной энергией от 0,1 до 1 МэВ. Рис.2.1 Общий вид ускорителя УРТ – 1М. 12. Общий вид ускорителя представлен на рисунке 2.1. На нем представлены: выпускное окно ускорителя, шкаф питания, высоковольтные провода, идущие от шкафа к ускорителю, место, где находятся все схемы, обеспечивающие работу ускорителя. 3) Основные технические данные ускорителя. - ускоряющее напряжение - до 1 МВ; - длительность импульса на полувысоте - 50 нс; - частота работы до 20 Гц; - размер пучка электронов – 406х106 мм 2 ; - плотности тока пучка – до 10 А/см 2 ; - мощность дозы тормозного излучения на расстоянии 5 см (при работе ускорителя с частотой 20 Гц) - 30 Гр/мин; - габариты (длина*ширина*высота): источника высокого напряжения - 1720*340*720 мм 3 ; формирующего элемента - 890*890*1450 мм 3 ; пульта управления – 600*700*1700 мм 3 ; - масса: источника высокого напряжения - 250 кг; формирующего элемента с вакуумной системой - 1000 кг; пульта управления – 100 кг; - потребляемая мощность - 10 кВт, 380В, 3 фазы, 50 Гц; - ресурс - не менее 10 9 импульсов. 4) Устройство и принцип работы ускорителя. Схема ускорителя приведена на Рис. 4.1. На ней не показаны схемы питания накала, предионизации и запуска тиратрона. Используемый для коммутации тиратрон с холодным катодом ТПИ1-10к/50 (Л1) позволяет синхронизировать момент срабатывания ускорителя с разбросом не более 5 нс и работать с частотой повторения импульсов до f=20 Гц. Импульсный трансформатор (ИТ) намотан на сердечнике К 700*420*21 мм 3 из пермаллоя 13. 50НП толщиной 20 мкм. Коэффициент трансформации равен 10, индуктивность рассеяния составляет 1 мкГн. Вакуумный диод ускорителя работает при давлении около 10 -3 торр, которое достигается с помощью вакуумного агрегата АВД-150/25. Вакуумный изолятор выполнен с экранировкой поверхности диэлектрика из 3 колец из полиметилметакрилата, высотой 12 см каждое. В ускорителе используется металлокерамический катод. Для вывода пучка вакуумный диод имеет 2 выпускных окна размерами 406х106 мм 2 , закрытых алюминиевой фольгой толщиной 50 мкм. Рис. 4.1 Схема ускорителя УРТ-1. Для измерения напряжения на формирующей емкости С1 и напряжения на вакуумном диоде используются омические делители (ОДН-1 и ОДН-2) из резисторов ТВО. Форма и параметры импульсов контролируются с помощью осциллографа. Для измерения тока вакуумного диода используется трансформатор тока. Ускоритель работает следующим образом (Рис. 2.2). ИВН заряжает конденсатор первого контура С0 =62,3 нФ. Блок управления формирует импульс запуска тиратрона, частота подачи управляющих импульсов определяет частоту работы ускорителя f. Конденсатор С0 разряжается на первичную обмотку трансформатора, происходит зарядка конденсатора С1 =567 пФ с одновременной накачкой током полупроводникового прерывателя тока (ППТ, 4 диода SOS-180-4, соединенных последовательно) в прямом направлении. По окончании зарядки сердечник трансформатора насыщается и происходит разряд С1 в контуре с ППТ. Ток в контуре прерывается и формируется импульс напряжения, который прикладывается к вакуумному диоду. На металлокерамическом катоде в тройных точках металл-диэлектрик-вакуум происходит пробой и из образующейся плазмы идет эмиссия электронов. Электроны ускоряются приложенным напряжением и через фольгу выходят в атмосферу. 14. Схема формирования высоковольтного импульса и вакуумный диод (формирующий элемент) погружены в трансформаторное масло и размещаются в металлическом корпусе (Рис. 4.2) на подставке. Ускоритель имеет систему охлаждения масла и систему водяного охлаждения (для выпускных окон вакуумного диода). Рис.4.2. Схема формирующего элемента. 5) Программа управления ускорителем УРТ – 1М. 5.1 Программа управления vpu04.exe. Программа vpu04.exe предназначена для управления Пультом ВПУ, контроля сигналов датчиков, измерения амплитудных значений напряжения и тока ускорителя и записи данных в ПК. Программа vpu04.exe функционирует, если ПК соединен с Пультом кабелем COM1-COM1. Программу необходимо запускать после того, как включен Пульт ВПУ кнопкой ВКЛ., а переключатель Пульта ПК/ПУЛЬТ переведен в положение ПК. На рабочем столе Windows появится главное окно программы, на котором отображается состояние подключенных к системе датчиков (рис. 5.1). 