Малогабаритный бетатрон с подмагничиванием магнитопровода тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

На правах рукописи

Рычков Максим Михайлович 00461751У

МАЛОГАБАРИТНЫЙ БЕТАТРОН С ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ МАГНИТОПРОВОДА

Специальность 0] .04.20 - физика пучков заряженных частиц и ускорительная

техника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 С ДЕК ¿013

Томск-2010

004617510

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет".

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Чахлов Владимир Лукьянович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

Москалев Владилен Александрович

Доктор технических наук, профессор

Лисин Валерий Андреевич

Ведущая организация:

Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"

Защита состоится 2. К- ¡2- 2010 г. в / (о часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.05 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" по адресу: г. Томск, пр. Ленина, 2а, ауд. 329.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" по адресу: г. Томск, ул. Белинского, 53.

Автореферат разослан "26" ноября 2010 г.

Ученый секретарьсовета по защите докторских и кандидатских диссертаций кандидат физико-математических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Бетатрон - индукционный ускоритель электронов и настоящее время находит широкое применение в дефектоскопии различных материалов и промышленных изделий, в различных технологических процессах, в досмотровых системах, в промышленных томографах, в медицине для лечения раковых заболеваний. Такой интерес обусловлен тем, что бетатроны выгодно отличаются от других типов ускорителей электронов простотой, малой массой, удобством в эксплуатации и малыми затратами на изготовление, что, конечно, приводит к сравнительно небольшой цене готового ускорителя и низкой стоимости последующего обслуживания этих установок.

С развитием элементной базы, разработкой новых материалов и технологий бетатроны постоянно совершенствуются, и расширяются области их применения. Однако, как и на протяжении всей истории своего развития, одним из важнейших требований остается уменьшение массогабаритных параметров и увеличение мощности экспозиционной дозы излучения бетатронов. В этих условиях разработка новых и дальнейшее совершенствование существующих способов повышения мощности экспозиционной дозы излучения бетатрона представляет собой весьма актуальную задачу. Одним из способов, направленных на решение этой задачи, является подмагничивание магнитопровода электромагнита бетатрона постоянным или переменным током. За счет подмагничивания можно увеличить размах магнитной индукции в электромагните бетатрона, что позволяет либо уменьшить массогабаритные параметры электромагнита бетатрона, либо, при неизменных массогабаритных параметрах электромагнита, увеличить кинетическую энергию ускоренных электронов и тем самым, повысить мощность экспозиционной дозы излучения. Поскольку мощность экспозиционной дозы излучения связана с энергией ускоренных электронов кубической зависимостью, применение подмагничивания электромагнита представляет наиболее экономичный способ дальнейшего улучшения характеристик бетатрона.

Данная работа является научно-исследовательской работой, проводимой в НИИ интроскопии при ТПУ, по развитию одного из перспективных способов повышения интенсивности излучения бетатрона за счет подмагничивания его электромагнита постоянным или импульсным током.

Состояние вопроса.

Работа бетатрона с подмагничиванием магнитопровода (БПМ) для увеличения энергии ускоренных электронов впервые рассмотрена в появившихся почти одновременно статьях Вестендорпа [1] и Керста [2]. Ими была предложена одна и та же идея, развитию которой в дальнейшем был посвящен ряд работ. Как можно судить по литературным источникам,

общее количество разработанных и построенных БПМ для увеличения энергии ускоренных электронов составляет не менее 12 установок, но реальный физический запуск на излучение осуществлен только на некоторых из них, причем во всех работах указано на нестабильное ускорение электронов во времени от цикла к циклу, а полученная мощность экспозиционной дозы оказалась значительно ниже расчетной. Развитие элементной базы, особенно в области коммутирующей аппаратуры, позволило повторно рассмотреть причины неудачных запусков БПМ и предложить более совершенные конструкции магнитных систем и их схем питания [3,4]. Во всех упомянутых выше работах считалось, что применение подмагничивания магнитопровода целесообразно для ускорителей на большую энергию ускоренных электронов (от 10 МэВ и более), поэтому малогабаритные бетатроны (с энергией до 10 МэВ) не исследовались в этом направлении. Однако в 2002 в НИИ интроскопии при ТПУ был разработан малогабаритный бетатрон с подмагничиванием магнитопровода, в котором применяется магнитная система, предложенная Фурманом Э.Г. в [5]. Экспериментальное исследование такого ускорителя было проведено на базе малогабаритного серийно выпускаемого бетатрона ПМБ-6, который был запущен на излучение и показал достоинства БПМ [6]. Однако в дальнейших разработках опыт запуска этого бетатрона мало пригодился, поскольку разработанный малогабаритный БПМ на энергию 2,5 МэВ показал мощность экспозиционной дозы излучения ниже классического бетатрона, а разработанный малогабаритный БПМ на энергию 12 МэВ для интраоперационной терапии, вовсе не был запущен. Это говорит о том, что несмотря на удачный запуск БПМ на энергию 6 МэВ, электромагнитные процессы в таком бетатроне изучены слабо, и методика расчета узлов БПМ требует значительной корректировки.

