Мировая энергетика и ядерные технологии

Вращательное движение твердого тела
Машиностроительное черчение
Черчение в строительной практике
Оформление чертежа
Эффективность виброзащиты
Построить проекции поверхности
вращения общего вида
Построить проекции прямого геликоида
Построить чертеж кондуктора
Построить чертеж крышки
Построить чертеж траверсы
Построить чертеж подвески
Общие сведения по резьбам
Выполнение сборочного чертежа
Сведения о материале деталей
Нанесение размеров на
сборочном чертеже
Плоская система сходящихся сил
Сопромат, термех
Пространственная система сил
Основные понятия и аксиомы статики
Основные понятия и аксиомы динамики
Элементы кинематики
Основные понятия сопративления материалов
Механические испытания материалов
Расчет бруса круглого поперечного
Плоскопаралельное движение твердого тела
Сопротивление усталости
Инженерная графика
Машиностроение
Графические обозначения материалов
в сечениях
Винтовые поверхности и изделия с резьбой
Винтовая линия
Винтовая лента
Построение проекции винтовой поверхности
Условные изобращения резьбы на чертежах
Многозаходные винты и резьбы
Виды резьб и их обозначения
Метрическая резьба
Трубная цилиндрическая резьба
Трубная коническая резьба
Упорная резьба
Сбег резьбы, фаски, проточки
Болты
Гайки
Винт
Шурупы
Шпилька
Пружинные шайбы
Соединения деталей болтом
Соединение деталей винтами
Упрощенные и условные изображения
резьбовых соединений
Резьбовые соединения труб
Соединения деталей - разъемные
и неразъемные
Резьбовые соединения
Соединение с применением штифтов
Чертежи деталей
Графическая часть чертежа
Нанесение размеров на чертежах деталей
Конструкторские и технологические базы
3 способа несения размеров элементов
деталей
Линейные и узловые размеры
При эскизировании и составлении рабочих
чертежей деталей
Основные сведения о допусках и посадках
Шероховатость поверхностей
и обозначение покрытий
Единая система допусков и посадок
Допуски формы и расположение поверхностей
Текстовые надписи на чертежах
Обозначение материалов на чертежах деталей
Выполнение эскизов деталей
Нанесение изображений элементов детали
Выполнение рабочих чертежей деталей
Выбор главного вида и числа изображений
Чертежи детали, изготовленной литьем
Чертеж детали, изготовленный из пластмассы
Чертежи пружин
Нутромер
Штангенциркуль
Математика
Функции
Вычисление пределов
Непрерывность функций
Производные
Дифференциалы
Математический анализ
Анализ функций
Корни уравнений
Алгебра
Линии и плоскости
Поверхности
Операции с матрицами
Комплексные числа
Матрицы
Дифференцироание функций
Линейные уравнения
Электротехника
Adobe Acrobat
Adobe FrameMaker
Adobe After Effects
Типы локальных сетей
Adobe Illustrator

Ядерные реакторы

Первый ядерный уран-графитовый реактор
Основные технические характеристики РБМК
Водо-водяной реатор, ВВЭР
Реаторы третьего поколения ВВЭР-1500
Реакторы на быстрых нейтронах
Промышленные реакторы
Исследовательские ядерные реакторы
Реактор БОР-60
Многопетлевой кипящий энергетический
реактор МКЭР-800
Реактор БРЕСТ
Безопасный быстрый реактор РБЕЦ
Тепловой реактор с внутренней
безопасностью
Энергетическая установка ГТ-МГР
Корпусной реактор ПРБЭР-600
ВВЭР-640 (В-407)
АРГУС

Физика

Электрическое поле
Решение задач по физике примеры
Строение и общие свойства атомных ядер
Модели атомных ядер
Ядерные реакции
Ядерная физика
Законы радиоактивного распада
Взаимодействие нейтронов с ядрами
Деление и синтез ядер
Квантовая механика
Спин, момент импульса
Атом водорода Принцип Паули