15. Рис. 5.1. Главное окно программы в режиме Подготовка 5.2 Органы управления в главном окне программы vpu04.exe. ПУСК – кнопка подачи импульсов запуска. СТОП – кнопка отключения импульсов запуска. Ручн./Авто – панель переключения методов запуска ускорителя: Ручн. – на каждое нажатие кнопки ПУСК формируется только один импульс запуска, Авто – после нажатия кнопки ПУСК, ВПУ формирует импульсы запуска ускорителя, следующие с частотой, заданной с помощью панели Частота. Частота – панель установки частоты следования импульсов. Табло 1 – отображает время генерации импульсов ускорителем в секундах. Табло 2 – служит для задания времени генерации импульсов ускорителем, в секундах. s14 Пульт – индикатор, мигает во время формирования импульсов запуска. s6 Датчики – индикатор, контролирующий подачу питания на блок датчиков в МПУ. 16. s1 ФВН – индикатор, показывающий, что Форвакуумный насос работает. s2 ДН – индикатор, показывающий, что Диффузионный насос работает. s4 Дверь – индикатор, показывающий, что дверь закрыта. s5 Клапан – индикатор, показывающий, что клапан переключен. s6 Датчики – индикатор, показывающий присутствие напряжения питания датчиков в МПУ. s7 t Бак – индикатор, показывающий, что Температура масла бака в пределах нормы (менее 60ºС). s8 t Фланец – индикатор, показывающий, что Температура выходного фланца вакуумного диода в норме (менее 60ºС). s11 Вакуум – индикатор, показывающий, что Достигнут необходимый уровень вакуума в диоде. s15 Связь – индикатор, показывающий, что есть связь с ПК через COM-порт. Авария – индикатор загорается красным цветом, если система перешла в режим Авария Подготовка – индикатор желтый, если система работает в режиме Подготовка. Норма – индикатор загорается красным цветом, если система в режиме Норма Таб. 5.1. Системные события, записываемые в файл XXX_YY_ZZ.txt Запись в файле Соответствующее системное событие Prepare Подготовка Norm Норма Alarm Авария Start Пуск Stop Стоп 17. В таблице внизу главного окна программы отображается текущее время, вакуум в диоде (в Паскалях), состояние датчиков s8-s1,s11s15 (1 – узел работает нормально, 0 – узел не готов к работе или неисправен). Каждую секунду данные фиксируются в таблице и записываются в файл формата XXXX_YY_ZZ.txt, где XXXX – год, например 2011; YY – месяц, например 02; ZZ – день, например 26. Системные события, такие, как подготовка к работе, нормальный режим работы, запуск и остановка ускорителя, время работы на определенной частоте и т.п. заносятся в файл XXX_YY_ZZ.txt в соответствие с таблице 5.1. 5.3 Меню программы vpu04.exe Разделы меню программы применяются при пуско-наладочных работах ускорителя для настройки интерфейса и калибровки измеряемых значений. В разделе меню Блок возможен выбор COM-порта (COM1, COM2, COM4 или COM5), а также отключение или подключение связи через COM-порт: Connect/Disconnect. Раздел Режим Байт/Калибровка /Работа позволяет выбрать режим отображения измеряемых амплитуд напряжения и тока в таблице Um, kV; Im, A. В режиме отображения Байт данные Um и Im отображаются в виде целых чисел от 0 до 255; в режиме Работа данные Um и Im отображаются в виде значений в соответствующих единицах измерения, напряжение – кВ, ток – А; в режиме Калибровка кроме данных Um и Im отображаются значения калибровочных коэффициентов и ползунки, с помощью которых можно откалибровать отображаемые значения амплитуд напряжения и тока. Значения коэффициентов программа vpu04.exe сохраняет в файле calibr.ini. 5.4 Работа ускорителя УРТ-1 с программой vpu04.exe . В зависимости от сигналов, поступающих от датчиков, программа переходит в один из трех режимов работы: Подготовка, Норма, Авария. В режиме Подготовка (рис. 2.1) программа контролирует сигналы с датчиков и отображает в главном окне готовность узлов ускорителя УРТ-1 к работе: если какой-либо узел не готов к работе, он отображается серым цветом, если готов – зеленым цветом. Список контролируемых узлов: s1 ФВН – Форвакуумный насос работает; s2 ДН – Диффузионный насос работает; s4 Дверь – дверь закрыта; s5 Клапан – клапан переключен; s6 Датчики – присутствие напряжения питания датчиков в МПУ; s7 t Бак – Температура масла бака в пределах 18. нормы (менее 60ºС); s8t Фланец – Температура выходного фланца вакуумного диода в норме (менее 60ºС); s11 Вакуум – Достигнут необходимый уровень вакуума в диоде; s15 Связь – есть связь с ПК через COM-порт. s14 является только индикатором, отображающим подачу импульсов запуска на ускоритель электронов. Желтый индикатор с правой стороны главного окна программы сигнализирует, что система в режиме Подготовка. Режим Норма (рис. 5.1) наступает, когда датчики всех контролируемых узлов сигнализируют, что все узлы ускорителя работают нормально (соответствующие индикаторы в главном окне программы окрашены зеленым цветом), и закрыта дверь в ускорительный зал (s4). 