Исследование последовательности импульсов тормозного излучения малогабаритного бетатрона

Разработана имитационная модель потока импульсного тормозного излучения и реализована в подпрограмме на MathCad. Адаптирована модель потока импульсного тормозного излучения к имитационной модели формирования цифровых радиографических изображений. Исследовано влияние параметров исходного потока тормозного излучения на качество цифровых радиографических изображений. Проведён цикл натурных экспериментов по оценке изменения параметров потока импульсов регистрируемого излучения с цифровых детекторов на этапах формирования радиографического изображения на комплексе высокоэнергетической цифровой радиографии Томского политехнического университета.

Список сокращений и обозначений ………………………………………………………………………………………………. 13
Введение ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 15
Актуальность темы ……………………………………………………………………………………………………………………. 15

1 Обзор литературы, выбор цели диссертационных исследований и постановка задач ………………….. 20
1.1 О радиационном контроле крупногабаритных объектов ………………………………………………………. 20

1.2 Об основных характеристиках источников высокоэнергетического импульсного тормозного
излучения …………………………………………………………………………………………………………………………………. 21

1.2.1 Общие характеристики источников фотонного излучения ………………………………………………. 22
1.2.2 Специфичные характеристики импульсных источников тормозного излучения ……………….. 23
1.3 Характеристики импульсных источников высокоэнергетического тормозного излучения ………. 25

1.3.1 Характеристики линейных ускорителей электронов ……………………………………………………….. 25
1.3.2 Характеристики малогабаритных бетатронов …………………………………………………………………. 26
1.4 О роли имитационного моделирования в проектировании систем высокоэнергетической
цифровой радиографии и компьютерной томографии ……………………………………………………………….. 28

1.5 Цель и задачи диссертационных исследований ……………………………………………………………………. 28

2 Имитационная модель потока импульсного тормозного излучения и её реализация в системе
MathCad ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 30
2.1 Алгоритм имитационного моделирования потока импульсного тормозного излучения …………. 30

2.2 Программа имитационного моделирования потока импульсного тормозного излучения в
системе MathCad ………………………………………………………………………………………………………………………. 32

3 Адаптированная модель (программа) формирования цифровых радиографических изображений
для импульсных источников тормозного излучения ………………………………………………………………………. 34
4 Эксперименты по оценке параметров потока импульсов высокоэнергетического тормозного
излучения …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 36
4.1 Описание экспериментального комплекса……………………………………………………………………………. 36

4.2 Программное обеспечение для формирования и обработки радиографических изображений
РКНЛ РКД ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 37

4.2.1 Программный комплекс Диада………………………………………………………………………………………. 37
4.2.2 Программа Dual [47] ………………………………………………………………………………………………………. 39
4.3 Особенности применения программного комплекса Диада и программы Dual ……………………… 41

4.3.1 Формирование файлов дуальных изображений в программном комплексе Диада …………. 42
4.3.2 Первичная калибровка радиографических изображений метода дуальных энергий в
программе Dual …………………………………………………………………………………………………………………….. 44
Калибровка по «чёрному» ……………………………………………………………………………………………………… 44
Вычисление относительных коэффициентов преобразования энергии ……………………………………. 45
Калибровка по «белому» ……………………………………………………………………………………………………….. 46
Нормировка на опорный канал ……………………………………………………………………………………………… 46
5 Экспериментальная оценка параметров потока импульсов тормозного излучения и уменьшение влияния
их флуктуаций на качество контроля ………………………………………………………………………………………………… 48
5.1 Оценка параметров темновых сигналов ……………………………………………………………………………….. 48

5.2 Исследование «белых» изображений …………………………………………………………………………………… 51

5.2.1. Оценка выборочных плотностей распределения сигналов по «воздуху» ………………………… 51
5.2.2 Оценка нестабильности общей энергии фотонов в импульсе тормозного излучения……….. 55
5.3 Уменьшение влияния флуктуаций параметров импульсов тормозного излучения на качество
контроля …………………………………………………………………………………………………………………………………… 57

6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……………………………………. 61
6.1 Оценка делового потенциала и перспектив для исследований с точки зрения
ресурсоэффективности ……………………………………………………………………………………………………………… 61

6.2 План исследования ……………………………………………………………………………………………………………… 62

6.2.1 Структура работы …………………………………………………………………………………………………………… 62
6.2.2 Определить сложность работы ………………………………………………………………………………………. 63
6.2.3 Установить график научных исследований ……………………………………………………………………… 63
6.3 Исследования и разработки бюджета …………………………………………………………………………………… 65

6.3.1 Расчет стоимости материала НТИ …………………………………………………………………………………… 65
6.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ …… 66
6.3.3 Основная заработная плата исполнителей темы …………………………………………………………….. 67
6.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые пожертвования) …………………………………. 69
6.3.5 Бюджетный исследовательский проект ………………………………………………………………………….. 70
6.4 Определение ресурсов (экономия ресурсов), финансов, бюджета, социального и
экономического равенства ………………………………………………………………………………………………………… 70

7 Социальная ответственность…………………………………………………………………………………………………… 73
7.1 Производственная безопасность ……………………………………………………………………………………….. 74

