Способ генерации импульсов мягкого рентгеновского излучения

 

Применение: в области мощной импульсной техники и предназначается для решения научных задач, связанных с радиационными исследованиями. Способ генерации импульсов мягкого рентгеновского излучения заключается в многократном пропускании электронного пучка через прозрачную для него металлическую мишень в виде фольги путем отражения его от виртуального катода. Причем перед пропусканием электронного пучка мишень переводят в плазменное состояние воздействием импульсов тока, мощным лазерным излучением и т.д. В результате подобного воздействия происходит нагрев фольги, ее электрический взрыв и распад, сопровождающийся образованием плазменного облака. Электроны электронного пучка проходят многократно через плазменное облако, нагревая его. За счет этого формируется тепловой спектр излучения. Технический результат заключается в получении мягкого рентгеновского излучения с тепловым спектром за счет нагрева его электронным пучком. 1 ил.

Изобретение относится к мощной импульсной технике и предназначается для решения научных задач, связанных с радиационными исследованиями.

Мягким рентгеновским излучением называют обычно электромагнитное излучение с энергией квантов 50 эВ-5 кэВ [1] (Р. Элтон "Рентгеновские лазеры", Москва, изд. "Мир", 1994 г.).

Известен способ генерации рентгеновского и γ- излучения, когда ускоренный электронный пучок многократно направляют на оптически тонкую тормозную мишень (фольгу) путем разворота пучка магнитным полем [2] (В.К. Гришин, Б.С. Ишханов, В.И. Шведунов "Эффективный источник тормозного излучения с многократным пересечением тонкой мишени электронным пучком", Вестник МГУ, сер. 3, 1996, N 1 c. 83-86).

Недостатком этого способа является отсутствие возможности создания потока мягкого рентгеновского излучения.

Известен также способ генерации мягкого рентгеновского излучения в диапазоне, по которому пропускаемый через тонкую тормозную мишень электронный пучок, формируя за ней виртуальный катод (ВК) и отражаясь от этого ВК и от катода, многократно пересекает мишень [3] (Н.И. Завода, И.А. Трошкин и др., "Ускорительная трубка для получения мощных импульсов мягкого рентгеновского излучения", Вопросы Атомной Науки и Техники, Сер.: Физика радиационного воздействия на радиофизическую аппаратуру, М., 1994, Выпуск 3-4, с. 23-24); см. также [4] (T.W.L.Sanford and J.A. Halbleid, "Potential Enhancement of Warm X-ray Dose from a Reflixing Bremsstrahlung Diode", IEEE Transactions on nuclear science, 1995, v. 42, N 6, p. 1902-1909) (протопит).

Недостатком этого способа является отсутствие возможности создания потока мягкого рентгеновского излучения с тепловым спектром излучения, но для проведения радиационных исследований часто необходим именно тепловой спектр, в то время как способ [4] дает спектр тормозного излучений, отличающийся по форме от теплового.

Технической задачей изобретения является разработка способа, генерации импульсов мягкого рентгеновского излучения, позволяющего проведение радиационных исследований с тепловым спектром.

Технический результат состоит в возможности создания потока мягкого рентгеновского излучения с тепловым спектром.

Этот технический результат достигается тем, что способ генерации импульсов мягкого рентгеновского излучения, заключающийся в многократном пропускании электронного пучка через прозрачную для электронного пучка металлическую в виде фольги мишень путем отражения его от ВК, отличается тем, что перед пропусканием электронного пучка мишень переводят в плазменное состояние.

В предлагаемом способе перед рабочим импульсом, вызывающим формирование электронного потока, осуществляют импульсное воздействие на мишень (фольгу), обеспечивающее переведение ее в плазменное состояние. Возможными вариантами воздействия могут быть, например, воздействие импульсом тока, мощным лазерным излучением и т.д.

В результате подобного воздействия происходит нагрев фольги, ее электрический взрыв и распад, сопровождающийся образованием плазменного облака.

За счет взрывной эмиссии в пространстве между катодом и плазменным облаком, выполняющим роль анода, формируется электронный пучок. Электроны ускоряются в электрическом поле вакуумного диода и проходят через плазменный слой, образуя за ним ВК. Вследствие колебаний электронного пучка в пространстве анод - ВК, электроны проходят многократно через плазменное облако, нагревая его. При этом происходит усиливающийся разогрев плазменного облака, под действием которого формируется тепловой спектр излучения. Разогретое плазменное облако является проводником, находящимся под потенциалом анода. Оно будет обеспечивать необходимую глубину потенциальной ямы, поддерживая колебательный режим электронов в потенциальной яме в области катод - анод - ВК. Таким образом, разогретое плазменное облако может служить источником теплового спектра излучения.

На фиг. изображено устройство для осуществления предложенного способа, где: 1 - камера; 2 - анод (мишень); 3 - устройство зажигания, переводящее анод в плазменное состояние; 4 - катод; 5 - ВК.

Способ состоит в том, что в вакуумированную камеру 1 на мишень, изготовленную из фольги 2, например, из тантала, срабатыванием, например, системы (схемы) зажигания 3 подается импульс тока в момент времени t₁. Во время рабочего импульса осуществляется процесс нагрева мишени и ее распад (испарение и ионизация, или иначе - мишень взрывается). Образуется плазменное танталовое облако. В заданный момент времена t₂, определяемый постоянной времени формирования мишени τ, подают на анод 4 импульс с cильноточным электронным пучком.

Электроны, взаимодействуя с плазменным облаком, нагревают его, в то время как сформировавшийся ВК отражает электроны, заставляя их многократно проходить через плазменное облако еще больше разогревая его, чем формируется тепловой спектр.

Для пучка с параметрами прототипа [4] I = 60 МА, U = 5МВ возможно получение мягкого рентгеновского излучения с температурой 100 эВ - 5 кэВ.

Таким образом, реализация предложенного способа позволяет достигнуть цели изобретения - получение мягкого рентгеновского излучения с тепловым спектром за счет предварительного перевода фольги в плазменное состояние.

Формула изобретения

Способ генерации импульсов мягкого рентгеновского излучения, заключающийся в многократном пропускании электронного пучка через прозрачную для него металлическую мишень в виде фольги путем отражения его от виртуального катода, отличающийся тем, что перед пропусканием электронного пучка мишень переводят в плазменное состояние.

РИСУНКИ

Рисунок 1