Источник излучения радиационного дефектоскопа

Источник излучения радиационного дефектоскопа относится к области ускорительной техники и может быть использован для неразрушающего контроля материалов и изделий. Цель предложенного решения - повышение производительности дефектоскопических работ, улучшение условий труда оператора дефектоскопа, повышение надежности и безопасности при работе источника. Источник содержит излучатель 1, блок питания 2 и пульт управления 3, соединенные при работе кабелями связи 5, 6, 7, 8, 10. Излучатель 1 имеет электромагнит с магнитопроводом 13, полюсами 14. центральными вкладышами 15, намагничивающей обмоткой 16, обмоткой обратной связи 17. В межполюсном зазоре установлена ускорительная камера 18 с инжектором 19, мишенью 20 и высоковольтным блоком 21. Источник излучения снабжен генераторами импульсов инжекции 22, контрактора 23, смещения 24 и схемами запуска 50, 51, 52 этих генераторов. Блок питания 2 содержит выпрямитель 25 с батареей фильтровых конденсаторов 49 и системой защиты, генератор тока 26 для питания обмотки 16 и устройство ввода энергии 27. Источник снабжен встроенным 11 и выносным 9 дозиметрами. Пульт управления 3 имеет дисплей 44 и клавиатуру 45 для индикации и набора параметров излучения. В установке имеется источник вспомогательных питающих напряжений 36 со стабилизатором напряжения накала катода инжектора 19, синхронизатор 37 и контроллер 38. Устройства 36, 37, 38 образуют модуль управления 32. Они установлены в металлическом кожухе 33 с возможностью доступа к регулировочным устройствам 34 и гнездам 35 для контроля сигналов. Модуль 32 снабжен микроконтроллером 40, второй микроконтроллер 39 установлен в пульте 3. Контроллеры 39 и 40 имеют модули 41, 42 цифровой связи друг с другом и наборы согласующих электронных модулей 43. В памяти микроконтроллеров 39 и 40 записаны программы, обеспечивающие включение и выключение источника излучения, измерение параметров излучения, управление устройствами регулирования и стабилизации энергии ускоренных электронов, поиска максимально-возможного значения мощности дозы излучения, регулирования этой мощности, запланированного отключения, экстренного отключения источника при перегреве блоков, индикации соответствующих сообщений на дисплее пульта управления. Источник снабжен датчиками 46, 53 обеспечивающими получение информации о состоянии блоков, а так же двумя замковыми включателями 47, 48. образующими двухступенчатую систему защиты от несанкционированного включения. 2 ил.

Полезная модель относится к источникам рентгеновского излучения на основе бетатрона и может быть использована для неразрушающего контроля материалов и изделий в составе радиационного дефектоскопа.

Известны источники излучения радиационного дефектоскопа, созданные на основе индукционного ускорителя заряженных частиц - бетатрона, содержащие излучатель (радиационную головку), блок питания, пульт управления и кабели, соединяющие эти блоки [1; 2, с.90-99, 3, с.113-124].

В корпусе излучателя расположены электромагнит, ускорительная камера с высоковольтным блоком, вентиляторы [1, 2, 3]. Электромагнит имеет намагничивающую обмотку, обратный магнитопровод, полюса с центральными вкладышами, обмотку обратной связи. Излучатель предназначен для ускорения заряженных частиц и получения тормозного излучения.

Блок питания предназначен для преобразования напряжения сети в импульсное напряжение с необходимыми параметрами. Обычно он содержит выпрямитель с батареей фильтровых конденсаторов, генератор тока для питания электромагнита и устройство ввода энергии. Устройство ввода энергии компенсирует потери в электромагните, элементах блока питания и в кабеле, соединяющим блок питания и излучатель.

Пульт управления осуществляет синхронизацию и управление работой всех схем и систем источника излучения. Кабели осуществляют связь между тремя указанными блоками. Они выполняют следующие функции:

- сетевой кабель осуществляет подачу напряжения сети на блок питания;

- силовой кабель соединяет блок питания с излучателем и осуществляет подачу импульсов тока на намагничивающую обмотку электромагнита;

- кабели управления, один из которых соединяет блок питания с излучателем, а второй блок питания с пультом управления. Длина последнего обычно не менее 25 м по условиям безопасной работы. При работе установки в нестационарных (полевых) условиях длина этого кабеля может достигать 100 м и более.

Для нормальной работы источника излучения радиационного дефектоскопа, в основе которого лежит бетатрон, необходимы генераторы импульсов инжекции, контрактора и смещения ускоренных электронов на мишень. Указанные генераторы располагаются в корпусе излучателя.

