СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩЕГО ПРОЦЕССА И РАДИОГРАФИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF OBTAINING RADIOGRAPHIC IMAGE OF FAST-FLOWING PROCESS AND RADIOGRAPHIC COMPLEX FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области импульсной теневой радиографии, в частности к получению радиографических изображений быстропротекающих процессов, возникающих при взрывных экспериментах. Изобретение может быть использовано при радиографии неоднородных динамических объектов исследования для получения изображений интересующих стадий быстропротекающих процессов, момент достижения которых заранее неизвестен или труднопредсказуем.
Известен способ получения радиографического изображения быстропротекающих процессов из описания изобретения под названием «Способ получения радиографического изображения быстропротекающих процессов в неоднородном объекте исследования и радиографический комплекс для его осуществления» [Патент РФ №2515053, МПК G03B 42/02, опубл. 10.05.2014]. Способ заключается в том, что производят юстировку объекта исследования, расчетным путем определяют значение момента времени радиографирования объекта исследования относительно начала интересующей стадии быстропротекающего процесса, вводят полученное значение в линию задержки запуска источника излучения, инициируют в объекте исследования быстропротекающий процесс, после чего осуществляют радиографирование объекта исследования источником излучения и получают изображение быстропротекающего процесса.
Согласно известному способу осуществляют пространственно-временную томографию объекта исследования, обеспеченную по меньшей мере тремя лучами с независимыми пространственными координатами, сходящимися в центре расположения объекта исследования.
Известный способ позволяет существенно повысить информативность радиографии путем просвечивания объекта исследования под разными углами в трех координатных проекциях в разные моменты времени. К недостаткам данного способа можно отнести отсутствие возможности исследования стадий быстропротекающего процесса, момент достижения которых неизвестен или труднопредсказуем, в связи с отсутствием возможности регистрации начала этих стадий.
Известен способ получения радиографического изображения быстропротекающих процессов из описания полезной модели под названием «Рентгеновская установка для получения изображения быстропротекающего процесса» [Патент РФ №87810, МПК G03B 42/02, опубл. 20.10.2009. Способ заключается в том, что производят юстировку объекта исследования, расчетным путем определяют значение момента времени радиографирования объекта исследования относительно начала интересующей стадии быстропротекающего процесса, вводят полученное значение в линию задержки запуска источника излучения, инициируют в объекте исследования быстропротекающий процесс, после чего осуществляют радиографирование объекта исследования источником излучения и получают изображение быстропротекающего процесса.
Данный способ позволяет повысить разрешающую способность и улучшить качество получаемых изображений, что обеспечивает в пределах одного эксперимента повышение информативности исследований при регистрации объектов с существенно (более чем на 2 порядка) различающейся оптической плотностью. К недостаткам данного способа можно отнести отсутствие возможности исследования стадий быстропротекающего процесса, момент достижения которых неизвестен или труднопредсказуем, в связи с отсутствием возможности регистрации начала этих стадий.
Данный способ выбран в качестве прототипа, так как он является наиболее близким по общим существенным признакам с заявляемым способом.
Известен радиографический комплекс из описания изобретения под названием «Способ получения радиографического изображения быстропротекающих процессов в неоднородном объекте исследования и радиографический комплекс для его осуществления» [Патент РФ №2515053, МПК G03B 42/02, опубл. 10.05.2014]. Данный комплекс содержит источник излучения, объект исследования, который расположен на оси излучения источника, систему управления, включающую линию задержки запуска источника излучения, который подключен к системе управления и к линии задержки запуска, блок инициирования быстропротекающего процесса, подключенный к системе управления и к объекту исследования, систему регистрации изображения, которая располагается на оси излучения источника за объектом исследований.
В известном радиографическом комплексе для радиографирования объекта исследования используют несколько источников излучения и соответствующих им элементов системы регистрации, которые установлены по меньшей мере в двух плоскостях с расположением их в каждой из плоскостей вокруг проекции объекта исследований на эту плоскость.
