Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634840)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система
Прикладная механика и техническая физика

Прикладная механика и техническая физика №6 2003 (352,00 руб.)

0   0
Страниц176
ID200342
АннотацияЖурнал публикует оригинальные статьи и заказные обзоры по механике жидкости, газа, плазмы, динамике многофазных сред, физике и механике взрывных процессов, электрическому разряду, ударным волнам, состоянию и движению вещества при сверхвысоких параметрах, теплофизике, механике деформируемого твердого тела, композитным материалам, методам диагностики газодинамических физико-химических процессов.
Прикладная механика и техническая физика : Научный журнал .— Новосибирск : Издательство Сибирского отделения Российской академии наук .— 2003 .— №6 .— 176 с. : ил. — URL: https://rucont.ru/efd/200342 (дата обращения: 27.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

А. П. Степовик, Д. В. Хмельницкий Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики, 456770 Снежинск C целью исследования динамических эффектов в материалах при облучении на мощных ускорителях электронов рассмотрена возможность диагностики выведенного в атмосферу пучка с использованием калориметров полного поглощения. <...> Установлено, что по результатам измерений можно определить среднюю по объему калориметра температуру в момент окончания действия электронного импульса, которая однозначно связана с поглощенной в калориметре энергией электронов. <...> К достоинствам калориметрического метода следует отнести возможность регистрации нагрева калориметров после окончания действия помех, сопровождающих работу установок такого рода [6], а также малые размеры чувствительного элемента, что существенно из-за неоднородности излучения в сечении пучка. <...> Схема кольцевого калориметра: 1 — стальное кольцо; 2 — корпус; 3 — растяжки; 4 — кольцевой калориметр; 5 — центральный калориметр; 6 — термопары 6 2 электронов, падающих непосредственно на образец. <...> В центральный калориметр запрессована одна термопара, в кольцевой — четыре (равномерно по окружности). <...> Во-первых, часть падающих на калориметр электронов отражается от его поверхности, часть электронов вылетает из объема калориметра через его боковые поверхности вследствие рассеяния и, наконец, часть энергии электронов при их торможении в веществе затрачивается на излучение фотонов. <...> В результате на нагрев калориметра расходуется не вся энергия падающих электронов. <...> А. П. Степовик, Д. В. Хмельницкий Таблица 1 Вариант расчета Размеры, см Emax , МэВ hEi, МэВ Ea , МэВ Ee , МэВ Ep , МэВ Ee1 , МэВ Ee2 , МэВ <...> Определим связь найденных экспериментально констант a0 и a1 с нагревом калориметра и его теплофизическими характеристиками. <...> А. П. Степовик, Д. В. Хмельницкий малого диаметра стальной проволоки, а также ее одновременного с калориметром нагрева электронным пучком <...>
Прикладная_механика_и_техническая_физика_№6_2003.pdf
4 УДК 536.6+539.12.04 ДИАГНОСТИКА МОЩНЫХ ПУЧКОВ ЭЛЕКТРОНОВ С ПОМОЩЬЮ КАЛОРИМЕТРОВ ПОЛНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ А. П. Степовик, Д. В. Хмельницкий Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики, 456770 Снежинск C целью исследования динамических эффектов в материалах при облучении на мощных ускорителях электронов рассмотрена возможность диагностики выведенного в атмосферу пучка с использованием калориметров полного поглощения. Приведена схема кольцевого калориметра, с помощью которого выполнены измерения переноса энергии на ускорителях ИГУР-3 и ЭМИР-М до значений (2,0 ч 2,5) · 102 Дж/см2. Рассчитана доля поглощаемой в калориметре энергии падающих электронов, показано влияние их спектра на результаты измерений, рассмотрены вопросы теплопередачи. Установлено, что по результатам измерений можно определить среднюю по объему калориметра температуру в момент окончания действия электронного импульса, которая однозначно связана с поглощенной в калориметре энергией электронов. Ключевые слова: электронные пучки, мощный ускоритель, поглощенная энергия, пряжения является облучение мощным электронным пучком (длительность 10−8÷10−7 с, полный ток пучка составляет десятки килоампер) [1]. Поглощение энергии за время, мнодиагностика, калориметр. Одним из способов нагружения материалов коротким импульсом механического наго меньшее механической инерционности материала, приводит к возникновению в нем термоупругих напряжений, что позволяет изучать откольные явления, а