Генератор импульсов инжекции предназначен для подачи в начале цикла ускорения импульса напряжения на высоковольтный блок, установленный в излучателе. Последний формирует высоковольтное импульсное напряжение (несколько десятков киловольт), которое поступает на инжектор ускорительной камеры. Инжекция электронов должна происходить в начале цикла ускорения при строго определенной величине переменного магнитного поля, иначе электроны не могут быть захвачены в ускорение.

Генератор импульсов контрактора формирует импульс тока, который поступает на обмотки контрактора, расположенные на профилированных поверхностях полюсов. Контрактор позволяет увеличить число частиц, захватываемых в режим ускорения. Импульс тока контрактора длительностью несколько микросекунд должен быть строго сфазирован с моментом подачи на инжектор высокого напряжения. В противном случае контрактор может не увеличивать, а уменьшать число захваченных в ускорение электронов, вплоть до полного их исчезновения.

Генератор импульсов смещения формирует импульс тока, который поступает на обмотки смещения. Эти обмотки располагаются на профилированных поверхностях полюсов. Генератор импульсов смещения работает в конце каждого цикла ускорения. При протекании импульсов тока по обмоткам смещения изменяется индукция магнитного поля в межполюсном зазоре, вследствие чего ускоренные электроны попадают на мишень. В результате взаимодействия ускоренных электронов с мишенью образуется рентгеновское излучение высокой энергии (тормозное излучение), которое используется полезным образом для различных целей, в данном случае, для неразрушающего контроля материалов и изделий. Изменяя момент смещения, т.е. регулируя длительность ускорения, можно менять энергию ускоренных электронов. Максимальную энергию электроны будут иметь в момент, когда магнитное поле достигнет максимума. Оставлять дальше электроны на орбите не имеет смысла, так как их энергия начинает уменьшаться.

Недостатки известных конструкций таких источников излучения:

- относительно низкая стабильность параметров импульсов тормозного излучения;

- невозможность менять энергию ускоренных электронов по заданной программе;

- недостаточная защищенность установок от перегрева, перенапряжений, токовых перегрузок;

- низкая помехозащищенность;

- достаточно большие габариты и масса пульта управления;

- достаточно большая масса и стоимость кабеля, соединяющего пульт управления с блоком питания.

Наиболее близким техническим решением является источник излучения на основе малогабаритного бетатрона МИБ-6-200 [4], созданный путем модернизации установки типа ПМБ-6 [3, с.151 рис98], В процессе модернизации частота следования импульсов излучения была повышена с 50 до 200 Гц, при соответствующем увеличении мощности дозы излучения.

МИБ-6-200 содержит излучатель, блок питания, пульт управления, встроенный и выносной дозиметр, кабели, соединяющие блоки. Масса блоков составляет: излучатель - 97 кг, блок питания - 80 кг, пульт управления - 12 кг.

Излучатель состоит из электромагнита, имеющего намагничивающую обмотку, обратный магнитопровод, полюса с центральными вкладышами. Полюса образуют межполюсный зазор, в котором установлена вакуумная ускорительная камера с инжектором, мишенью и высоковольтным блоком. Излучатель также содержит генератор импульсов инжекции, контрактора и смещения ускоренных электронов на мишень со схемами запуска этих генераторов. В установке - прототипе эти генераторы крепятся ко дну нижней половины корпуса излучателя и закрыты поддоном.

Блок питания содержит выпрямитель с батареей фильтровых конденсаторов и системой защиты, генератор тока для питания электромагнита, имеющий накопительную конденсаторную батарею и полупроводниковые коммутаторы, а также устройство ввода энергии, выполненное в виде тиристора ввода и схемы его включения.

Пульт управления имеет корпус с разъемом для подключения кабеля управления, органы индикации и управления и модуль управления. В установке - прототипе к органам управления относятся тумблеры, ручки потенциометров, с помощью которых осуществляется регулировка моментов включения инжекции (фаза инжекции), контрактора (фаза контрактора) и смещения ускоренных электронов на мишень. К органам индикации относятся приборы (в прототипе стрелочные) которые показывают значения энергии ускоренных электронов, мощность дозы и дозу излучения. В состав модуля управления входят: источник вспомогательных питающих напряжений со стабилизатором напряжения накала катода инжектора ускорительной камеры, устройство синхронизации (устройства задержки и формирования запускающих импульсов) и контроллер, включающий вспомогательные электронные схемы, с помощью которых оператор осуществляет управление установкой.

Функции кабелей, осуществляющих соединение между блоками, такие же как и в установках аналогах.

