СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВКЛЮЧЕНИЯ ВАКУУМНОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ДИОДА В ИЗМЕРИТЕЛЬНУЮ ЦЕПЬ
METHOD OF CONTROLLING THE VACUUM X-RAY DIODE SWITCHING INTO THE MEASUREMENT CIRCUIT

Изобретение относятся к области измерительной техники и может быть использовано при подготовке к экспериментам по измерению мягкого рентгеновского излучения (МРИ) с помощью вакуумных рентгеновских диодов.
Выполнение дистанционного контроля включения вакуумного рентгеновского диода (ВРД) в измерительную цепь представляет собой техническую проблему, связанную с принципом работы диода, и обусловленную малой межэлектродной емкостью диода по сравнению с емкостью измерительной цепи. Диагностирование включения ВРД в измерительную цепь штатными средствами активного контроля (мультиметр, RLC-метр), с помощью которых аналогичная задача решается при использовании полупроводниковых фотодиодов, не представляется возможным.
Известен способ измерения импульсного мягкого рентгеновского излучения (МРИ) с помощью ВРД. представленный в работе (Filtered x-ray diode diagnostics fielded on the Z accelerator for source power measurements // G.A. Chandler. C. Deency. M. Cuneo et al, REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, V. 70, N. 1, 1999, p. 561-565). В известном способе измерение амплитудно-временных параметров импульса МРИ осуществляется при помощи измерительной цени, включающей источник питания, осциллограф, разделительный конденсатор и ограничивающий ток зарядки конденсатора резистор, а также два коаксиальных кабеля, один из которых соединяет осциллограф и разделительный конденсатор, а другой - разделительный конденсатор и ВРД. В известном способе не используется контроль включения ВРД в измерительную цепь.
При проведении патентно-информационного поиска наиболее близкого по совокупности существенных признаков источника известности, в котором решалась бы такая же задача, что и в заявляемом способе, не найдено.
Задачей, на решение ко юрой направлено заявляемое изобретение, является осуществление дистанционного контроля включения ВРД в измерительную цепь при подготовке к проведению эксперимента.
Технический результат заключается в повышении надежности получения экспериментальных данных.
Технический результат достигается применением способа контроля включения вакуумного рентгеновского диода в измерительную цепь, заключающегося в том, что перед проведением эксперимента при атмосферном давлении на электродах ВРД создают разность потенциалов, затем, понижая давление газа до рабочего, при реперных значениях давления регистрируют зависимости изменения разности потенциалов от времени, далее сравнивают параметры зарегистрированных зависимостей с опорными параметрами, предварительно установленными для включенного в измерительную цепь ВРД, и по нахождению значений сравниваемых параметров в границах доверительных интервалов делают вывод о включении ВРД в измерительную цепь.
Например, одним из параметров зависимости изменения разности потенциалов от времени может являться напряжение пробоя межэлектродного промежутка вакуумного рентгеновского диода, вторым - время между разрядными импульсами, третьим - длительность разряда на полувысоте импульса. Вышеприведенный перечень параметров не является исчерпывающим.
Повышение надежности получения экспериментальных данных с помощью заявляемого способа обеспечивается выявлением случаев неработоспособности электрической части ВРД непосредственно перед проведением эксперимента.
Предварительно, до осуществления контроля включения ВРД в эксперименте, в лабораторных условиях для заведомо включенного в измерительную цепь ВРД выбирают реперные значения давления газа, при которых развитие газовых разрядов между электродами ВРД не ухудшает качества работы ВРД. Затем, для получения статистических данных в серии экспериментов регистрируют зависимости изменения разности потенциалов на электродах от времени, определяют один или ряд опорных параметров (напряжение пробоя межэлектродного промежутка, время между разрядными импульсами, длительность разряда на полувысоте импульса и др.) зависимостей при реперных значениях давления газа, и устанавливают доверительные интервалы для каждого из параметров.
Процесс выявления случаев неработоспособности электрической части ВРД заключается в осуществлении следующей последовательности действий. Непосредственно перед проведением эксперимента ВРД включают в измерительную цепь, и в процессе откачки газа регистрируют зависимости изменения разности потенциалов на электродах ВРД от времени при реперных значениях давления. Сравнивают один или ряд параметров зарегистрированных зависимостей с предварительно установленными опорными параметрами.
Если значения зарегистрированных параметров находятся в границах доверительных интервалов, делают вывод о включении ВРД в измерительную цепь.