также измерять термодинамические и упругие параметры материалов [2, 3]. Связь между возникающим тепловым давлением P и поглощенной энергией электронов Ea выражается известным соотношением [4] P = ΓdEa (Γ— коэффициент Грюнайзена материала; d— его плотность). Поглощенная энергия электронов зависит от спектра и значения переноса энергии падающих электронов, которое необходимо измерять при расчете давления. (Термин “перенос энергии ионизирующих частиц” означает отношение суммарной энергии (исключая энергию покоя) всех ионизирующих частиц, проникающих в объем элементарной сферы, к площади поперечного сечения этой сферы.) Распределение энергии по сечению выведенного в атмосферу пучка электронов в мощных ускорителях [1] недостаточно однородно, поэтому требуется разработка метода диагностики, обеспечивающего минимальное затенение чувствительным элементом поверхности облучаемых образцов (пленочная дозиметрия, фольговая калориметрия и т. д.). Для измерения переноса энергии пучка электронов, которым облучались образцы материалов, применялись калориметры двух типов: фольговый и полного поглощения [5]. К достоинствам калориметрического метода следует отнести возможность регистрации нагрева калориметров после окончания действия помех, сопровождающих работу установок такого рода [6], а также малые размеры чувствительного элемента, что существенно из-за неоднородности излучения в сечении пучка. Результаты измерений с помощью фольговых калориметров более подробно изложены в [5]. С использованием этих калориметров можно измерять величину переноса энергии ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2003. Т. 44, N◦ 6
Стр.1
А. П. Степовик, Д. В. Хмельницкий 5 5 3 4 6 2 1 Рис. 1. Схема кольцевого калориметра: 1 — стальное кольцо; 2 — корпус; 3 — растяжки; 4—кольцевой калориметр; 5—центральный калориметр; 6 — термопары электронов, падающих непосредственно на образец. Однако показания фольговых калориметров сильно зависят от материала образца (по данным наших измерений, показания могут различаться в 2–3 раза) из-за вклада в разогрев калориметров энергии отраженных от него электронов. Использование калориметров полного поглощения позволило существенно уменьшить влияние отраженных электронов, однако с их помощью можно измерять величину переноса энергии только в окрестности образца. Погрешность измерений, обусловленная этим фактором, в значительной мере определяется степенью и видом неоднородности распределения энергии в поперечном сечении пучка электронов. При отработке методики диагностики с помощью указанных калориметров на установках ИГУР-3 и ЭМИР-М [1] применялись локальные калориметры из меди и стали диаметром 3,5÷6 мм и толщиной 2÷3 мм. В тело калориметров с тыльной (по отношению к потоку электронов) стороны впаивались термопары, затем они приклеивались к пластине из текстолита (по сравнению с другими органическими материалами его стойкость к действию электронов наибольшая). При величине переноса энергии до 10 Дж/см2 такие калориметры можно использовать неоднократно. Однако при больших значениях этого параметра (вследствие теплового удара) калориметры отлетали от платы, а при сильном разогреве отпаивались и разрушались термопары. В результате исследуемая область амплитуд динамических напряжений сужалась (до 100 МПа в алюминии). С целью повышения стойкости калориметров к действию мощных импульсных пучков электронов разработана конструкция, схема которой представлена на рис. 1. Заземленное кольцо предназначено для защиты корпуса от действия электронов. Растяжки изготовлены из стальной проволоки диаметром 0,4 мм. В центральный калориметр запрессована одна термопара, в кольцевой — четыре (равномерно по окружности). Затенение образца диаметром 50÷60 мм, определяемое площадью центрального калориметра, при его диаметре 6 мм было несущественным. Термопары проложены в проточке в корпусе и выведены в виде жгута. В экспериментах с образцами диаметром 10 ч 15 мм в корпусе размещались несколько кольцевых калориметров (для каждого образца свой), центральные калориметры отсутствовали. Изменение температуры калориметров регистрировалось с помощью самопишущих потенциометров ЭПП-09М3 или миллиамперметров постоянного тока Н-37 с усилителем И-37. Выбор аппаратуры обусловлен ее устойчивостью (вследствие значительной инерционности) к возникающим на установках электрическим помехам нано- и микросекундного диапазона длительности. При этом термоЭДС термопар измерялась примерно через 1 с после облучения электронами.