Управление установкой - прототипом осуществляется вручную оператором с помощью контрольно-измерительных приборов и электронных схем, размещенных в пульте управления. Так как излучение источника сильно зависит от напряжения питающей сети и температуры, то оператор вынужден постоянно следить за мощностью дозы излучения и с помощью органов управления непрерывно подстраивать максимум этой мощности. Кабель управления имеет много жил, так как запускающие импульсы для всех функциональных узлов источника и информационные сигналы передаются каждый по своему отдельному проводу кабеля.

Установка - прототип снабжена встроенным и выносным дозиметрами [5]. Каждый из этих дозиметров имеет ионизационную камеру и усилитель тока. Ионизационная камера встроенного дозиметра установлена в окне для выхода излучения, которое выполнено в корпусе излучателя. Ионизационная камера выносного дозиметра устанавливается за контролируемым изделием и соединяется кабелем с блоком питания, а затем и с пультом управления. Выносной дозиметр необходим для повышения производительности и качества контроля материалов и изделий.

Основные недостатки установки - прототипа заключаются в следующем:

- недостаточная стабильность параметров импульсов тормозного излучения, особенно от импульса к импульсу. Стабильность параметров импульсов тормозного излучения особенно важна для источников излучения на основе бетатронных установок, применяемых в досмотровых и томографических системах [6];

- невозможность менять энергию ускоренных электронов по заданной программе в процессе контроля объекта;

- недостаточная защищенность установки от перегрева, токовых перегрузок, перенапряжений;

- габариты и масса пульта управления установки типа МИБ-6-200 оказываются достаточно большими вследствие размещения в нем источника питающих напряжений, стабилизатора напряжения накала катода инжектора ускорительной камеры и модуля управления с устройством синхронизации работы установки. Достаточно большие габариты и масса пульта управления затрудняют применение установки в полевых условиях;

- относительно высокая стоимость кабеля управления, соединяющего пульт управления с блоком питания. Этот кабель имеет 20 жил, все жилы для снижения помех экранированы. Масса и стоимость этого кабеля так же увеличивается с ростом его длины.

Цель предлагаемой полезной модели:

- повышение производительности дефектоскопических работ посредством снижения числа «пробных снимков» и улучшение условий труда оператора радиационного дефектоскопа посредством применения микропроцессорного управления источником;

- повышение стабильности параметров импульсов тормозного излучения, в том числе и от импульса к импульсу и, вследствие этого, повышение качества процесса контроля материалов и изделий;

- обеспечение возможности изменения энергии ускоренных электронов по заданной программе в процессе контроля объекта;

- повышение надежности и помехозащищенности установки и условий безопасности при ее работе;

- снижение габаритов и массы пульта управления;

- снижение массы и стоимости кабеля, соединяющего пульт управления с блоком питания, посредством исключения жил, находящихся при достаточно высоких напряжениях (100, 220/380, ) и снижения числа жил в кабеле.

Поставленная цель достигается тем, что источник излучения радиационного дефектоскопа содержащий:

- излучатель, имеющий электромагнит с магнитопроводом, полюсами, центральными вкладышами, намагничивающей обмоткой и обмоткой обратной связи, ускорительную камеру с инжектором, мишенью и высоковольтным блоком, генераторы импульсов инжекции, контрактора, смещения ускоренных электронов на мишень и схемы запуска этих генераторов;

- блок питания, включающий выпрямитель с батареей фильтровых конденсаторов и системой защиты, генератор тока для питания электромагнита, состоящий из накопительной конденсаторной батареи, полупроводниковых коммутаторов и устройства ввода энергии, имеющего тиристор ввода и схему его включения;

встроенный и выносной дозиметры, имеющие каждый ионизационную камеру и усилитель тока;

- пульт управления, включающий органы индикации и управления;

- модуль управления в составе источника вспомогательных питающих напряжений со стабилизатором напряжения накала катода инжектора ускорительной камеры, устройства синхронизации и контроллера;

- кабели, соединяющие блоки между собой и с сетью;

отличающийся тем, что он снабжен:

- двумя связанными друг с другом интерфейсом цифровой связи микроконтроллерами с набором согласующих модулей, один микроконтроллер установлен в пульте управления, второй в модуле управления, который размещен в металлическом экранированном кожухе, установленном в блоке питания с возможностью доступа к регулировочным устройствам и гнездам для контроля сигналов, а выходы согласующих модулей соединены со входами схем запуска генераторов импульсов инжекции, контрактора, смещения и тиристора ввода энергии;

- датчиками, обеспечивающими получение информации о состоянии блоков;

- двумя замковыми выключателями, один из которых установлен в блоке питания, второй на лицевой панели пульта управления, так что обеспечивается двухступенчатая система защиты от несанкционированного включения источника;

- программным обеспечением, записанным в память микроконтроллеров и выполняющим следующие функции:

- формирование сигнала запрета на включение источника при отсутствии блокировки;

- включение источника;

- измерение его параметров;

- управление устройствами регулирования и стабилизации энергии ускоренных электронов;

- регулирования мощности дозы излучения;

- поиска максимально-возможного значения мощности дозы излучения;

- незапланированного отключения источника при отсутствии внешней блокировки, вспомогательных питающих напряжений, токовых перегрузках, перенапряжении на намагничивающей обмотке, перегреве блоков;

- запланированного отключения по истечении заданного времени просвечивания или при наборе дозиметрами заданных доз;

- индикации соответствующих сообщений на дисплее пульта управления.