Целью работы является теоретически обоснованное, экспериментальное подтверждение возможности создания малогабаритного БПМ и его исследование. Исходя из сформулированной цели, при выполнении работы решались следующие основные задачи:

- определение требований к магнитным системам бетатронов с подмагничиванием магнитопровода и их схемам питания;

- оценка влияния конструктивных элементов магнитной системы на характеристики управляющего магнитного поля, энергетические и массогабаритные показатели.

- разработка схем питания, позволяющих наиболее эффективным образом использовать преимущества БПМ;

- экспериментальное исследование малогабаритного бетатрона с подмагничиванием магнитопровода;

- оценка перспектив и целесообразности использования БПМ.

Методы исследований, используемые в диссертации, включали в себя математическое моделирование управляющих магнитных полей электромагнитов БПМ, экспериментальное исследование характеристик (энергии ускоренных электронов, потребляемой мощности, мощности экспозиционной дозы излучения) малогабаритных БПМ на энергию 2,5 МэВ и 7,5 МэВ, экспериментальное исследование топографии управляющего магнитного поля на основе магнитных измерений с использованием специализированной аппаратуры, анализ схем питания и расчет основных узлов этих схем.

Научная новизна.

Расчетами показано, что снижение показателя спада поля в межполюсном зазоре БПМ приводит к уменьшению энергии управляющего магнитного поля при сохранении объема области устойчивого движения электронов.

Рассмотрены вопросы изменения конфигурации областей устойчивого движения ускоряемых частиц в зависимости от геометрических размеров компенсационной обмотки. Показано, что выбор ее геометрических размеров оказывает существенное влияние не только на технико-экономические показатели, но и на работоспособность системы в целом.

Предложены, изготовлены и экспериментально проверены схемы питания, позволяющие наиболее эффективным образом использовать преимущества БПМ.

Для разработанных схем оценена величина электрической энергии, необходимой для сброса электронов на внешнюю мишень за счет перераспределения токов в обмотках электромагнита БПМ. Показано, что величина этой энергии в 8-10 раз меньше энергии сброса классического бетатрона.

Экспериментально показано, что коррекцию радиуса равновесной орбиты в начале цикла ускорения, которая обязательна в БПМ из-за нелинейности кривой намагничивания замкнутого магнитопровода, целесообразно производить непосредственно в момент инжекции. В этом случае увеличивается конечная энергия ускоренных электронов, а значит, и технико-экономический эффект от применения подмагничивания магнитопровода.

Экспериментально показано, что применение дополнительной системы контрактора, улучшающей условия захвата электронов в ускорение, позволяет в 1,7-2,3 раза повысить мощность экспозиционной дозы БПМ.

Практическая ценность.

На основании проведенных в диссертационной работе теоретических и экспериментальных исследований можно разрабатывать магнитные системы малогабаритных бетатронов с подмагничиванием магнитопровода с меньшими, чем у классических бетатронов, потребляемой мощностью и массогабаритными параметрами электромагнита при сохранении

мощности экспозиционной дозы излучения.

Предложена методика оценки фокусирующих свойств управляющего поля на основе магнитных измерений в медианной плоскости ускорителя.

Разработаны и экспериментально исследованы схемы питания, реализующие необходимые условия бетатронного ускорения. На основе этих исследований предложена схема питания с использованием мощных IGBT транзисторов. Данная схема позволяет уменьшить эффективное значение тока в обмотках электромагнита за импульс и повысить частоту следования импульсов, а значит, и мощность экспозиционной дозы излучения.

Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работы, а именно разработанные магнитные системы и схемы питания, а также полученные математические соотношения для их расчета, внедрены в НИИ интроскопии при ТПУ и используются для разработки бетатронов с подмагничиванием магнитопровода для целей дефектоскопии, медицины и других областей. По результатам диссертационной работы запущен на излучение опытный образец бетатрона с подмагничиванием магнитопровода на кинетическую энергию ускоренных электронов 7.5 МэВ, который используется для проведения физических исследований.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на:

- Десятом международном совещании по применению ускорителей заряженных частиц в промышленности и медицине "Ускорители - 2001" (г. Санкт-Петербург, 2001 г.).

- Восьмой международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии" (г. Томск, 2002 г.).

- Четвертой международной научно-технической конференции "Электромеханические преобразователи энергии" посвященной 100-летию со дня рождения ректора ТПИ A.A. Воробьева (г. Томск, 2009г.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, из них 3 статьи опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК. По результатам работы получено 4 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы. Содержит 121 страницу машинописного текста, 50 рисунков, 3 таблицы и 90 библиографических ссылок.

Тезисы, выносимые на защиту:

1. Электромагнит БПМ с увеличенным аксиальным и уменьшенным радиальным размером межполюсного пространства по сравнению с

6

межполюсным пространством классического бетатрона имеет более высокие удельные характеристики.