Данный радиографический комплекс позволяет существенно повысить информативность радиографии путем просвечивания объекта под разными углами в трех координатных проекциях и в разные моменты времени. К недостаткам данного комплекса можно отнести отсутствие возможности исследования стадий быстропротекающего процесса, момент достижения которых неизвестен или труднопредсказуем, в связи с отсутствием возможности регистрации начала этих стадий.
Известен радиографический комплекс из описания полезной модели под названием «Рентгеновская установка для получения изображения быстропротекающего процесса» [Патент РФ №87810, МПК G03B 42/02, опубл. 20.10.2009]. Данный комплекс содержит источник излучения, объект исследования, который расположен на оси излучения источника, систему управления, включающую линию задержки запуска источника излучения, который подключен к системе управления и к линии задержки запуска, блок инициирования быстропротекающего процесса, подключенный к системе управления и к объекту исследования, систему регистрации изображения, которая располагается на оси излучения источника за объектом исследований.
Данное изобретение направлено на повышение разрешающей способности рентгеновской установки и улучшение качества получаемых на ней изображений, что обеспечивает в пределах одного эксперимента повышение информативности исследований при регистрации объектов с существенно (более чем на 2 порядка) различающейся оптической плотностью. К недостаткам данного устройства можно отнести отсутствие возможности исследования стадий быстропротекающего процесса, момент достижения которых неизвестен или труднопредсказуем в связи с отсутствием возможности регистрации начала этих стадий.
Данный комплекс выбран в качестве прототипа, так как он является наиболее близким по общим существенным признакам с заявляемым радиографическим комплексом.
Анализ известных способов получения радиографического изображения быстропротекающего процесса и предназначенных для этого радиографических комплексов позволяет сделать вывод, что известный уровень техники не обеспечивает создания способа и реализующего этот способ радиографического комплекса, позволяющего получать радиографическое изображение в моменты протекания стадий быстропротекающего процесса, моменты достижения которых неизвестны или труднопредсказуемы.
Задачей данной группы изобретений является создание способа и рентгенографического комплекса, позволяющих получать радиографическое изображение интересующих стадий быстропротекающего процесса, момент достижения которых заранее неизвестен или труднопредсказуем.
Техническим результатом заявляемой группы изобретений является расширение функциональных возможностей радиографического комплекса и области применения способа, а также снижение материальных затрат, связанных с необходимостью повторного проведения экспериментов в случае получения радиографического изображения быстропротекающего процесса в момент времени, отличный от желаемого. Данный технический результат достигается за счет использования в конструкции комплекса датчика, позволяющего зафиксировать достижение интересующей стадии быстропротекающего процесса и осуществить пуск линии задержки запуска источника излучения, реализовав тем самым заявляемый способ получения изображения интересующей стадии быстропротекающего процесса, момент достижения которой заранее неизвестен или труднопредсказуем.
Для получения указанного технического результата в способе получения радиографического изображения быстропротекающего процесса производят юстировку объекта исследования, расчетным путем определяют значение момента времени радиографирования объекта исследования относительно начала интересующей стадии быстропротекающего процесса, вводят полученное значение в линию задержки запуска источника излучения, инициируют в объекте исследования быстропротекающий процесс, после чего осуществляют радиографирование объекта исследования источником излучения и получают изображение быстропротекающего процесса, согласно изобретению перед инициированием быстропротекающего процесса устанавливают датчик с возможностью взаимодействия с объектом исследования и линией задержки запуска источника излучения, регистрируют датчиком начало интересующей стадии быстропротекающего процесса, после чего сигналом от датчика осуществляют пуск линии задержки запуска источника излучения.