Схема предлагаемого источника излучения радиационного дефектоскопа представлена на фигурах 1 и 2:

фиг.1 - схема размещения устройств, модулей в излучателе, блоке питания и пульте управления;

фиг.2 - схема размещения устройств и модулей в металлическом кожухе.

Предлагаемый источник содержит излучатель 1, блок питания 2, пульт управления 3, выносную ионизационную камеру 4, кабель 5, соединяющий блок питания 2 с излучателем 1 (силовой кабель), кабель управления 6, соединяющий излучатель 1 с блоком питания 2, кабель управления 7, соединяющий пульт 3 с блоком питания 2, кабель 8, соединяющий ионизационную камеру 4 выносного дозиметра 9 с блоком питания 2 и сетевой кабель 10. Предлагаемая установка снабжена также встроенным дозиметром 11, ионизационная камера 12 которого установлена в излучателе 1, в окне для вывода излучения.

Излучатель 1 содержит электромагнит с магнитопроводом 13, полюсами 14, центральными вкладышами 15, намагничивающей обмоткой 16 и обмоткой обратной связи 17. Полюса образуют межполюсный зазор, в котором установлена ускорительная камера 18 с инжектором 19, мишенью 20 и высоковольтным блоком 21. Ускорительная камера 18 с высоковольтным блоком 21 выполнена в виде устройства, неразборного в процессе эксплуатации.

В излучателе размещены генераторы 22, 23, 24 импульсов инжекции, контрактора и смещения ускоренных электронов на мишень 20.

Блок питания 2 имеет выпрямитель 25 с батареей фильтровых конденсаторов 49 и системой защиты, генератор тока 26 для питания электромагнита и устройство 27 ввода энергии в генератор 26. Генератор 26 имеет накопительную конденсаторную батарею 28 и полупроводниковые коммутаторы 29 (тиристоры или транзисторы). Устройство 27 необходимо для компенсации потерь энергии при работе установки. Это устройство 27 обычно содержит тиристор 30 ввода энергии и схему 31 его запуска (включения).

В заявляемом источнике излучения модуль управления 32 размещен в металлическом кожухе 33, который установлен в блоке питания 2 так, что имеется доступ к регулировочным устройством 34 и гнездам 35 для контроля сигналов. Модуль управления 32 содержит источник вспомогательных питающих напряжений 36 со стабилизатором напряжения накала катода инжектора 19 ускорительной камеры 18, устройство синхронизации 37 (устройства задержки и формирования запускающих импульсов) и контроллер 38.

Заметим, что модуль управления 32 в установке - прототипе был размещен в пульте управления 3.

Заявляемый источник излучения снабжен двумя микроконтроллерами 39, 40, связанными друг с другом интерфейсом 41, 42. Микроконтроллеры снабжены набором внешних электронных модулей 43. Один микроконтроллер 39 установлен в пульте управления 3, второй 40 в модуле управления 32 блока питания 2. В качестве пультового контроллера 39 можно использовать, например, контроллер типа AT mega 32. В качестве микроконтроллера 40, устанавливаемого в блоке питания 2, можно использовать контроллер типа 68HC908MR32. Этот контроллер удобен тем, что в своем составе имеет оперативную память (RAM), постоянную память (ROM), аналого-цифровой преобразователь (AD-converter), цифроаналоговый преобразователь (RW-modulator), внутрисистемный программатор (In-circuit programmatic). В качестве интерфейса 41 и 42 можно использовать интерфейсы RS-232, RS-422, RS-485 или любые другие, обеспечивающие надежную цифровую связь между пультом управления 3 и блоком питания 2 на достаточно больших расстояниях.

К согласующим электронным модулям 43 относятся энергонезависимая память (н-р RTC-DS 1305), если она необходима, операционные усилители, пассивные RC фильтры, масштабные усилители и т.д.

В пульте управления 3 установлены дисплей 44 (орган индикации) и клавиатура 45 (орган управления), с помощью которой задаются требуемые параметры работы источника излучения.