2. Топография управляющего магнитного поля в рабочем объеме БПМ

определяется как профильной поверхностью полюсов, так и геометрическими размерами компенсационной обмотки.

3. Высота компенсационной обмотки для малогабаритных бетатронов с отношением радиуса равновесной орбиты к внутреннему радиусу камеры в пределах 1,7—2,0 должна быть не более двойной высоты воздушного зазора на равновесном радиусе.

4. Применение системы контрактора в малогабаритном БПМ позволяет в 1,7-

2,3 раза повысить интенсивность излучения.

5. Для увеличения технико-экономического эффекта БПМ на малые энергии

коррекцию равновесного радиуса в начале цикла ускорения необходимо производить непосредственно в момент илжекции электронов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, приведены обзор работ по проблеме и состояние исследований к моменту начала работы. Определены цель и задачи исследования для данной работы. Выделены основные положения, отражающие новизну проводимых исследований. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена общим вопросам применения

подмагничивания электромагнита бетатрона, обзору магнитных систем БПМ и схем питания, приведены их достоинства и недостатки. Обосновано, что для малогабаритных БПМ наиболее целесообразно применение магнитной системы с двумя обмотками: намагничивающей 1¥1 и компенсационной \¥2 (рис. 1). Данную магнитную систему целесообразно запитать по схеме с последовательно-встречным включением обмоток (рис.2). В этом случае, в отличие от других схем питания, за счет меньших радиальных размеров компенсационной обмотки следует ожидать наибольший технико-экономический эффект, а для создания условий бетатронного ускорения не требуется нагружать обмотки электромагнита на дополнительные реактивные элементы.

Схема питания на рис.2 работает следующим образом. В исходном состоянии от низковольтного источника питания ИП1 по обмотке возбуждения 1¥1 через дроссель ¿0 протекает постоянный ток /р (ток подмагничивания). К началу цикла ускорения состояние магнитопровода определяется магнитодвижущей силой обмотки возбуждения (VI и характеризуется начальным значением магнитной индукции в центральном сердечнике магнитопровода -5сгоах, которую целесообразно задавать близкой к индукции насыщения материла сердечника (электротехническая сталь).

Рис. 1. Электромагнит БГТМ, где: 1 - полюса магнитопровода 2 - обратный маг-нитопровод 3 - центральный сердечник магнитопровода 4 - вакуумная ускорительная камера.

Рис.2. Схема питания БПМ с последовательно-встречным включением обмоток.

При этом начальное значение магнитной индукции в области равновесной орбиты к началу цикла ускорения близко к нулю.

С приходом управляющих импульсов на тиристоры VI ... У4 (начало цикла ускорения) включаются два тиристора, имеющие требуемую полярность емкостного накопителя Сн, начинается колебательный разряд конденсатора Сн на включенные последовательно и встречно обмотки Щ и \У2. За счет магнитодвижущей силы компенсационной обмотки №2 магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения перераспределяется, делясь на две части. Первая часть, определяемая разницей магнитодвижущих сил обмоток Ш и №2, замыкается через центральный сердечник магнитопровода, образуя центральный магнитный поток Фс. Вторая часть, пропорциональная магнитодвижущей силе обмотки №2 (поток рассеяния между обмотками), замыкается через полюса по воздушному зазору межполюсного пространства, образуя магнитный поток в области равновесной орбиты Ф0.

Выполнение бетатронного соотношения 2:1 на радиусе равновесной орбиты га в таком БПМ достигается путем выбора соотношения витков обмоток IVI и

т.

Для работы такого бетатрона необходимо, чтобы число витков обмотки возбуждения IV1 было больше числа витков компенсационной обмотки 1У2 ((V, > №2). При IV, = - магнитный поток в центральном сердечнике магнитопровода Фс будет равен нулю и весь магнитный поток , создаваемый обмоткой возбуждения ¡VI, будет замыкаться в области равновесной орбиты. А при IV, < - магнитный поток в центральном сердечнике магнитопровода Фс будет направлен в обратную сторону.

В отличие от бетатрона классической конструкции, в БЛМ в течение процесса ускорения, за счет подмагничивания магнитопровода, получаются размахи магнитных индукций в центральном сердечнике магнитопровода АВс, который изменяется от начального значения ~ВС тах до конечного значения +ВС тах (в классическом бетатроне от 0 до тах). При этом магнитная индукция в области равновесной орбиты в течение процесса ускорения изменяется приблизительно от 0 до конечного значения +В„ тах. Больший размах магнитной индукции в электромагните БПМ по сравнению с аналогичным в электромагните классической конструкции приводит к увеличению конечной энергии электронов, а значит, и к увеличению мощности экспозиционной дозы излучения.