Информатика

Принципы функционирования глобальных
и локальных сетей
Информационно-вычислительные сети
Электротехника
Расчёт электрического поля
Расчёт магнитной цепи
Законы Кирхгофа
Расчёт электрических цепей
Расчёт трёхфазных цепей
Промышленная электроника
Трехфазные электрические цепи
Примеры выполнения курсовой работы по электротехнике
Методика расчёта линейных электрических цепей
Электротехника лекции
Элементы электрических цепей
Топология электрических цепей.
Переменный ток
Векторные диаграммы
Методы контурных токов и узловых потенциалов.
Основы матричных методов расчета электрических цепей
Мощность в электрических цепях
Резонансные явления
Векторные и топографические диаграммы
Анализ цепей с индуктивно связанными элементами.
Особенности составления матричных уравнений
Метод эквивалентного генератора

Разработанные системы с КА, их детекторы и параметры

Глава содержит описание разработанных систем, используемых в них детекторов и масок, описание лабораторных измерений и полученных характеристик приборов. В четырех камерах используется сцинтилляционный ПЧД. Регистрация излучения происходит в сцинтилляционном диске. Чувствительность и пространственное разрешение определяются толщиной сцинтиллятора. Эти величины были оптимизированы при разработке пинхольных камер. Свет, образующийся в сцинтилляторе при поглощении -излучения, собирается в ЭОП и усиливается в нем. Усиленный световой сигнал с электронно-оптического преобразователя (ЭОПа) считывается цифровой ПЗС- камерой.

Такой сцинтилляционный детектор сравнительно дешев и имеет достаточную чувствительность. В рассмотренных камерах он был реализован с использованием разных типов перечисленных компонентов. Некоторые системы на основе сцинтилляционных детекторов имели также пинхольную апертуру, и поэтому для этих систем проводилось сравнение получаемых характеристик для обоих типов апертур.

Раздел 2.1 посвящен описанию камеры КИ – САИК, разработанной в рамках программы по технологиям мониторинга, проводимой в России под наблюдением фирмы САИК, США. Камера является единым измерительным блоком (рис.5), который соединен кабелем с управляющим компьютером. Измерительный блок включает измерительную головку, блок электроники, заслонку и портативную цветную видеокамеру. Заслонка и видеокамера вынесены в отдельный ящик, расположенный перед маской. Заслонка, открывающая и закрывающая маску, представляет собой свинцовый цилиндр (диаметр 90 мм, толщина 27 мм). На заслонке смонтирована видеокамера. Блок электроники включает электронику ПЗС-камеры, электронику видеокамеры, высоковольтный блок питания ЭОПов, управление этим блоком, интерфейсные платы для связи отдельных плат электроники между собой и с компьютером. Электроника помещена в отдельный ящик, который одновременно служит подставкой для измерительной головки и заслонки. Суммарный вес измерительного блока составляет 67 кг, вес измерительной головки - 55 кг.

Измерительная головка включает комбинированный детектор сцинтиллятор + ЭОП + ПЗС, свинцовую защиту и кодирующую маску (рис. 6). Толщина боковой защиты составляет от 20 до 25 мм.

Детектор включает в себя сцинтиллятор, два электронно-оптических преобразователя и ПЗС-матрицу. Электронно-оптические преобразователи помимо усиления обеспечивают масштабирование (4.5 : 1) изображения между сцинтиллятором и ПЗС. Используется низкошумящая ПЗС-матрица с Пельтье-охлаждением.

Получение достоверной теневой картины является необходимым условием корректного восстановления исходного -изображения. Главной причиной отличия регистрируемой теневой картины от реального распределения интенсивности -излучения в плоскости детектора является неоднородность чувствительности детектора по его площади.

