CC BY
20
17. L o z a n s к у Е. D. Mechanisms of Seconcary Processes in Streamer Breakdown of Gases. -J.Phys.D., 1969, V.2, p.137-148.
18. Б e 3 у г л о в H. H., Б о р о д и н В. М., Ключарев А.Н., Скребов В.Н., Янсон М. Л. Хемоионизация и процессы переноса энергии при медленных столкновениях возбужденных атомов. - В кн. Химия плазмы. Вып.13-Под ред. Б.М.Смирнова. М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 3-40.
19. Г о л а н т В. Е., Ж и м ы с к и й А. П. Основы физики плазмы. М.: Атомиздат, 1977. с.384.
20. Michel H. H., H о b b s R. H. W r i g h t L. A. Electronic structure of the Noble Gas Dimer Ions. .1.Potential Energy Cirves and Srectroscopic Conctants. - J. Chem.Phys., 1978, Vol.69, 11, p.5151-5162.
21. Вайнштейн Л. A., Собельман И. И, Юков Е. А. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М.: Наука, 1979, с.319.
22. Л а н ш а к о в В. Н., Кулешов В. К. Яркость свечения газоразряднолюминесцентных преобразователей импульсного рентгеновского излучения. - Ж. Дефектоскопия, 1986, с. 58-62.
23. Беспалов В. И., 3 а й ц е в А. К., К о н о н о в М. Ю., Кулешов В. К. Собственная нерезкость газоразрядных преобразователей, работающих с высокоэнергетическим тормозным излучением. // Дефектоскопия. -1988 - № 1 - С. 71-78.
УДК 620.179
Ю.В. АЛХИМОВ, В. К. КУЛЕШОВ, Л.Э. КОВАЛЕВА
РАСЧЕТ ЯРКОСТИ СВЕЧЕНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В ВИДИМОЕ
Проведен расчет выхода излучения оптического диапазона для безлюминофорного газоразрядного преобразователя рентгеновского излучения в видимое в стримерном режиме работы.
Работа выполнена в рамках программы сотрудничества Министерства образования Российской Федерации и Министерства Российской Федерации по атомной энергии по направлению "Научно-инновационное сотрудничество" 2002 г..
Инициированный рентгеновским излучением газовый разряд можно использовать для визуализации распределения радиационного поля. Этот принцип используется в газоразрядных преобразователях (ГРП) рентгеновских изображений в видимое. Одним из основных преимуществ ГРП, наряду с высокой дозовой чувствительностью, является возможность получать изображения объектов контроля за короткие промежутки времени. При визуальной регистрации используются ГРП с люминофорными слоями, которые используются для повышения яркости изображения. Но в таких приборах повышение яркости изображения сопровождается ухудшением его качества. Развитие оптической и телевизионной техники позволяет отказаться от применения люминофоров, что повышает разрешающую способность ГРП и позволяет использовать их для исследования быстропротекающих процессов, так как время формирования изображения составляет доли микросекунд. Однако для правильного выбора фотоприемников и оптимизации телевизионных систем необходимы данные о дифференциальной и интегральной яркости свечения ГРП в лавинно-стримерном и стримерном режиме работы.
Для расчета выхода оптического излучения в газовом разряде необходимо знать основные параметры возбуждения атомов и молекул. В условиях работы преобразователя с инертным наполнением такими параметрами являются функция распределения электронов по энергиям (скоростям) (ФРЭС) и сечение электрон-атомных столкновений. Приближенную ФРЭС в постоянном электрическом поле получают при решении кинетических уравнений с использованием метода разложения [1]. Этот метод основан на малой анизотропии распределения электронов вследствие незначительных потерь энергии при упругих столкновениях с тяжелыми атомами. Функция распределения в
энергию электронов, и асимметричной //, определяющей среднюю дрейфовую скорость.
В газоразрядном преобразователе ускорение электронов происходит в непрерывно меняющемся электрическом поле импульса питания. Время релаксации функции /о в области энергий электронов (Б) - порог неупругих столкновений) для ксенона равно
~10"6 с, а в области s>si коэффициент передачи энергии при неупругих столкновениях
12
« 1, и время релаксации ~10" с. Время релаксации функции в области энергии электронов s>£] много меньше длительности импульса питания в ГРП и функцию, найденную для электронов, движущихся в постоянном электрическом поле, можно использовать для расчета оптических характеристик разряда и при переменном электрическом поле.
Используя данную модель, а так же с учетом того, что транспортная частота упругих соударений в инертных газах v' = const с точностью 15-20% в области энергий s| <е* < 3s, симметричную часть функции распределения электронов, необходимую для расчета выхода оптического излучения, можно представить в виде [2]:
f0 = ~-
2tiu, qc
ехр
л/3
еЕ
'hdu
(1)
где q0 =
2шеЛ/
v',vh
л/ЗеЕ
параметр столкновении,
частота неупругих столкновений,
Е - напряженность поля в газоразрядном промежутке, те и е - масса и заряд электрона соответственно.
Расчет сечений возбуждения резонансных уровней производился по формуле Ре-жемортера с использованием экспериментальных значений сил осциляторов [3], а оценки сечений для видимого излучения получены по полуэмперическим формулам разработанным Ванштейном, Собельманом и Юковым. Количество резонансно возбужденных атомов, приходящихся на один свободный электрон в лавине запишем как [4]:
18,
Q„ =
j=l
а
/
л
j
а
Vvi -
/
W,
1
-ехр>
о.