Стр.2
6 F, ÌýÂ-1 0,3 0,4 0,2 0,1 0 13 4 2 а 1 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2003. Т. 44, NF, ÌýÂ-1 2 1,0 1,5 2,0 2,5 0,5 5 E, МэВ 0 Рис. 2. Энергетические спектры электронов: а — Emax = 5,2 МэВ (1 — t ≈ 90 нс, E = 2,59 МэВ; 2 — t ≈ 25 нс, E = 2,68 МэВ); б — Emax = 1,05 МэВ При использовании разработанной конструкции для диагностики пучка электронов необходимо оценить тепловые характеристики калориметра, а также влияние спектра электронов и условий облучения на результаты измерений. При этом необходимо учитывать следующие обстоятельства. Во-первых, часть падающих на калориметр электронов отражается от его поверхности, часть электронов вылетает из объема калориметра через его боковые поверхности вследствие рассеяния и, наконец, часть энергии электронов при их торможении в веществе затрачивается на излучение фотонов. В результате на нагрев калориметра расходуется не вся энергия падающих электронов. Во-вторых, поскольку калориметр находится в атмосфере, необходимо учитывать изменение его температуры за счет охлаждения и перераспределения поглощенной энергии по объему. Для корректного учета влияния указанных выше факторов на точность диагностики пучка электронов рассмотрим их более подробно. Для определения доли энергии электронов, поглощенной в материале калориметра, методомМонте-Карло по программе MCNP4А проведены расчеты распространения электронов в телах разной формы из железа (dFe = 7,8·103 г/м3). В качестве тел рассматривались кольца и диски из стали марки ст.3 толщиной h = 0,3 см, в том числе с такими же размерами, как у изготовленных калориметров (радиус диска R0 = 0,3 см; внутренний радиус кольца R1 = 2,0; 2,25 см, внешний R2 = 2,6; 2,85 см). Источник электронов представлял собой плоскость, параллельную торцевой поверхности тела, и располагался на расстоянии 100 см от нее. Направление вылета электронов совпадало с направлением нормали к поверхности тела. На рис. 2 представлены три вида энергетического спектра электронов Φ(E): два “жестких” с одинаковыми значениями максимальной энергии Emax = 5,2 МэВ для разных режимов работы установки ИГУР-3 (длительность импульса t ≈ 90; 25 нс) [1] и более “мягкий” с Emax = 1,05 МэВ. Учитывался совместный перенос электронов и фотонов. ке; Ea —энергия электронов и образовавшихся фотонов, поглощенных в калориметре; Ee, Ep—энергии электронов и фотонов, вылетевших из системы, в том числе Ee1, Ee2—энергии электронов, вылетевших из системы через другую торцевую поверхность и боковые Результаты расчетов приведены в табл. 1 (E — средняя энергия электронов в пучповерхности соответственно; χ = Ea/E — доля поглощенной в калориметре энергии). Все приведенные результаты нормированы на один электрон источника. 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 E, МэВ б ◦ 6
Стр.3

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
Антиплагиат система на базе ИИ