Эксперименты показали, что отсутствие учета неоднородности чувствительности детектора радикальным образом влияет на качество восстанавливаемых -изображений. Большая неоднородность чувствительности этого ПЧ-детектора может привести даже к полной потере формы визуализируемого объекта. Так, изображение кольцевого источника рис. 7 (1) восстановлено декодированием теневой картины, непосредственно зарегистрированной в эксперименте. Можно видеть, что идентифицировать форму объекта при этом не удается. Изображение на рис. 7(2) восстановлено с учетом неоднородности чувствительности детектора по той же самой теневой картины. Сравнение этих изображений позволяет сделать заключение о важности получения максимально достоверных теневых картин при использовании метода кодирующих апертур. В камере-обскуре неоднородность чувствительности детектора не влияет на получаемые изображения столь радикальным образом.

Предварительно теневые картины обрабатываются временным медианным фильтром, который устраняет следы прямого взаимодействия -квантов с ПЗС-матрицей. Разработан новый итерационный декодирующий алгоритм для уменьшения шума в восстанавливаемом изображении. Еще один декодирующий алгоритм (описан в главе 3) позволяет существенно улучшить угловое разрешение прибора без потери его чувствительности. Изображение 4 на рис. 7 восстановлено с применением данного декодирующего алгоритма. При его получении использовались три независимых

 

Рис. 8. Изображение небольшого распределенного источника Am-241 в –микроскопе

разбиения теневой картины. Видно значительное улучшение качества изображения за счет улучшения углового разрешения прибора по сравнению с изображением на рис. 7 (3), восстановленным с использованием одного разбиения. В настоящее время количество разбиений увеличено до нескольких десятков.

На основе камеры КИ-САИК была сделана система «-микроскоп», реализующая возможность получения изображений мелких -источников. Для этого используется сцинтилляционный детектор и маска типа MURA 11-ого ранга из танталовой фольги толщиной 0,5 мм с малым размером элементов. Шаг структуры маски 0,5 мм, диаметр отверстий - 0,37 мм. Расстояние маска ‑ детектор в несколько раз больше расстояния маска‑объект, при этом получается увеличенное изображение источника. На рис. 8 приведено изображение источника Am-241. Круглая вставка ‑ тот же объект, снятый в другом положении. Видно, что структура объекта хорошо воспроизводится. При оптимизации толщины детектора гамма-микроскоп с кодирующей апертурой позволяет быстро получать изображения источников с пространственным решением 300 микрон.

В разделе 2.2 описана камера с КА на основе сцинтилляционного позиционно-чувствительного детектора КАРТОГАМ. По сравнению с другими пинхольными камерами камера КАРТОГАМ очень компактна: диаметр – 8 см, длина 40 см, а вес ~ 17 кг. Детектор состоит из сцинтиллятора CsI(Tl) (толщина 4 мм, диаметр примерно 35 мм), усилителя изображения – ЭОПа на основе МКП и ПЗС камеры для считывания изображения. В базовой конфигурации используются двухконусные коллиматоры из вольфрама с полем зрения 30° и 50°. Особенностью камеры является получение видео изображения через отверстие пинхольного коллиматора с помощью той же ПЗС матрицы, которая используется для считывания света сцинтиллятора. Таким образом, сохраняется малый поперечный размер камеры. При этом полностью исключается параллакс в получаемых оптическом и -изображениях, но возникает значительное неудобство в работе с камерой. При использовании КА оптическое изображение получается внешней видеокамерой.

Были разработаны и изготовлены с помощью электроэрозионной резки 3 маски из сплава вольфрама. Маски основаны на шестиугольном URA узоре (рис. 10). Их особенности – малый размер и точная шестиугольная форма отверстий. Открытая область центрального узора имеет площадь примерно 1.9 см2.

В лабораторных экспериментах были измерены зависимость чувствительности по полю зрения (уменьшается всего на 30% от центра к периферии) и угловое разрешение. Угловое разрешение слабо меняется от энергии излучения источника. Для пинхольного коллиматора это изменение более значительно, и разрешение для Co-60 примерно в 1,5 раза хуже, чем Cs-137 (таблица 1).