Электронный пучок в бетатроне выполняет роль витка и нагрузки одновременно. В процессе укорелия электронов в магнитную систему бетатрона от внешнего источника поступает энергия, часть которой передается нагрузке - пучку электронов. Эффективность магнитной системы бетатрона тем выше, чем меньше затрачивается энергии для ускорения заданного количества электронов до заданной кинетической энергии. Для сравнения различных магнитных систем удобно использовать показатели:

ОЕ.

0)

"эй

¿с , (2)

1>М1

где £)- ускоряемый заряд [Кл], жи, -энергия магнитного поля [Дж], &■.,,, - масса активных материалов, Еккинетическая энергия электронов; Первый показатель отражает эффективность преобразования энергии питания, запасаемой в электромагните, в энергию излучения, генерируемого ускорителем. Второй определяет степень использования активных материалов электромагнита. Эти показатели зависят от выбора геометрических размеров межполюсного пространства, а именно от отношения:

- = (3)

где: Ь=2(г0 - гь) ширина межполюсного пространства (ширина ускорительной камеры), /-¿-внутренний радиальный размер межполюсного пространства (радиус центральных вкладышей в классическом бетатроне, внешний радиус компенсационной обмотки БПМ), /"„-радиус равновесной орбиты, коаксиальная величина межполюсного пространства на равновесном радиусе, п — показатель спада поля на равновесном радиусе; и отношения:

!± гь

(4)

Для малогабаритных бетатронов классической конструкции Уд и Му максимальны при у= 1,7..2,0 и показателе спада 0,55...0,7. Именно эти

9

значения положены в основу методики расчета малогабаритных бетатронов классической конструкции.

Расчетами показателей /д и -Ле различных конфигураций межполюсного зазора БПМ на энергию 6 МэВ (таблица 1) показано, что критерии выбора геометрических размеров межполюсного зазора БПМ - области, где происходит удержание пучка электронов и его ускорение,

Таблица 1

Показатель спада поля на равновесном радиусе 0,3 0,4 0,6 0,8

Индукция на равновесном радиусе, Тл 0,40 0,38 0,361 0,34

Расчетный равновесный радиус го, м 0,054 0,057 0,060 0,64

Расчетный воздушный зазор на равновесном радиусе <50, м 0,054 0,050 0,048 0,048

Расчетный радиус полюсов, м 0,073 0,081 0,085 0,093

Отношение радиуса равновесной орбиты к внутреннему радиусу межполюного пространства у 1,54 1,63 1,71 1,83

Относительный показатель Ы4 1,08 1 0,94

Относительный показатель За 1,21 1,1 1 0,97

отличаются от общепринятых для бетатронов классической конструкции. Выделенной колонкой показаны относительные размеры межполюсного зазора и характеристики поля, принятые для серийно-выпускаемого бетатрона МИБ-6, которые для классического бетатрона являются оптимальными. При расчетах учитывалось, что объем области действия фокусирующих сил и плотность ускоряемого заряда должны оставаться неизменными.

Аналогичные зависимости можно получить и для малогабаритных БПМ на другие энергии, поскольку магнитные системы классических малогабаритных бетатронов геометрически подобны. Таким образом, магнитные системы БПМ, в основе которых приняты критерии выбора межполюсного зазора как у классических бетатронов, используемые в предыдущих работах, не позволяют реализовать всех преимуществ БПМ. Для уменьшения массогабаритных и энергетических параметров БПМ необходимо сокращать радиальный и увеличивать аксиальный размер межполюсного пространства и, соответственно, уменьшать показатель спада поля на равновесном радиусе для того, чтобы максимально использовать объем воздушного пространства, где происходит удержание и ускорение электронов.

Вторая глава посвящена исследованию влияния геометрических размеров компенсационной обмотки на топографию управляющего поля. Поскольку магнитная система БПМ отличается от магнитной системы классического бетатрона наличием обмотки, которая расположена с

внутренней стороны области ускорения, естественно предположить, что эта обмотка влияет на топографию управляющего поля, так же как и блок центральных вкладышей в классическом бетатроне. Экономически выгодно выполнять компенсационную обмотку как можно меньшего радиального размера. Но объем компенсационной обмотки должен сохраняться, поскольку при заданной плотности тока в материале обмотки необходимо получить требуемые ампер-витки для создания определенной индукции магнитного поля в межполюсном зазоре. Следовательно, необходимо увеличивать ее аксиальный размер и располагать ее в пазах профильных полюсов. Во всех предыдущих работах, посвященных БПМ, выбор геометрических размеров обмотки осуществлялся только исходя из необходимого числа витков компенсационной обмотки, а отношение радиального размера к аксиальному лежало в широких пределах. Кроме того, в некоторых работах рассматривались магнитные системы с обмоткой разделенной в аксиальном направлении на две половины, т.е применялись пазовые обмотки. В данной работе показано, что выбор геометрических размеров этой обмотки влияет не только на технико-экономические показатели магнитной системы БПМ, но и на возможность ускорения в целом.