Vo,
лХ
О:
VU,
лК
— 1
(2)
(3)
где суммирование проводилось по полному набору резонансных уровней; и у0' - соответственно коэффициенты пропорциональности в апроксимационных формулах для частоты возбуждения нау'-й резонансный уровень и частоты ионизации, и,и и,-скорости электронов соответствующие энергиям /-го резонансного уровня и потенциала ионизации.
Для расчета выхода резонансных фотонов в ксеноне использовались экспериментальные значения сечения возбуждения [5].
Видимое излучение в ГРП образуется в основном при переходах с р-уровней на резонансные Б-уровни внутри одной подоболочки. Возбужденные на р-уровни атомы могут образовываться при прямых переходах, когда резонансно возбужденные или мета-
стабильные атомы за время, меньше времени радиационного распада, получают дополнительное возбуждение при столкновении с электронами. Суммарное сечение ступенчатых переходов на р-уровни в инертном газе значительно выше чем для прямых, но время релаксации процесса в ступенчатых переходах, вследствие низкой концентрации возбужденных атомов очень велико, и в результате эффективность таких процессов в разряде мала.
Оценка выхода видимого излучения проводилась с использованием сечений переходов, рассчитанных по формуле [3]:
(7 = лС,
АЕ
\2
ч3/ Л /2
2еп +
1 и-
(4)
где и =
■Ае
чисел
Ае угловых
; Ае - £| -£"о; <2Лсо>с1) ~ угловые факторы, зависящие от квантовых
моментов;
<Ми)
аппроксимирующая функция;
к = |/0 -/]|,|/0 -/,| + 2,...,/0 +/]; /0)/, - орбитальные квантовые числа начального и конечного состояний.
Индекс суммирования к для прямых переходов из основного состояния, ответственных за испускание видимого излучения в инертных газах, равен 0 и 2, а аппроксимирующая функция для данных к:
Ф0,2 =
лК
V
и + 1
и +(р
(5)
где параметры с и ср зависят от расположения энергетических уровней начального и конечного состояний возбужденного атома и приведены в таблицах [3].
Угловые факторы дг(С0,С,) для переходов с терма основного состояния атома инертного газа на все термы интересующей нас конфигурации равны 1.
Расчетные данные по выходу оптического излучения удобно сравнить с экспериментальными при напряженности электрического поля, соответствующей напряженности лавинно-стримерного перехода, при которой в газоразрядном объеме образуются критические лавины. Лавинно-стримерный переход характеризуется резким ростом яркости или легко обнаруживается визуально и при измерениях яркости.
В табл. 1 приведены значения удельного выхода видимого излучения С)в и резонансного излучения Соотношения по выходу видимого излучения согласуются с экспериментальными результатами измерения яркости в ГРП.
Таблица 1
Удельный выход оптического излучения
Газ Ые Аг Кг Хе
ОР 60 105 35 55
Ов 58 4,5 2,9 6,5
<Зр/ОВ*10^ 1,0 13,4 24,4 11,1
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Талант В.Е., Жилинский А.П., Сахаров И.Е. Основы физики плазмы. - М.:Атомиздат, 1977.
2. Michel H.H., H о b b s R. H. W r i g h t L. A. Electronic structure of the Noble Gas Dimer Ions. I.Potential Energy Cirves and Srectroscopic Conctants. - J. Chem.Phys., 1978, Vol.69, 11, p.5151-5162.
3. Вайнштейн Л. A., Собельман И. И, Юков Е. А. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М.: Наука, 1979, с.319.
4. Л а н ш а к о в В. Н., Кулешов В. К. Яркость свечения газоразряднолюминесцентных преобразователей импульсного рентгеновского излучения. - Ж. Дефектоскопия, 1986, с. 58-62.
5. С м и р н о в Б. М. Ионы и возбужденные атомы в плазме. - М:Атомиздат, 1974. 455с.
Доля энергии, которая идет на образования резонансного излучения в ГРП при питания прямоугольными импульсами создающими в газоразрядном промежутке напряженность поля Е и имеющими длительность 1:и, можно найти по формуле:
сс<2реР
Т]р V 108 ' еЕ 1п-
где ер - средняя энергия резонансных фотонов.
На рис. 1 изображены зависимости т]р - /(£) для различных газов.
Среди инертных газов наибольшим кпд относительно выхода резонансного излучения обладает неон, а наи-
меньшим - ксенон.
Рис.1. Кпд разряда относительно выхода резонансного излучения (1 - неон ,2 - аргон, 3 - криптон , 4 - ксенон)
УДК 620.179.15
В. А. ЗАБРОДСКИЙ
АНАЛИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ТКАНЕВОЙ ОСНОВЕ ПО ОБРАТНОМУ РАССЕЯНИЮ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Исследованы особенности оценки весовой доли пропитывающего вещества в полимерном композиционном материале на тканевой основе по обратному рассеянию фотонного излучения. Приведено уравнение измерительного прибора. Проанализировано влияние основных физических и геометрических факторов на погрешность измерения.
Работа выполнена в рамках программы сотрудничества Министерства образования Российской Федерации и Министерства Российской Федерации по атомной энергии по направлению "Научно-инновационное сотрудничество" 2002 г..
Полимерные композиционные материалы на тканевой основе находят все более широкое применение в промышленности. В технологическом процессе тканевая основа пропитывается полимерным составом. Потребительские свойства получаемого композита определяются соотношением ингредиентов, поэтому измерение весовой доли про-