Указанный технический результат достигается тем, что радиографический комплекс содержит источник излучения, объект исследования, который расположен на оси излучения источника, систему управления, включающую линию задержки запуска источника излучения, который подключен к системе управления и к линии задержки запуска, блок инициирования быстропротекающего процесса, подключенный к системе управления и к объекту исследования, систему регистрации изображения, которая располагается на оси излучения источника за объектом исследований, согласно изобретению комплекс снабжен датчиком, который подключен к линии задержки запуска источника излучения и установлен с возможностью взаимодействия с объектом исследования после инициирования в нем быстропротекающего процесса.
Кроме того, с целью увеличения качества изображения на оси излучения источника между объектом исследования и источником установлен коллиматор.
Также с целью получения большего количества изображений быстропротекающего процесса в рамках одного эксперимента источник излучения может быть выполнен многоимпульсным.
Изобретение, заявляемое в составе группы изобретений, содержит признаки, отличающие их от наиболее близких аналогов, что позволяет считать их соответствующим условию «новизна».
Новые признаки, которые содержат отличительные части независимых пунктов формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На данном основании можно сделать вывод о соответствии изобретения условию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показана конструктивная схема радиографического комплекса.
На фиг. 2 показана конструктивная схема источника излучения.
Радиографический комплекс (фиг. 1) содержит источник излучения 1, объект исследования 2 и коллиматор 3, которые расположены на оси 4 излучения источника 1. Также в состав комплекса входит система управления 5, включающая в себя линию задержки запуска 6 источника излучения 1. Система управления 5 соединена с линией задержки запуска 6. Источник излучения 1 подключен к системе управления 5 и к линии задержки запуска 6. Кроме того, в составе комплекса имеется блок инициирования 7 быстропротекающего процесса, подключенный к системе управления 5 и к объекту исследования 2. Также комплекс содержит систему регистрации 8 изображения, которая располагается на оси 4 излучения источника за объектом исследования 2, и датчик 9, который подключен к линии задержки запуска 6 источника излучения 1 и установлен с возможностью взаимодействия с объектом исследования 2 после инициирования в нем быстропротекающего процесса. При этом, руководствуясь сведениями о конструкции объекта исследования 2, материалах его изготовления и представлениями о происходящем в нем после инициирования процессе, место установки датчика 9 в объект исследования 2 выбирают таким образом, чтобы замыкание контактов датчика 9 осуществлялось при достижении интересующей стадии быстропротекающего процесса в результате взаимодействия с элементами объекта исследования 2.
Источник излучения 1 представляет собой рентгенграфическую установку на базе бетатрона (фиг. 2) и включает в себя генератор импульсов напряжения 10 автоэмиссионный диод 11, бетатрон 12 с мишенью (не показана) и системой сброса 13 электронного пучка на мишень, а также систему питания 14 бетатрона 12. Также в качестве источника излучения могут быть использованы радиографические установки на базе других видов ускорителей, лазеров или других устройств.
Система управления 5 (фиг. 1) состоит из блоков управления, линии задержки запуска 6, пульта на базе ПЭВМ (не показан) со специализированным программным обеспечением и кабельных линий 15. Кабельные линии 15 обеспечивают соединение блоков управления между собой и с источником излучения 1, блоком инициирования 8 и линией задержки запуска 6, а также датчика 9 с линией задержки запуска 6 и блока инициирования 7 с объектом исследования 2.
Система регистрации 8 представляет собой набор фотолюминесцентных экранов с запоминанием (ФЭЗ). Также система регистрации может быть электронной (многокадровой).
Для осуществления способа получения радиографического изображения быстропротекающего процесса производят расчет значения момента времени радиографирования относительно начала интересующей стадии быстропротекающего процесса. Полученное при расчете значение вводят при помощи пульта системы управления 5 в линию задержки запуска 6 источника излучения 1, которое поступает в него посредством кабельной линии 15.
Затем датчик 9 устанавливают с возможностью взаимодействия с объектом исследования 2, для этого его монтируют в конструкцию объекта исследования 2. Далее датчик 9 соединяют при помощи кабельной линии 15 с линией задержки запуска 6 источника излучения 1.