7.1.1 Анализ выявленных вредных факторов при разработке и эксплуатации проектируемого
решения. ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 74
7.1.2. Анализ выявленных опасных факторов при разработке и эксплуатации проектируемого
решения ………………………………………………………………………………………………………………………………… 89
7.2 Экологическая безопасность ……………………………………………………………………………………………. 100
7.2.1 Промышленные отходы ………………………………………………………………………………………………. 100
7.2.2 Утилизация промышленных отходов……………………………………………………………………………. 101
7.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях (ЧС) ………………………………………………………………. 104

7.3.1 Сильные морозы зимой ………………………………………………………………………………………………… 105
7.3.2 Несанкционированное проникновение посторонних на рабочее место ………………………………. 107
7.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности……………………………………. 107

7.4.1 Организационные мероприятия ……………………………………………………………………………………. 107
7.4.2 Организация рабочей зоны …………………………………………………………………………………………… 108
7.5 Социальная защита пострадавших на производстве ………………………………………………………. 109

7.5.1 Порядок возмещения вреда, причиненного жизни и здоровью граждан ……………………………… 109
7.5.2 Общие основания ответственности за причинение вреда ……………………………………………. 110
7.5.3 Возмещение причиненного вреда ………………………………………………………………………………….. 110
Заключение ………………………………………………………………………………………………………………………………… 111
Список использованных источников ……………………………………………………………………………………………. 112
Приложение А …………………………………………………………………………………………………………………………….. 119
4. Experiments to estimate the parameters of the pulse flux of high-energy deceleration emission …… 120

4.1 Description of the experimental complex ……………………………………………………………………………….. 120

4.2 Software for the formation and processing of radiographic images RKNL RKD ……………………………. 121

4.2.1 Software complex Dyad …………………………………………………………………………………………………. 121
4.2.2 Dual program [47] …………………………………………………………………………………………………………. 122
4.3 Features of the application of the Dyad software package and the Dual program ……………………….. 124

4.3.1 Generation of dual image files in the software package Dyad …………………………………………….. 124
4.3.2 Initial calibration of radiographic images of the dual energy method in the Dual program …….. 126
Приложение B. ……………………………………………………………………………………………………………………………. 129
П. B.1 Программа формирования цифровых радиографических изображений на примере
наконечника из Ni3Al. Импульсный источник излучения …………………………………………………………… 129

П. B.2 Результаты имитационного моделирования цифровых радиографических изображений … 135
Список сокращений и обозначений

Сокращения
ОК – объект контроля
РЧП – радиационно-чувствительный преобразователь
ТИ − тормозное излучение
ЦР − цифровая радиография
ВКТ − высокоэнергетическая компьютерная томография
ЦРИ − цифровые радиографические изображения
ИТИ − источник тормозного излучения
СВ − случайная величина
АС − аналоговый сигнал
ЦС − цифровой сигнал
РТИ − регистратор тормозного излучения
ЛРТИ − линейный РТИ
РОП − радиационно-оптический преобразователь
АЦП – аналого-цифровой преобразователь
ФП – фотопреобразователь
ПФ − промежуточный фильтр
КД − комбинированный детектор
ДПП − детектор прямого преобразования
ОФ − ослабляющий фильтр
ТО – тестовый объект
ЛКО − линейный коэффициент ослабления излучения
МКО – массовый коэффициент ослабления излучения
СЦР – система цифровой радиографии
ПК – персональный компьютер
ЧС – чрезвычайная ситуация
НРБ − нормы радиационной безопасности
Обозначения
Ii − интенсивность тормозного излучения в i-ом импульсе
Ni − поток тормозного излучения в i-ом импульсе
E – энергия фотонного излучения
hd − толщина РЧП
Zd − эффективный атомный номер материала РЧП
d − плотность материала РЧП
Eab(E, hd)– средняя энергия, переданная зарегистрированным фотоном
радиационно-чувствительному преобразователю
Emax – максимальная энергия рентгеновского излучения
fN(E, Emax) − числовой энергетический спектр
fI(E, Emax) − распределение интенсивности излучения по энергии
μ(E) – линейный коэффициент ослабления гамма-излучения
m(E) – массовый коэффициент ослабления гамма-излучения
Z – эффективный атомный номер материала
ρ – плотность материала
int(x) – целая часть числа x
ε(E) – эффективность регистрации фотонов с энергией E
F(x) − расстояние от излучающей точки для точки детектирования с
координатой x (фокусное расстояние)
Eab(E) − энергия,
hf − толщина промежуточного фильтра
Zf − эффективный атомный номер материала ПФ
f − плотность материала ПФ

Разработана имитационная модель потока импульсного тормозного
излучения и реализована в подпрограмме на MathCad. Адаптирована модель
потока импульсного тормозного излучения к имитационной модели
формирования цифровых радиографических изображений. Исследовано влияние
параметров исходного потока тормозного излучения на качество цифровых
радиографических изображений. Проведён цикл натурных экспериментов по
оценке изменения параметров потока импульсов регистрируемого излучения с
цифровых детекторов на этапах формирования радиографического изображения
на комплексе высокоэнергетической цифровой радиографии Томского
политехнического университета.