В случае теплового ухода собственной частоты ускоряющего резонатора СВЧ контроллер генерирует управляющий сигнал для быстрого электронагревателя. Мощность в электронагревателе изменяется, чтобы изменить температуру жидкостного теплоносителя и ускоряющего резонатора и тем самым вернуть его собственную частоту к рабочему значению.

5.9. Радиационная защита

Радиационная защита комплекса предназначена для защиты персонала и аппаратуры комплекса от ионизирующего излучения. Пример расчета локальной защиты показан на рис. 5.20.

Система радиационной защиты включает:

•локальную защиту, окружающую источник излучения, а именно, инжектор, ускоряющий резонатор и конверсионную мишень, с первичным коллиматором, формирующим верный пучок тормозного излучения,

•внешние устройства, предназначенные для ослабления мощности тормозного излучения, вышедшего из локальной защиты через первичный коллиматор, и для ограничения доступа персонала в места с повышенным излучением.

Рис. 5.20. Распределение радиационных полей в локальной защите. Заштрихованная область – материал локальной защиты.

Градации яркости – мощность дозы в рад/с

137

Проектирование радиационной защиты осуществляется на основе расчета распределения мощности дозы тормозного излучения вокруг комплекса. Источником излучения являются электроны, столкнувшиеся с вольфрамовой пластинкой конверсионной мишени, а также электроны, потерянные в ускоряющем резонаторе в процессе ускорения и столкнувшиеся с его стенками.

Мощность дозы в зоне размещения персонала обычно не превышает 8·10-7 рад/с. В зоне инспекции мощность дозы может слегка превышать указанное значение за счет рассеянного излучения. Инспекционный комплекс проектируется таким образом, чтобы доза, полученная человеком, по каким-либо причинам оказавшимся в инспектируемом контейнере, не приводила к облучению.

5.10. Детекторная станция

Детекторная станция содержит 24 входных блока и модуль управления.

Каждый входной блок содержит 64 детектора, усилитель, АЦП и оптический конвертор. Таким образом, общее число детекторов равно 1536. Каждый детектор состоит из сцинтиллятора (кристалл CdWO4) и фотодиода. Характерные размера кристалла 4х4х20 мм.

Параметры детекторов выбираются для каждого комплекса индивидуально, а сами детекторы изготавливаются по специальному заказу для оптимизации параметров всего комплекса.

Рис. 5.21. Входной блок

138

Сигнал, измеренный в детекторе, усиливается в усилителе, переводится в цифровой формат в АЦП, преобразуется в оптический сигнал в оптическом конверторе и передается по оптоволоконной линии в модуль управления. Входной блок показан на рис. 5.21.

Модуль управления связан с 24 входными блоками по оптоволоконным линиям. Модуль управления показан на рис. 5.22.

Рис. 5.22. Модуль управления

Калибровка массива детекторов выполняется перед каждым включением комплекса автоматически. Калибровка включает измерение и сохранение в компьютере системы управления значений темнового тока (при нулевом токе пучка электронов) и светового тока (при номинальном токе пучка электронов) во всех детекторах. В процессе инспекции эти значения используются для определения коэффициента ослабления тормозного излучения в инспектируемом объекте.

139

5.11. Система управления

Система управления содержит две основные части: управление ускорителем комплекса и управление детекторной станцией, включая получение рентгенографического изображения.

Управление ускорителем осуществляется главным контроллером, выполненным на основе программируемых контроллеров. Главный контроллер соединен с терминалом, в качестве которого используется компьютер с мониторами.

Управление детекторной станцией осуществляется модулем управления и промышленным компьютером, установленными в одном крейте. Сигналы, измеренные во всех детекторах, поступают из входных блоков в модуль управления и затем в компьютер, где они анализируются и преобразуются в рентгенографическое изображение инспектируемого контейнера.

Пример измеренного рентгенографического изображения тестового объекта приведен на рис. 5.23.

Рис. 5.23. Рентгенографическое изображение

Тестовый объект включает платформу, приводимую в движение с помощью шагового двигателя, и авиационную бомбу

140

диаметром 12 см, установленную и зафиксированную на ней с помощью ременных растяжек. Стенка корпуса бомбы изготовлена из стали так, что поверхностная плотность в различных сечениях варьируется от 20 до 100 г/см2. Разрешение изображения 960x760 пикселей.

Изображение инспектируемого контейнера с использованием двухэнергетичного анализа материала (Z-анализ) внутри контейнера показано на рис. 5.24 [5.4, 5.5].

Рис. 5.24. Изображение инспектируемого контейнера с использованием двухэнергетичного анализа материала

141

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленный материал свидетельствует о том, что радиационные комплексы интроскопии крупногабаритных объектов имеют большие перспективы прикладного применения. Широта внедрения комплексов в значительной степени определяется возможностями создания надежных и эффективных ускорителей электронов, обладающих необходимыми техникоэкономическими показателями. Материал, содержащийся в книге,

взначительной степени ориентирован на решение этой задачи.

Входе проведенных исследований получены следующие результаты.

Выполнен сравнительный анализ характеристик ускоряющих структур на бегущей и стоячей волне, работающих в нескольких частотных диапазонах.

Рассмотрены различные варианты системы питания ускоряющей структуры. Для всех типов ускорителей были рассчитаны вариационные характеристики, которые выявили, при каких отклонениях выходных параметров системы питания выходные параметры пучка будут оставаться в пределах допустимых диапазонов.

Обоснованы границы оптимального применения различных вариантов структур для ускорителей с глубокой перестройкой энергии пучка.

Рассмотрены и сравнены структурные схемы инспекционных комплексов. Проведен анализ основных систем и элементов комплексов, предложены и обоснованы их конструктивные решения.

Можно ожидать, что создание и внедрение радиационных комплексов для интроскопии сложных объектов будет расширяться при решении все большего класса прикладных задач.

142