CC BY
16
номер О, 2010 г.
Краткие сообщения по физике ФИАН
УДК 533.952
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРА ИСТОЧНИКА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ Х-ПИНЧА
А. П. Артемов1'2, Н. А. Лабецкая2, А. В. Федюнин2, С. А. Чайковский3'4
В работе показано, что на малогабаритном импульсном генераторе с импедансом 0.13 Ом с помощью X-пинча из четырех молибденовых проволочек в спектральном диа,-3
геновского излучения с размерами 0.5 — 2 мкм. Представлена методика определения, размеров источника, а также результаты экспериментального определения, разме-
X
ция, параметров Х-пинча, состоящего из проволочек разного диаметра, для, данного генератора с целью получения, источника мягкого рентгеновского излучения минимальны, х размеров.
X
графия. диагностика плазмы. X
две или более тонких проволочки, скрещенных между собой в форме буквы "X" и касающихся друг друга в точке их пересечения. При пропускании по ней импульса тока с амплитудой в несколько сотен кА и длительностью порядка 100 не удается получить источник мягкого рентгеновского излучения (с энергией квантов E > 1 кэВ) микронных размеров и с длительностью импульса единицы наносекунд в точке начального пересечения проволочек [1 3]. Такие источники представляют интерес для реализации методики рентгеновского зондирования с высоким пространственным и временным разрешением при исследовании плазменных и биологических объектов.
1 Томский государственный университет, 634050, Россия, г. Томск, пр-т Ленина, 36.
2 Институт сильноточной электроники СО РАН, 634055, Россия, г. Томск, пр-т Академический, 2/3.
3 ГОУ ВПО "Московский физико-технический институт", 141700, Россия, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9.
4 E-mail: [email protected]
Краткие сообщения по физике ФИАН
номер 6, 2010 г.
с
Тест-объект
Катод
Рис. 1: Схема точечного проецирования тест-объекта на пленку.
Наиболее интенсивно исследования Х-пинчей проводились на стационарных сравнительно больших и мощных установках БИН (ФИАН, амплитуда тока 270 кА, длительность импульса 150 не, длительность фронта 50 не, импеданс линии 1 Ом) и ХР (Корнельский университет, амплитуда тока 480 кА, длительность импульса 100 не, длительность фронта 20 не, импеданс линии 0.5 Ом) [2]. На этих установках был получен источник излучения с размером < 1 мкм и длительностью вспышки рентгеновского излучения < 1 не. В ИСЭ СО РАН был разработан малогабаритный (50x50x40 см) низкоиндуктивный импульсный генератор с максимальным током 300 кА и временем нарастания тока 180 не [4], который в силу своей компактности может быть размещен в практически любой лаборатории и использован для рентгеновской радиографии на основе Х-пинча. В связи с этим возник вопрос о возможности получения на данном генераторе таких же параметров излучающей области Х-пинча, как на установках БИН
В работе исследовано влияние диаметра проволочек Х-пинча на размер источника и длительность импульса излучения в различных спектральных диапазонах на малогабаритном низкоиндуктивном импульсном генераторе с уровнем тока 300 кА и временем его нарастания 180 не. В экспериментах применялись молибденовые проволочки, так
Х
из молибдена, вольфрама, алюминия.
На рис. 1 представлена схема эксперимента. Методика заключалась в точеном проецировании тест-объекта (сетка из скрещенных под прямым углом вольфрамовых проволочек диаметрами 6, 12 и 30 мкм) на пленку.
Для определения размеров источника проводилось сравнение рассчитанного с учетом дифракции [5] и экспериментального распределения интенсивности в плоскости
и ХР.
номер 6, 2010 г.
Краткие сообщения по физике ФИАН
(а)
(б)
0.0
0 400 800 1200 Ширина изображения, мкм
Рис. 2: (а) Изображения сетки из вольфрамовых проволочек на разных плёнках в излучении 4x25.4 мкм Х-пинча. I) E > 3 кэВ; II) E > 4 кэВ; III) E = 1 — 1.5 кэВ. (б) Экспериментальное распределение интенсивности в плоскости изображения W
12
Х
новых проводников. В ходе эксперимента диаметры проводников варьировались в ряду: 12.7, 25.4, 38 мкм. Длительность импульса излучения измерялась с помощью вакуумного рентгеновского диода и составляла 2-3 не независимо от диаметра проводника. На рис. 2(а) представлены изображения тест-объекта в разных спектральных диапазонах. На распределении интенсивности в плоскости изображения вольфрамовой проволочки диаметром 12 мкм отчетливо различимы дифракционные эффекты (рис. 2(6)).
xx
Х
диапазоне выше 3 кэВ удается реализовать источник излучения с размерами 0.5-2 мкм. При увеличении диаметра проволочек в ряду 12.7, 25.4 и 38 мкм размер источника в спектральном диапазоне выше 3 кэВ увеличивается незначительно, в спектральном диапазоне 1-1.5 кэВ увеличивается приблизительно в два раза. Размер источника в осевом направлении приблизительно в два раза больше его диаметра. С точки зрения импульсной рентгенографии на основе данного импульсного генератора наиболее подходящими из молибденовых проволочек являются проволочки диаметром 20-30 мкм. При уменьшении диаметра проводника формируется двойной импульс излучения, при увеличении диаметра проводника увеличивается размер источника и/или снижается выход излучения.
Краткие сообщения по физике ФИАН
номер О, 2010 г.
ЛИТЕРАТУРА
[1] С. А. Пикуз. Дисс. на соискание степени док. физ.-мат. наук. (М.. ФИАН. 2006).
[2] S. A. Pikuz, Т. A. Shelkovenko, V. М. Romaiiova, et al., XUKLEOXIKA 46, 21 (2001).
[3] S. A. Pikuz. T. A. Shelkovenko. D. B. Sinars. et al.. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 71, 581 (2001).
[4] H. А. Ратахин. В. Ф. Федутцак. А. А. Эрфорт и др.. Известия ВУЗов. Физика 50. 87 (2007).
[5] P. Choi. С. Dumitrescu. Е. Wyndham. et al.. Rev. Sci. lustrum. 73. 2276 (2002).
По материалам 3 Всероссийской молодежной школы-семинара "Инновационные аспекты фундаментальных ■исследований по актуальным проблемам физики", Москва, ФИАН, октябрь 2009 г.
Поступила в редакцию 24 мая 2010 г.