В памяти указанных микроконтроллеров 39, 40, записаны программы включения и отключения установки, измерения параметров источника и параметров генерируемого излучения, управления устройствами регулирования и стабилизации энергии ускоренных электронов, регулирования мощности дозы излучения, поиска ее максимально-возможного значения и программы индикации соответствующих сообщений на дисплее 44 пульта управления 3.

Программа включения и отключения источника излучения составлена так, что микроконтроллеры 39, 40 с помощью набора электронных модулей 43 обеспечивают запланированное отключение установки в следующих случаях: по истечении заданного времени облучения или при наборе дозиметрами 9 или 11 заданных доз. Микроконтроллеры 39, 40 обеспечивают так же формирование сигнала запрета на включение установки или сигнала на ее отключение при отсутствии внешней блокировки (блокировки дверей рабочего помещения), вспомогательных питающих напряжений, поступающих от источника 36, при токовых перегрузках в намагничивающей обмотке 16, элементах генератора импульсов питания электромагнита, при перенапряжении на обмотке 16, а также при перегреве наиболее нагруженных узлов и блоков установки. В последнем случае в наиболее нагруженных элементах электромагнита и генератора импульсов тока 26 установлены термодатчики 46. Количество термодатчиков определяется для каждой конкретной установки в зависимости от максимальной энергии ускоренных электронов, на которую она рассчитана. Программы включения и отключения установки необходимы для предотвращения аварийных ситуаций и повышения надежности ее работы. Заявляемый источник излучения для обеспечения безопасной работы, особенно в полевых условиях, снабжается двухступенчатой системой защиты от несанкционированного включения, путем установки двух замковых выключателей 47, 48. Один выключатель 47 установлен в блоке питания 2, второй 48 на лицевой панели пульта управления 3.

В настоящее время повышенные требования потребители источников излучения предъявляют к стабильности параметров импульсов тормозного излучения. Стабильность этих параметров зависит, прежде всего, от стабильности энергии ускоренных электронов. Последняя достигается посредством стабилизации амплитудного значения тока, протекающего по намагничивающей обмотке 16 электромагнита. Поэтому, заявляемый источник излучения снабжен устройством стабилизации энергии ускоренных электронов, которое выполнено в виде батареи фильтровых конденсаторов 49, тиристора ввода энергии 30 со схемой 31 запуска этого тиристора. Схемой 31 управляет микроконтроллер, расположенный в блоке питания 2, согласно записанной программе стабилизации энергии. Соответствующий сигнал с микроконтроллера поступает на согласующий модуль, выход которого подключен ко входу схемы 31.

В процессе эксплуатации источников излучения достаточно часто необходимо менять значение энергии ускоренных электронов, а иногда и по заданной программе. Для этого предлагаемая установка снабжена устройством регулирования энергии ускоренных электронов в соответствии с предусмотренной программой, записанной в память микроконтроллеров. Операция регулирования энергии ускоренных электронов осуществляется посредством изменения момента смещения этих электронов на мишень 20. Для этого вход схемы запуска 50 генератора импульсов смещения 24 подключен к соответствующему выходу дополнительного электронного модуля. Время запуска генератора смещения 24 определяет микроконтроллер. В простейшем случае энергия ускоренных электронов может регулироваться в пределах от ~0,2 Е_max до Е_max с определенным шагом.

Производительность контроля материалов или изделий зависит от мощности дозы тормозного излучения и ее стабильности во времени. Заявляемый источник излучения снабжен устройством поиска максимально возможной дозы излучения. Для этого в память микроконтроллеров записывается программа поиска максимально возможного значения мощности дозы излучения. Сам поиск осуществляется изменением моментов запуска генератора напряжения инжекции 22 и генератора тока контрактора 23, которые снабжены соответственно схемой запуска 51 и 52. Изменение моментов запуска (задержки) генераторов 22, 23 (а ранее генератора 24) осуществляется относительно начала импульса тока в намагничивающей обмотке 16. При этом входы указанных схем 51 и 52 подключены к соответствующим выходам дополнительных электронных модулей 43. Это же устройство осуществляет регулирование мощности дозы тормозного излучения в процессе работы установки, если ее значение, задаваемой оператором, меньше максимально-возможного.

С помощью модуля управления 32 и соответствующей программы, записанной в память микроконтроллеров, в заявляемом источнике излучения осуществляется измерение ее основных параметров. Обычно это: мощность дозы и доза, измеряемые установленной в окне для выхода излучения ионизационной камерой, доза, измеряемая выносным дозиметром, ток инжекции (А), энергия ускоренных электронов (МэВ), время экспозиции в секундах, отсчитываемое от момента подачи импульсов запуска на генератор 26.