Если оказалось, что контроль включения ВРД не обеспечил ожидаемого результата, то в дальнейшем требуется уточнить доверительные интервалы, либо перейти к другим реперным значениям давления, либо изменить состав и количество опорных параметров.
Пример реализации заявляемого способа представлен на Фиг. 1-6.
На Фиг. 1 приведена схема, применяемая для реализации заявляемого способа контроля включения ВРД в измерительную цепь, где: 1 - ВРД; 2 - экранированный блок с разделительным конденсатором 3 и ограничивающим ток зарядки конденсатора резистором 4; 5 и 6 - кабели измерительной цепи; 7 и 8 - анодная сетка и фотокатод ВРД; 9 - точка, в которой осуществляется контроль параметров ВРД при помощи резистивного делителя напряжения 10, 11 и кабеля 12; 13 - осциллограф; 14 - нагрузочный резистор измерительной цепи; 15 - источник питания; 16 - фильтр МРИ, защищающий фотокатод от оптического излучения; 17 - импульс МРИ, измеряемый с помощью ВРД в эксперименте.
На Фиг. 2 показана фотография варианта устройства, применяемого для контроля включения ВРД в высоковольтную измерительную цепь, где: 1 - ВРД, основная часть которого расположена в герметичной камере 18; 2 экранированный блок (показан без крышки) с разделительным конденсатором 3 и ограничивающим ток зарядки резистором 4: 5, 6 и 12 - измерительные кабели; 13 - осциллограф; 14 - нагрузочный резистор; 15 - источник питания.
-4
На Фиг. 3 представлен набор осциллограмм сигналов разности потенциалов U, зарегистрированных в цепи контроля включения (измерительный кабель 12) при зарядном напряжении -1 кВ с источника питания 15 н межэлектродном расстоянии d=1 мм для десяти реперных значений давления воздуха p от 760 до 10 Торр.
пр
пр
На Фиг. 4 нанесены значения напряжения пробоя U, взятые с Фиг. 3 (обозначены точками и буквами), которое является одним из опорных параметров, отслеживаемых при осуществлении контроля включения ВРД в измерительную цепь. Также на Фиг. 4 нанесены границы доверительных интервалов, установленные по результатам десяти лабораторных экспериментов, для параметра U при каждом реперном значении давления. Пунктирной линией показан экспериментальный график зависимости напряжения порога пробоя от давления при J=1 мм (участок кривой Пашена для воздуха). Стрелками схематично показан вывод ВРД в рабочий режим с осуществлением контроля включения ВРД в измерительную цепь.
пр
пp
1/2
На Фиг. 5 представлен увеличенный фрагмент осциллограммы с Фнг. 3 при реперном значении давления воздуха р=40 Торр. где U - напряжение пробоя межэлектродного промежутка ВРД; t - время между разрядными импульсами; t -длительность разряда на полувысоте импульса.
На Фиг. 6 представлены характерные фотографии фотокатода 8 из молибдена и анодной сетки 7 из никеля толщиной 50 мкм после выполнения процедуры контроля включения ВРД в измерительную цепь и тренировки фотокатода тлеющим разрядом в течении 10 минут.
-4
Следует отметить, что подача зарядного напряжения на ВРД в процессе откачки газа из межэлектродного зазора не является документированным режимом эксплуатации большинства применяемых в настоящее время ВРД. Как правило, зарядное напряжение подается при достижении остаточного давления газа в ВРД ≤ 1⋅10 Торр. Попытки использования штатных блоков мигания ВРД не обеспечивают требуемый уровень контроля, поскольку пульсации на индикаторах тока зарядки ВРД могут быть вызваны разными причинами. Обратные связи, стабилизирующие выходные параметры зарядки, и встроенная защита от короткого замыкания и импульсных помех тоже ограничивают использование платных блоков питания при осуществлении оперативного контроля включения ВРД в измерительную цепь.
Применение заявляемого способа позволяет повысить надежность получения экспериментальных данных, благодаря чему может быть уменьшено количество каналов измерений, расширен спектральный и динамический диапазоны измерений, а также повышено пространственное разрешение измерений за счет высвободившихся каналов измерений. Наряду с этим повышается точность измерений, поскольку в результате тренировки рентгеночувствительная поверхность фотокатода очищается от примесей, инородных включений и оксидов, являющихся препятствиями для выхода фотоэлектронов в измерительную цепь.