Поскольку аналитически оценить влияние геометрии этой обмотки на топографию управляющего поля практически невозможно, а физическое моделирование очень трудоемко, на первоначальном этапе было проведено численное моделирование управляющих полей электромагнитов малогабаритных БПМ на энергию от 2,5 до 9 МэВ. Из множества численных методов выбран метод конечных элементов (МКЭ). Этот метод широко распространен и занимает доминирующее положение при решении различных задач, в том числе и при расчете магнитных полей.

Для анализа фокусирующих свойств магнитного поля бетатрона в качестве расчетной величины удобно использовать векторный потенциал магнитного поля, поскольку знание его распределения в межполюсном пространстве дает наглядную картину области устойчивого движения электронов. При этом распределение векторного магнитного потенциала соответствует дифференциальному уравнению второго порядка:

Ма

д2Л 1 дА д А +--+

дг г дг дг2 г2

, (5)

где: ¡ла - относительная магнитная проницаемость КЭ, J - плотность тока КЭ.

Граничные условия задаются по периметру магнитной системы и на оси симметрии, на которых векторный потенциал принимает нулевое значение.

В качестве критериев оценки свойств магнитного поля использовались показатель спада поля в медианной плоскости (рис. 3) и сечение области устойчивого движения электронов, которое ограничивается

эквипотенциалью векторного магнитного потенциала, проходящей через радиус в медианной плоскости, где показатель спада равен 1 (рис. 4). Математическое моделирование различных магнитных систем показало, что при аксиальном размере компенсационной обмотки равном величине воздушного зазора на внутреннем радиусе межполюсногого пространства т.е. когда компенсационная обмотка не располагается в пазах полюсов, конфигурация магнитного поля полностью определяется профильной поверхностью полюсов и аналогична конфигурации поля классического бетатрона (рис.3 кривая 1, рис. 4). По мере увеличения аксиального размера обмотки показатель спада в области близком к внутреннему радиусу межполюсного пространства уменьшается (рис. 3 кривые 2,3), однако область устойчивого движения практически не изменяется. При этом показатель спада на равновесном радиусе остается без изменений, при условии неизменности самого равновесного радиуса. Так происходит до тех пор, пока аксиальный размер обмотки меньше двойного воздушного зазора на равновесном радиусе. При дальнейшем увеличении размера обмотки значение показателя спада меняется не только в области малых радиусов, но и на равновесном радиусе (рис. 5). Область устойчивого движения резко изменяется, что приводит к уменьшению ускоряемого заряда, и, следовательно, к снижению мощности экспозиционной дозы излучения. Поэтому предельным аксиальным размером компенсационной обмотки можно принять двойную величину межполюсного зазора на равновесном радиусе.

1.0 1

0.8

О.й

N(1,0)

0.4

0.2

0.0 0

0.035 г Ер

Рис. 3. Изменение показателя спада поля при увеличении аксиального размера компенсационной обмотки для магнитной системы БПМ на энергию 6 МэВ.

Предельный радиальный размер обмотки необходимо рассчитывать из условий допустимой плотности тока компенсационной обмотки (8 А/мм2) и возможности достижения требуемой конечной энергии ускоренных

12

/

1 /

з /у

/ 3

0.04 0.05 0.06 0 07 0.03

электронов. Поскольку для магнитных систем

малогабаритных БПМ радиальный размер

компенсационной обмотки по вышеупомянутым условиям может

изменяться в небольших пределах, его влияние на топографию магнитного поля незначительно.

Моделирование магнитных систем БПМ с разбитой компенсационной обмоткой на нижнюю и верхнюю половину и не выходящих из пазов полюсов, которые предлагались рядом авторов, показало, что в этом случае система будет не работоспособной, поскольку область устойчивого движения становится очень малой, и в пределе вырождается в точку (рис.6).

Рис. 5. Показатель спада поля, когда аксиальный размер компенсационной обмотки больше двойной величины межполюсного зазора на равновесном радиусе БПМ на энергию бМэВ.

В диссертационной работе приведены результаты экспериментальных измерений управляющих полей двух магнитных систем БПМ. Первый электромагнит БПМ на энергию 2.5 МэВ, в котором высота компенсационной обмотки равна межполюсному зазору на равновесном радиусе, т.е. почти не входит в пазы полюсов. Второй электромагнит БПМ на энергию 7.5 МэВ, в котором высота компенсационной обмотки предельно возможная. Для оценки показателей управляющего поля использовалась специализированная аппаратура собственного изготовления и предложенная методика, которая

13

Рис.4. Область устойчивого движения электронов при аксиальном размере компенсационной обмотки меньшем двойной величины межполюсного зазора на равновесном радиусе.