В памяти микроконтроллеров записаны так же программы отображения на дисплее 44 пульта управления 3 значений всех измеряемых параметров и состояния источника излучения (например, - «OVERHEAT» (ПЕРЕГРЕВ), POWER OFF (превышение потребления от сети), «Console pover» (нет вспомогательного питания), «Over voltage» (большое напряжение на электромагните), «KEY OFF» (ключ на пульте не включен), «Door Inter look» (отсутствие блокировки двери).

Кроме того, с целью повышения надежности установки она снабжена датчиками, которые обеспечивают получение информации о состоянии ее устройств с отражением этой информации на экране дисплея 44 пульта управления 3. Кроме термодатчиков 46, бетатронная установка снабжена трансформатором тока 53, с помощью которого контролируется амплитуда тока в намагничивающей обмотке 16. Амплитуда напряжения на генераторе тока 26 контролируется с помощью обмотки обратной связи 17, которая установлена на одном из полюсов 14.

Предлагаемый источник излучения работает следующим образом. После окончания подготовительных работ, т.е. после подсоединения всех кабелей 5, 6, 7, 8, 10 и установки излучателя 1 у контролируемого объекта необходимо на блоке питания 2 перевести ключ замка 47 во включенное положение. Затем необходимо перевести ключ замкового выключателя 48, установленного на пульте управления 3, во включенное положение. После перечисленных операций заработают все вентиляторы, загорятся контрольные лампы и светодиоды (на фиг. не показаны). Начнется предварительный заряд конденсаторов генератора тока 26 для питания намагничивающей обмотки 16 электромагнита. Одновременно начнется разогреваться катод инжектора 19 в ускорительной камере 18. Затем с помощью клавиатуры 45 пульта управления 3 надо установить необходимые значения параметров излучения (энергия ускоренных электронов, мощность дозы, дозу которую необходимо набрать, либо время облучения и т.д.). Вся эта информация появится на дисплее 44 пульта 3. После этих операций необходимо нажать клавишу «START» на пульте 3.

По истечении времени задержки (5±10 с) полупроводниковые коммутаторы 29 генератора 26 начинают формировать импульсы тока, которые поступают в намагничивающую обмотку 16 электромагнита. По магнитопроводу 13 полюсам 14 центральным вкладышам 15 начинает циркулировать магнитный поток, с помощью которого в межполюсном зазоре осуществляется ускорение и фокусировка электронов. В течение первых нескольких секунд (3-5 с) производится разгон напряжения силового контура электромагнита. При этом напряжение на конденсаторной батарее 28 генератора 26 возрастает до проектного значения, контроллер 40 находится в режиме ожидания, а значение мощности дозы может медленно меняться, что видно по показаниям дисплея 44. В установившемся режиме устройство ввода 27 полностью компенсирует потери энергии. После окончания переходного процесса контроллер 40 входит в режим поиска максимальной мощности дозы излучения, а когда значение мощности близко к максимальному контроллер 40 переходит в режим слежения.

В процессе работы установки от генератора импульса инжекции 22 в определенный момент времени на высоковольтный блок 21 поступает импульс напряжения инжекции, которое преобразуется в высокое напряжение (~35-40 кВ) и поступает на инжектор 19. С помощью инжектора 19 в ускорительную камеру 18 вводится пучок электронов, которые затем ускоряются до заданной энергии.

Для увеличения количества электронов, захватываемых в режим ускорения, от генератора импульсов контрактора 23 поступает импульс тока в обмотки контрактора, расположенные на полюсах 14 электромагнита. Изменением времени между импульсами инжекции и контрактора осуществляется регулировка мощности дозы тормозного излучения.

В момент достижения заданной энергии срабатывает генератор смещения 24 и ускоренные электроны попадают на мишень 20. При взаимодействии ускоренных электронов с материалом мишени 20 образуется тормозное рентгеновское излучение, мощность дозы которого фиксируется встроенным дозиметром 11, так как пучок попадает на ионизационную камеру 12 этого дозиметра 11. При радиографии доза излучения контролируется перед и после объекта контроля. Для этого ионизационная камера 4 выносного дозиметра 9 должна быть установлена с обратной стороны контролируемого объекта. Отключение установки осуществляется либо вручную (нажатием кнопки «Стоп»), либо автоматически при наборе дозиметрами 9 и 11 заданных доз или же по истечении времени экспозиции. Задание доз и времени экспозиции, а так же параметра, по которому осуществляется отключение установки, производится с помощью клавиатуры 45 пульта управления 3.

Если температура любого из установленных термодатчиков 46, а значит модуля или устройства, на котором установлен этот термодатчик, превысит заданный уровень, то запуск тиристоров (или транзисторов) генератора 26 прекращается, а на дисплее 44 пульта 3 появляется сообщение, сигнализирующее об этом факте. Определение устройства, температура которого оказалась выше допустимой, обеспечивается поступлением сигнала с каждого термодатчика 46 на отдельные входы микроконтроллера 40. Повторное включение установки возможно только после того, как нагретый блок охладится и на дисплее снимется указанное сообщение.