После этого производят юстировку объекта исследования 2 таким образом, чтобы он был расположен на оси 4 излучения источника. Также на оси 4 излучения источника за объектом исследования 2 располагают систему регистрации 8.
Далее с пульта системы управления 5 осуществляют запуск эксперимента. В результате этого системой управления 5 формируются сигналы на подачу питания на систему питания 14 (фиг. 2) бетатрона 12, генератор импульсов напряжения 10 и систему сброса 13 пучка на мишень, которые передаются при помощи кабельных линий 15 на источник излучения 1. После этого система управления 5 генерирует сигнал на подачу питания на блок инициирования 7 и передает его по кабельной линии 15. Далее система управления 5 формирует сигнал на запуск блока инициирования 7 и передает его по кабельной линии 15, в результате чего блоком инициирования 7 по кабельной линии 15 осуществляется запуск быстропротекающего процесса в объекте исследования 2.
При достижении быстропротекающим процессом интересующей стадии происходит взаимодействие объекта исследования 2 с датчиком 9, в результате чего датчик 9 замыкается, формирует сигнал на запуск линии задержки 6 и передает его по кабельной линии 15.
После поступления сигнала от датчика 9 линия задержки 6 формирует сигнал на запуск источника излучения 1 и предает его по кабельной линии 15. После поступления в источник излучения 1 сигнала сначала запускается система питания 14 бетатрона 12, затем запускается генератор импульсов напряжения 10, в результате чего на автоэмиссионный диод 11 поступает высоковольтный импульс определенной формы. Далее автоэмиссионный диод 11 формирует пучок электронов, который поступает в бетатрон 12. После этого бетатрон 12 осуществляет ускорение пучка электронов.
Также после поступления сигнала от датчика 9 линия задержки 6 осуществляет отсчет временного интервала, значение которого было раннее рассчитано и введено в нее. По истечении интервала времени (времени радиографирования) линия задержки 6 формирует сигнал на запуск системы сброса 13 пучка ускоренных электронов на мишень. За счет сброса электронов на мишень при срабатывании данной системы формируется импульс излучения.
Излучение движется по оси 4 в направлении объекта исследования 2 и проходит через коллиматор 3. Затем сколлимированное излучение проходит через объект исследования 2 и проецируется на ФЭЗ системы регистрации 8, тем самым формируя изображение быстропротекающего процесса. Для получения изображения в цифровом виде осуществляют сканирование ФЭЗ системы регистрации 8 с помощью специализированного программно-аппаратного комплекса (на фиг. не показан).
Также способ может быть реализован с использованием в качестве источников излучения радиографической установки, позволяющей формировать ряд последовательных импульсов излучения. В случае применения многоимпульсного источника излучения используются системы регистрации, позволяющие получать несколько изображений, формирующихся рядом импульсов излучения.
В описанном выше варианте исполнения радиографического комплекса датчик монтируют в конструкцию объекта исследования, после чего производят юстировку объекта исследования. Однако также возможен вариант, при котором сначала производят юстировку объекта исследования, а затем устанавливают датчик вне конструкции объекта исследования, но с возможностью взаимодействия с ним.
Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- способ получения радиографического изображения быстропротекающего процесса и радиографический комплекс для его осуществления предназначены для получения изображения интересующих стадий быстропротекающего процесса, момент достижения которых заранее неизвестен или труднопредсказуем.
- для заявленного способа и радиографического комплекса в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- способ получения радиографического изображения быстропротекающего процесса и радиографический комплекс для его осуществления, воплощая заявленную группу изобретений при их осуществлении, способны расширить функциональные возможности радиографического комплекса и область применения способа, а также снизить материальные затраты, связанные с необходимостью повторного проведения экспериментов в случае получения радиографического изображения быстропротекающего процесса в момент времени, отличный от желаемого.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».