отличается тем, что для определения характеристик магнитного поля во всем межполюсном зазоре электромагнита необходимо выполнить измерение наведенных ЭДС на различных радиусах в одной медианной плоскости, причем все измеренные данные являются начальными условиями при описании управляющего поля. Данная методика предполагает численное решение системы дифференциальных уравнений относительно векторного магнитного потенциала, и ее можно рассматривать как эффективный компромиссный вариант между быстрым и неточным аналитическим описанием магнитного поля, который требует минимального количества измеренных точек, и очень трудоемким измерением множества точек во всем объеме межполюсного пространства. Следует отметить хорошее согласие расчетных и экспериментальных данных, поэтому в дальнейших работах предполагается снизить долю физического моделирования управляющих полей электромагнитов бетатронов, заменив их численным.

Предложена инженерная

методика, позволяющая рассчитать электромагнит БПМ и его электрические характеристики, такие как энергия магнитного поля, индуктивности намагничивающей и компенсационной обмоток, взаимная индуктивность этих обмоток, эквивалентная индуктивность

системы последовательно-встречно

включенных обмоток. Эти данные Рис.6. Эквипотенциаль ккторного необходимы при расчете схем

магнитного потенциала шля БПМ штошия и выборе ОСНОвных при разбитой из две погогиин элементов этих схем. На основе компенсационной обмотие.

данной методики выполнены расчеты малогабаритных БПМ на энергии 3, 6, 9 МэВ. При этом геометрия межполюсного зазора определялась параметрами имеющихся в наличии ускорительных камер, разработанных для классических бетатронов на соответствующие энергии.

На базе этих камер в настоящее время изготавливаются все модели классических бетатронов на энергии от 2,5 до 9 МэВ. Данные расчетов и сравнение с моделями бетатронов классической конструкции представлены в таблице 2. Как видно из таблицы, нельзя сказать однозначно, что все модели БПМ лучше бетатронов классической конструкции. Основной критерий -мощность экспозиционной дозы излучения в моделях БПМ ограничена предельной частотой следования импульсов излучения. В свою очередь частота импульсов излучения в БПМ определяется предельно допустимой плотностью тока компенсационной обмотки. Плотность тока обмотки можно уменьшить за счет уменьшения энергии магнитного поля, т.е., как было показано в первой главе, изменением размеров межполюсного зазора. Увеличение аксиального и

Таблица 2.

Тип ускорительной камеры РБК- 3 БУК-6 РБК-14-9

Габаритные размеры камеры (с!вн <1виеш 5<>) 43x160x38 71x184x45 88x202x42

отношение у = !± 2,3 1,7 1,85

Значение показателя спада поля на равновесном радиусе 0,62 0,57 0,6

Энергия ускоренных электронов, МэВ 3 6 9

Радиус центрального сердечника, мм 15 26 32

Радиальный размер компенсационной обмотки, мм 6 9 12

Аксиальный размер компенсационной обмотки, мм 85 95 90

Максимальная частота следования импульсов излучения, Гц * 200 200 300

частота следования импульсов серийных бетатронов на те же энергии 400 200 400

Расчетная мощность экспозиционной дозы БПМ на расстоянии 1м. 1.0 р/мин 3.0 р/мин 15 р/мин

мощность экспозиционной дозы серийных бетатронов на те же энергии на расстоянии 1м. 2.0 р/мнн 3.0 р/мин 20 р/мин

Коэффициент У« по сравнению с бетатроном классической конструкции 1,22 1,38 1,29

Коэффициент Ус по сравнению с бетатроном классической конструкции 1,12 1,31 1,37

* при плотности тока компенсационной обмотки 8 А/мм и длительности импульса тока 1000 мкс.

уменьшение радиального размера даст положительный эффект, но для этого необходимо изменить размеры баллона ускорительной камеры. Таким образом, модели БПМ на базе имеющихся ускорительных камер по массогабаритным и энергетическим параметрам будут более выгодными в задачах, где не требуется высокая частота следования импульсов, или где режим работы бетатрона допускает большую плотность тока обмоток. Например, в медицинских бетатронах длительность облучения пациента составляет несколько минут, а длительность перерыва между повторными включениями

гораздо больше. В этом случае допустимая плотность тока может быть увеличена, и, соответственно, увеличена частота следования импульсов.

Также модели БПМ на базе имеющихся ускорительных камер выгодно применять на промежуточные значения энергии. Например, на базе камеры РБК-3 выпускается классический бетатрон на энергию 2,5 МэВ с частотой следования импульсов излучения 300 Гц. БПМ на ту же энергию с камерой РБК-3 будет иметь предельную частоту следования импульсов 400 Гц с таким же потреблением мощности от сети, а масса излучателя будет на 20% меньше. Другой пример - бетатрон на 5 МэВ для промышленного томографа на базе камеры БУК-6. БПМ на базе этой камеры будет иметь такую же частоту следования импульсов - 400 Гц, но потребление мощности от сети и масса излучателя будут меньше на 30% и 20% соответственно. Данные примеры показывают, что применение магнитной системы с подмагничиванием магнитопровода позволит дополнить линейку выпускаемых в настоящее время классических малогабаритных бетатронов более экономичными моделями на некоторые энергии для целей дефектоскопии, медицины и других областей, но полностью заменить модели малогабаритных классических бетатронов в настоящее время не удастся.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию схем питания БПМ, определению требований к схемам питания для обеспечения необходимых условий на этапах инжекции, ускорения и смещения ускоренных электронов, запуску бетатрона на излучение.