6) Практическая работа. Определение кривых глубина-доза и картографическое описание распределения дозы на УРТ-1М. 6.1 Дозиметрические измерения. В работе использовались показания пленочной дозиметрии, измеряемые с помощью сополимера с феназиновым красителем СО ПД(Ф)Р-5/50 (ГСО 7865-2000). Методика определения доз: дозиметры измерялись на спектрофотометре при длине волны 512 нм. По формуле D= (45,89*A 1,05 ), где D – поглощенная доза, A – оптическая плотность дозиметра, производился расчет мощности дозы (кГр). Показания оптической плотности снимались с каждой стороны для снижения ошибки, связанные с погрешностью прибора. 6.2 Схема размещения дозиметров. В первом эксперименте ленты с дозиметрами стояли максимально близко к выпускному окну на расстоянии от него в 3 см. Расстояния между дозиметрами равные 5 см (рис.6.1). Рис. 6.1. Эксперимент 1. 19. Во втором эксперименте ленты с дозиметрами располагались на уровне 15 см от выпускного окна. Расстояния между дозиметрами было принято за 10 см. Рис.6.2. Эксперимент 2. 6.2.1 Кривые глубина – доза, снятые на ускорителе УРТ-1М Исследовали распределение дозы по глубине облучаемого материала. Для этого пленочные дозиметры располагали между слоями политетрафторэтилена. Пластинку дозиметра располагали через каждые 15 слоев тефлона, как показано на рисунке 6.3. Рис. 6.3. Схема размещения пленочных дозиметров в многослойной стопке политетрафторэтилена По результатам опытов была построена зависимость поглощенной дозы от толщины слоя тефлона (рис. 6.4). Толщину слоев политетрафторэтилена (0,105 мм) измеряли при помощи электронного микрометра. На основе измеренных значений толщины и массы пластин политетрафторэтилена была рассчитана его плотность: ρ=2177 кг/м3 . В результате анализа кривых, показанных на рис. 2.6, был рассчитан пробег электронов, составивший 0,25 г/см2, и оценена эффективная энергия электронов, генерируемых ускорителем УРТ-1М. Эта величина составила Е=0,55 МэВ (при фактическом распределении от 0.2 до 0.7 МэВ). 20. Рис. 6.4. Зависимость поглощенной дозы от толщины слоя политетрафторэтилена 6.3 Результаты измерений. Табл. 6.1. Результаты на высоте 3 см от выпускного окна Самая большая доза на высоте 3 см, как и предполагалось, находится в центре пучка и достигает 1941 гр/с. Также на рисунке 2.8 видно, что поглощенная доза по краям от выпускного окна пренебрежимо мала по сравнению с центром. На высоте 15 см, как мы видим на рисунке 2.9, самая большая доза находится не в центре, а чуть левее от него. 10 5 0 5 10 10 86,15 27,70 37,73 5 77,52 879,76 580,56 282,20 78,34 0 768,18 1585,33 1941,19 910,52 290,93 5 42,10 609,19 1264,53 487,65 6,59 10 40,51 172,84 85,53 21. Табл. 6.2. Результаты на высоте 15 см от выпускного окна 15 5 0 5 15 20 21,05 48,05 15 39,39 38,35 10 156,03 232,71 5 111,48 189,20 0 449,75 431,68 346,07 5 117,12 211,39 10 192,14 228,19 15 18,97 44,85 20 25,09 29,18 7) Заключение. Производственная практика выполнялась в Институте физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина Российской Академии Наук в лаборатории электронно – лучевой конверсии энергоносителей. Была изучена техника безопасности при работе с наносекундным импульсно-периодическим ускорителем электронов УРТ- 1М; прослушан курс лекций по устройствам и видам ускорителей; освоены устройство и принципы управления наносекундным импульсно-периодическим ускорителем электронов УРТ-1М,; проведена картография распределения дозы и энергии электронов в пучке электронных ускорителя электронов, сняты кривые глубина – доза. 22. Список используемой литературы. 1) Васильев Н.В., Горн А.К., Качушкина Г.Г. и др. Использование сильноточных нано-секундных электронных пучков для целей поверхностной стерилизации. ДАН СССР. 1980. Т.253. № 5. С.1120- 1122. 2) Смирнов В.П. Получение сильноточных пучков электронов // ПТЭ. №2. 1977. С.2- 31 3) Коровин С.Д., Ростов В.В. Сильноточные наносекундные импульсно- периодические ускорители электронов на основе трансформаторов Тесла // Изв. вузов. Физика. 1996. №12. С.21-30. 4) Kim A.A., Kovalchuk B.M. High power direct driver for Z-pinch loads // Proc. of 12th Symposium on High Current Electronics, September 25-29, 2000. Tomsk, P.38-42. 5) Ковшаров Н.Ф., Лучинский А.В., Месяц Г.А. и др. Импульсный генератор СНОП-3 // ПТЭ. 1987. №4. С.97-99. 6) Соковнин, Сергей Юрьевич Наносекундные ускорители электронов для радиационных технологий / С. Ю. Соковнин ; Уральский государственный аграрный университет, Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук. - Екатеринбург : Уральский гос. аграрный ун-т, 2017. - 347 с. : ил., табл., цв. ил.; 2017 см.; ISBN 978-5-7691-2494-5 : 550 экз. |