Интересная особенность масок типа hURA состоит в том, что маска превращается в свою противоположность – антимаску при повороте на 60°. Если вычесть два теневых изображения, одно сделанное для маски в основном положении, а другое - в положении антимаски, то фон (часть сигнала, который не промодулирована маской) будет устранен.

Таблица 1. Разрешение камеры с разными масками для источников Cs-137 и Co-60 (пиксели и градусы), определяемое как FWHM пика в изображении источника.

Cs-137

Co-60

пиксели

град

пиксели

Град

Ранг 6

 66±5

3

64±5

 3

Ранг 9

 49±3

2,2

60±8

 2,6

Пинхол 30 0

2,3

3,2

Пинхол 50 0

4,6

6,7

Для проверки этого свойства был проведен эксперимент: источник Cs-137 поместили на расстоянии 7 м от камеры в поле ее зрения, а источник Co-60 - сбоку от камеры для создания высокого фона, как показано на рис. 11. Восстановленные изображения, полученные без поворота маски и с применением процедуры поворота, показаны на рис. 12. В последнем случае наблюдается значительное уменьшение уровня фона, так как контраст возрастает с 83 % до 98 %, а увеличение отношения сигнал - шум составляет от 6.9 до 28.1 для того же самого полного времени экспозиции.

Процедура маска-антимаска позволяет также: 1) снизить влияние фоновых подсветок видимым излучением в детекторе (они возможны в случае Картогам), 2) устранить влияние неидеальности маски, имеющей конечную толщину, приводящее к разному изменению прозрачности открытых элементов маски (в зависимости от окружения данного элемента – прозрачные или непрозрачные элементы) при смещении источника от оси системы. Второй эффект уменьшается для масок с отверстиями, имеющими диаметр отверстий меньший чем шаг узора маски.

Были оценен предел чувствительности камеры с кодирующей апертурой. Источник Cs-137 был размещен на расстоянии от 20 м камеры. Мощность дозы в местоположении камеры была 120 нГр/ч. Рис. 22 демонстрирует, что при этой мощности дозы источник детектируется через десять минут.

В разделе 2.3 описана камера КИ-НУКЕМ. Ее разработка является продолжением совместных работ по системам получения -изображений для использования при обращении с РАО. Первая камера имела пинхольный коллиматор и детектор, аналогичный системе КИ-САИК с двумя ЭОПами с электростатическим усилением и электронной оптикой. Камера имела встроенный компьютер с сенсорным экраном. Камера с КА имеет тот же детектор. Используется маска из сплава вольфрама с гексагональным узором типа URA 9 ранга, толщина маски 6 мм, шаг узора маски 2,3 мм, диаметр отверстий 1,9 мм. Особенностями конструкции камеры являются встроенный компьютер, управляющий всеми системами камеры и связанный по локальной сети (проводной или беспроводной) с удаленным компьютером оператора, и механизм для поворота маски, управляемый встроенным компьютером. Камера разработана и используется для проведения картирования -загрязнения в условиях высокого и низкого радиационного фона и для характеризации радиоактивных отходов. 

Схема измерительного блока и детектора камеры приведена на рис. 15. Детектор камеры включает охлаждаемую ПСЗ-матрицу и два электростатических ЭОПа. Фотография камеры со стороны маски (рис 15, справа) показывает расположение механизма поворота маски и оптической USB камеры. Камера имеет следующие параметры: диапазон энергии 60 – 1500 кэВ, FoV -изображения ~ 30o, угловое разрешение для Cs-137 ~ 1.8o, чувствительность 0.02 мкГр для Cs-137. Вес измерительного блока примерно 30 кг.

 

Рис. 15 Схема камеры (слева): 1 ‑ вставка и 2 ‑ ПХ коллиматор; 3‑ USB видео камера; 4‑сцинтилляционный диск; 5 и 6 ‑ ЭОПы; 7‑ ПЗС камера; 8‑ электронные платы; 9‑ блок питания; 10‑ одноплатный компьютер; 11‑ экран; 12 ‑ корпус и устройство механизма поворота маски и оптической USB камеры (справа).