В работе приводятся несколько схем питания БПМ для магнитных систем со сбросом электронов на мишень и для систем с выведенным электронным пучком. На некоторые из них получены патенты РФ. Отличие всех предложенных схем питания БПМ от применяемых ранее - наличие возможности регулировки и стабилизации энергии ускоренных электронов. В настоящее время это требование является обязательным.

Одна из предложенных схем приведена на рис.7. В этой схеме, помимо основного колебательного контура УУ1, №2, С„, У2-У5, цепи подмагничивания ИП1, ¿01 параллельно диоду В2 подключена цепь ввода энергии ИП2, VI, которая служит для компенсации потерь за период импульса тока в тиристорно-мостовой схеме. С помощью тиристора VI источник постоянного напряжения ИГО включается на срезе импульса тока последовательно с электромагнитом. Поскольку через источник протекает ток, от него забирается энергия, которая вводится в воздушный зазор электромагнита. В установившемся режиме величина вводимой энергии равна энергии потерь в схеме за период и определяется выражением:

где Е — напряжение источника питания.

Поскольку эта величина зависит от времени включения тиристора ввода, то, меняя время включения, можно регулировать поступившую в контур

(6)

о

электрическую энергию, а значит, и энергию ускоренных электронов. Это и используется для стабилизации энергии ускоренных электронов. При исследовании БПМ в предыдущих работах указывалось, что таким магнитным системам необходима коррекция равновесного радиуса в начале цикла ускорения. Это связано с нелинейностью кривой намагничивания замкнутого магнитопровода. Поэтому цепь коррекции в таких схемах питания обязательна.

Нами эта цепь (ИГ13, 113, М, Ск, Кк) была позаимствована из [6], но ее работа в данной схеме несколько отличается.

Во всех предыдущих работах предварительно заряженный конденсатор цепи коррекции подключался к компенсационной обмотке вместе с тиристорами основного контура. Авторы схем не обращали внимания на то, что цепь коррекции является тоже цепью ввода энергии. Но, поскольку эта цепь подключена только к одной обмотке, ввод энергии осуществляется не в межполюсный зазор электромагнита, а в замкнутый магнитопровод. Под действием этой энергии центральный сердечник перемагничивается и его индукция к моменту инжекции будет не -Вс гаах, а -В„ которая меньше -Вс тах Действие цепи коррекции равносильно уменьшению тока подмагничивания, что вызывает уменьшение конечной энергии ускоренных электронов. Это уменьшение зависит от сечения центрального сердечника, сечения обратного магнитопровода и напряжения инжекции. По проведенным магнитным измерениям проигрыш по энергии для БПМ на энергию 2,5 МэВ составил 0,6 МэВ, а для БПМ на энергию 7,5 МэВ это значение составило 0,35 МэВ. Поскольку мощность экспозиционной дозы излучения и энергия ускоренных электронов связаны между собой кубической зависимостью, то для бетатронов на большие энергии это несущественно, но для 2,5 МэВ-ного БПМ интенсивность излучения будет в 2,27 раз ниже.

Для того, чтобы этого избежать, необходимо включать тиристор цепи коррекции непосредственно в момент ввода электронов в камеру. Действительно, до момента инжекции абсолютно не важно, что бетатронное соотношение не выполняется, и радиус равновесной орбиты не соответствует расчетному. Важно выполнить все условия после инжекции электронов в камеру бетатрона. Если цепь коррекции начинает работу вместе с инжекцией, то подключенный конденсатор цепи коррекции будет разряжаться, отдавая запасенную энергию в замкнутый магнитопровод, но в этом случае вызванное изменение индукции в центральном сердечнике будет ускорять электроны, причем равновесный радиус будет скорректирован и соответствовать расчетному.

Другой особенностью является то, что в данной схеме эта цепь включается два раза за период ускорения. В первый раз как цепь коррекции равновесного радиуса, второй - как цепь сброса. Первоначально в схеме была предусмотрена отдельная цепь сброса электронов на внешнюю мишень. По своей работе это тоже цепь ввода энергии в замкнутый магнитопровод электромагнита, поэтому схема сброса аналогична цепи

коррекции. После подбора элементов цепи сброса (по уровню излучения) оказалось, что энергия цепи сброса БПМ на энергию 2,5 МэВ в 8 раз меньше энергии сброса классического бетатрона, а для БПМ на энергию 7,5 МэВ эти энергии отличаются в 10 раз. Конденсатор цепи коррекции работает в режиме неполного разряда, поэтому в нем остается большая часть запасенной энергии. Хотя величина этой энергии в 2-2,5 раза превышает требуемую для сброса энергию, совмещение цепи коррекции и сброса оправдано, поскольку при этом исключаются несколько элементов, а главное, источник напряжения.