При повышенном напряжении на генераторе 26 соответствующим образом увеличивается напряжение на обмотке обратной связи 17, которое поступает на пороговое устройство в модуле управления 32. В случае превышения предельно допустимого значения напряжения по сигналу порогового устройства модуль 32 отключает запуск полупроводниковых коммутаторов 29 генератора 26. Одновременно сигнал с порогового устройства поступает на микроконтроллеры 39, 40, которые выдают сообщение на дисплей 44 пульта управления 3.

В процессе работы установки источник вспомогательных питающих напряжений 36 обеспечивает получение необходимых напряжений (±12 В, +5 В+20 В+110 В), от которых питаются формирователи запускающих импульсов 37 и ионизационные камеры 4 и 12 дозиметров 9 и 11.

Установленный в источнике вспомогательных питающих напряжений 36 стабилизатор накала катода ускорительной камеры 18 обеспечивает получение стабильного напряжения. Он построен по принципу широтно-импульсного модулятора.

Устройство синхронизации 37, расположенное в модуле управления 32, обеспечивает подачу в определенной последовательности сигналов управления на системы установки, а так же автоматическое отключение излучения при аварийных режимах: - перенапряжении, токовых перегрузках, нарушении теплового режима, отсутствии внешней блокировки дверей рабочего помещения.

Микроконтроллер 40 совместно с контроллером 38 управляет работой силовой части генератора тока 26, осуществляет автоматический поиск и поддерживает максимальную или задаваемую мощность дозы тормозного излучения. При этом вся необходимая информация, а также значения всех устанавливаемых параметров хранятся в его энергонезависимой памяти. В процессе наладки источника излучения радиационного дефектоскопа и в случае необходимости оператор осуществляет подстройку параметров с помощью регулировочных устройств 34 и гнезд для контроля сигналов 35.

Цифровая связь микроконтроллера 40 блока питания 2 с микроконтроллером 39 пульта управления 3 осуществляется в стандарте примененных интерфейсных модулей 41, 42. Это позволяет существенно снизить число жил и их сечение в кабеле управления 7 и, тем самым, уменьшить его массу и стоимость.

Регулирование энергии ускоренных электронов осуществляется изменением времени задержки импульса в схеме 50 запуска генератора смещения 24 относительно начала импульса тока в обмотке 16 электромагнита. Для этого в памяти основного микроконтроллера 40 записана таблица соответствия между временем задержки указанного импульса и энергией ускоренных электронов в этот момент времени.

Регулирование мощности дозы тормозного излучения осуществляет микроконтроллер 40, который может работать в двух режимах:

а) поиск и поддержание установленной оператором мощности дозы излучения в пределах ~0,1 до 0,9 от максимально-возможной для данной установки;

б) поиск и поддержание максимально-возможной мощности дозы. Программы поиска и поддержания указанных мощностей записаны в микроконтроллерах 39 и 40. В процессе работы контроллер 40 изменяет время задержки импульсов в схемах 51, 52 запуска генераторов инжекции 22 и контрактора 23, вследствие чего меняется мощность дозы излучения.

В процессе работы установки контроллер 40 производит так же измерение параметров, характеризующих ее работу и выдает их значения на экран дисплея 44 пульта управления 3. При этом все сигналы измеряемых параметров, поступают от соответствующих датчиков через набор согласующих электронных модулей 43 и резистивные и диодные ограничители на вход многоканального аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера 40.

Стабилизация энергии ускоренных электронов осуществляется следующим образом. В установившемся режиме значение вводимой энергии в генератор 26 равно значению потерь в электромагните и элементах самого генератора за период Т следования импульсов излучения. Длительность стадии ввода энергии с помощью устройства 27 постоянная. Следовательно, изменяя длительность этой стадии можно увеличить или уменьшить вводимую энергию в генератор 26 и, тем самым, амплитуду тока в обмотке 16. Для этого с помощью схемы 31 автоматически меняется время запуска тиристора ввода энергии 30. Схемой 31, как уже было указано выше, управляет микроконтроллер 40 блока питания 2.

В контуре ввода энергии находится первичная обмотка трансформатора тока защиты 53. При превышении тока в цепи ввода примерно на 20±30% от номинального значения происходит отключение цепей запуска коммутаторов генератора 26 и коммутаторов выпрямителя 25. Работа источника излучения прекращается. Последующее его включение допускается только после выяснения причин превышения указанного тока.