В разделе 2.4 представлена камера КИ-МКП, разработанная для проведения измерений остаточного -загрязнения при реабилитационных работах в РНЦ КИ. Эта камера со сцинтилляционным детектором, использующим ЭОП с МКП усилением света. Для проведения работ по -картирования в условиях высокого фона старый ЭОП детектора камеры заменен на современный ЭОП BV 2584 фирмы Прокситроник (Германия) с входным окном диаметром 25 мм, а вместо пинхольнного коллиматора в новой версии камеры используется маска из тантала 9 ранга (толщина ‑ 4 мм, шаг узора маски ‑ 1,9 мм, диаметр отверстий – 1,7 мм). Камера используется для проведения картирования в условиях высокого и неоднородного радиационного фона.

Сравнение чувствительности различных систем со сцинтилляционными детекторами, выраженной в виде экспозиционной дозы, необходимой для обнаружения точечного источника Cs-137 (изображение источника с ОСШ @5), приведено в таблице 2.

Таблица 2. Сравнение чувствительности систем с КА на основе сцинтилляционных детекторов.

 Cs-137

Чувствительность мкГр( =100мкР)

A, Бк

L, м

МЭД, мкГр/ч;

t, мин

КИ-SAIC

0.015

1×108

10

0.08; 11

КИ-NUKEM

0.005

0.02

1.1×109

7×104

10

0,3

0.9; 0,3

0.04; 30

КАРТОГАМ - КА

0.004

6×108

20

0.12; 2

КИ-МКП

0.007

5×106

2

0.09; 5

Раздел 2.5 посвящен разработке систем с полупроводниковым ПЧД с платой Medipix2. Электронная плата Medipix2 для считывания сигналов полупроводниковых ПЧД была разработана коллаборацией Medipix2 [3] в ЦЕРНе. Она основана на многопиксельной ASIC (application-specific integrated circuit) и включает 256 х 256 ячеек (пикселей). Каждый пиксель имеет размер 55х55 мкм2 и содержит: зарядо-чувствительный предусилитель с формирователем импульса, уставки двух порогов и 13-битовый оцифровщик. Чип подходит для детекторов из различных материалов (Si, GaAs, Cd(Zn)Te и др.), так как он может работать как в «электронном», так и «дырочном» режиме регистрации. Плата Medipix2 превращается в ПЧД при стыковке с полупроводниковой пластиной, которая предварительно обрабатывается для получения пиксельной структуры ‑ на каждый пиксель специальным припоем наносится выступ для контакта с электродами чипа.

 

Рис. 16. Маска hURA 13-го ранга, схема ее базового узора и увеличенное изображение небольшой области шестиугольного узора.

 

Рис. 17. Изображение источника Am-241 активностью 74МВк. Расстояние ‑ 1 м, МЭД ‑ 200 нГр/час, экспозиция ‑10 минут

Гамма-изображения с кодирующими апертурами были получены с использованием CdTe детектора толщиной 1 мм и Si детектора толщиной 0,3 мм. Для экспериментов была изготовлена маска hURA 13-го ранга (рис 2.29.). Толщина маски 0,5 мм, средний диметр отверстий 0,32 мм (имеется незначительная конусность), шаг структуры узора 0,5 мм. Размер базового узора 12 мм. Были проведены опыты с Si детектором толщиной 0,7 мм и источником Am-241.

 Полученные изображения точечных источников показывают эффективность применения кодирующих апертур даже при большой прозрачности теневых элементов масок. Изображение источника Am-241 приведено на рис 17.

Последние версии чипа Medipix2 имеют USB интерфейс с компьютером. С использованием такой платы была создана портативная сверхлегкая -камера со следующими характеристиками: поле зрения 33о, угловое разрешение 1,5о, чувствительность для Am-241 0,02 мкГр (Si 0,7 мм), для Cs-137 0,2 мкГр (CdTe 1 мм). Вес 265 г.