Выполнение источника излучения радиационного дефектоскопа согласно предлагаемой полезной модели позволяет:

- снизить габариты и массу пульта управления;

- повысить среднюю мощность дозы излучения посредством автоматической поддержки ее максимального значения (без участия оператора), сократить время экспозиции (просвечивания) и повысить стабильность мощности дозы от импульса к импульсу;

- облегчить труд оператора;

- практически исключить перегрев блоков источника, и тем самым повысить безопасность установки;

- сократить количество пробных снимков, особенно для изделий сложной, а зачастую неизвестной формы и толщины;

- повысить качество контроля изделий;

- сократить число жил в кабеле управления, соединяющем пульт управления с блоком питания, и тем самым снизить диаметр и массу этого кабеля, а так же его стоимость.

Так в разработанной установке типа МИБ [7] масса пульта управления снижена с 12 кг до 1,5 кг, число жил в указанном кабеле управления с 19 до 10, его диаметр с 23 мм до 11 мм, при соответствующем снижении массы и стоимости кабеля.

Источники информации принятые во внимание

1. Ананьев Л.М., Воробьев А.А., Горбунов В.И. Индукционный ускоритель электронов - бетатрон. - М.: Госатомиздат, 1961. - 351 с.

2. Быстров Ю.А., Иванов С.А. Ускорители и рентгеновские приборы. - М.: Высшая школа, 1976. - 207 с.

3. Москалев В.А. Бетатроны. - М.: Энергоиздат, 1981. - 167 с.

4. Чахлов В.Л., Буров Г.И., Волков В.Г. и др. Модернизированный малогабаритный бетатрон МИБ-6-200. Тезисы докладов шестого Всесоюзного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве., Ленинград 11-13 октября 1988 г. Москва ЦНИИ атоминформ 1988 г, с.165-166.

5. Патент РФ 1328774. Радиационный дозиметр / Волков В.Г., Штейн М.М. / Б.И. 10, 1995 г.

6. Неразрушающий контроль. Справочник. Том 3. Под ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 2004 г. - 789 с.

7. Бетатронная установка. Патент на промышленный образец 70109 от 19.12.2007 г. Авторы Чахлов В.Л., Волков В.Г., Звонцов А.А. и др.

Источник излучения радиационного дефектоскопа, содержащий излучатель, имеющий электромагнит с магнитопроводом, полюсами, центральными вкладышами, намагничивающей обмоткой, обмоткой обратной связи, ускорительную камеру с инжектором, мишенью и высоковольтным блоком, генераторы импульсов инжекции, контрактора, смещения ускоренных электронов на мишень и схемы запуска этих генераторов; блок питания, включающий выпрямитель с батареей фильтровых конденсаторов и системой защиты, генератор тока для питания электромагнита, состоящий из накопительной конденсаторной батареи, полупроводниковых коммутаторов и устройства ввода энергии, имеющего тиристор ввода и схему его включения; встроенный и выносной дозиметры, имеющие каждый ионизационную камеру и усилитель тока; пульт управления, включающий органы индикации и управления; модуль управления в составе источника вспомогательных питающих напряжений со стабилизатором напряжения накала катода инжектора ускорительной камеры, устройства синхронизации и контроллера; кабели, соединяющие блоки между собой и с сетью; отличающийся тем, что он снабжен двумя связанными друг с другом интерфейсом цифровой связи микроконтроллерами с набором согласующих модулей, один микроконтроллер установлен в пульте управления, второй - в модуле управления, который размещен в металлическом экранированном кожухе, установленном в блоке питания с возможностью доступа к регулировочным устройствам и гнездам для контроля сигналов, а выходы согласующих модулей соединены со входами схем запуска генератора тока электромагнита, а также генераторов импульсов инжекции, контрактора, смещения и тиристора ввода энергии; датчиками, обеспечивающими получение информации о состоянии блоков; двумя замковыми выключателями, один из которых установлен в блоке питания, второй - на лицевой панели пульта управления так, что обеспечивается двухступенчатая система защиты от несанкционированного включения источника; программным обеспечением, записанным в память микроконтроллеров и выполняющим следующие функции: формирование сигнала запрета на включение источника при отсутствии внешней блокировки; включение источника; измерение его параметров; управление устройствами регулирования и стабилизации энергии ускоренных электронов; регулирование мощности дозы излучения; поиска максимально возможного значения мощности дозы излучения; незапланированного отключения источника при отключении внешней блокировки, вспомогательных питающих напряжений, токовых перегрузках, перенапряжении на намагничивающей обмотке, перегреве блоков; запланированного отключения по истечении заданного времени просвечивания или при наборе дозиметрами заданных доз; индикации соответствующих сообщений на дисплее пульта управления.