Таким образом, когда эта цепь включается первый раз происходит частичный разряд конденсатора, компенсируя нелинейность кривой намагничивания, когда цепь включается в конце цикла ускорения конденсатор разряжается почти до нулевого значения, вызывая сброс электронов.

Еще одна особенность предложенной схемы питания - это возможность применения системы контрактора. В настоящее время все выпускаемые бетатроны классической конструкции имеют такую систему, поскольку это один из перспективных путей повышения числа ускоренных электронов. В БПМ такие системы не применялись.

При запуске на излучение с системой контрактора получили наибольшую мощность экспозиционной дозы, соответствующую расчетной. Поэтому можно сделать вывод: в БПМ, также как и в бетатроне классической конструкции, целесообразно применение контрактора.

Поскольку контрактор изменяет как равновесный радиус, так и топографию магнитного поля в рабочем зазоре электромагнита, а коррекция только равновесный радиус, то по результатам запуска БПМ на излучение можно сделать вывод: применяемые для улучшения техники ввода механизмы при нашей системе инжекции действуют в основном за счет быстрого изменения топографии управляющего поля.

В диссертационной работе приводятся осциллограммы токов, напряжений и магнитных индукций в схемах питания БПМ. Приведен пример расчета элементов схемы питания БПМ.

На базе исследованной схемы питания предложена схема питания БПМ на основе мощных ЮВТ транзисторов. Данная схема работает при неполном однополярном разряде основного емкостного накопителя, что позволяет получить в обмотках квазитреугольную форму тока. Данное

обстоятельство позволит уменьшить действующее значение тока в обмотках, что позволит повысить частоту следования импульсов и, следовательно, мощность экспозиционной дозы излучения.

Таким образом, в результате выполненной работы, теоретически и экспериментально показаны преимущества подмагничивания электромагнита бетатрона. Разработанные схемы питания позволяют наиболее экономично обеспечить условия ускорения в БПМ. Определены основные требования, которыми должны обладать схемы питания БПМ. Данные схемы являются простыми и многофункциональными, позволяют изменять положение равновесного радиуса на всем этапе ускорения только путем регулирования небольших дополнительных потоков энергий, поступающих в колебательный контур ускорителя (коррекция равновесного радиуса, работа контрактора, сброс электронов на внешнюю мишень).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе обзора магнитных систем бетатронов с подмагничнванием магнитопровода, применяемых ранее, и их схем питания обосновано, что для малогабаритного БПМ наиболее целесообразно применять систему с последовательно-встречным включением обмоток возбуждения и компенсационной. В этом случае следует ожидать наибольший технико-экономический эффект.

2. Теоретически обосновано, что для увеличения технико-экономического эффекта от подмагничивания целесообразно увеличивать аксиальный и уменьшать радиальный размеры, сохраняя объем области действия фокусирующих сил.

3. Математическим моделированием показано и экспериментально проверено, что конфигурация управляющего поля в рабочем объеме ускорителя определяется как профильной поверхностью полюсов, так и аксиальным размером компенсационной обмотки, что необходимо учитывать при проектировании межполюсного зазора электромагнита. Определены основные требования к геометрическим параметрам магнитных систем БПМ.

4. Предложена методика исследования фокусирующих свойств магнитного поля бетатрона на основе магнитных измерений в медианной плоскости электромагнита.

5. Показано, что использование магнитных систем БПМ, разработанных на базе имеющихся ускорительных камер малогабаритных бетатронов, позволит дополнить линейку выпускаемых в настоящее время классических малогабаритных бетатронов на энергию 2,5-10 МэВ более экономичными моделями на те же энергии для целей дефектоскопии, медицины и других областей.

6. Предложены, разработаны и экспериментально проверены схемы питания, которые позволяют наиболее экономичным образом использовать преимущества БПМ. Исследованы электрические процессы в разработанных схемах на этапах инжекции, ускорения и сброса. Определены требования, предъявляемые к схемам питания, для обеспечения условий ускорения на всех этапах.

7. На основании проведенных в данной работе теоретических и экспериментальных исследований разработаны и изготовлены электромагниты БПМ на энергию 2,5 и 7,5 МэВ. Бетатрон на 7,5 МэВ запущен на излучение и показал интенсивность излучения не хуже бетатрона классической конструкции при меньшем потреблении энергии и меньшей массе электромагнита.

Цитируемая литература:

1. Westendorp W.F. The use of direct current in induction accelerators.// Journ. Appl. Phys., 1945. V.16, №4, p.657-660

2. Kerst D.W. Methodof increasing betatron energy. // Journ. Phys. Rev., 1945, volume 68, № 2, p.233-234.

3. Васильев В.В., Москалев В.А., Фурман Э.Г. Бетатрон с подмагничиванием. // ПТЭ.- 1979.-№4.С.27-29.

4. Васильев В.В. Дисс. канд. техн. наук. - Томск: ТПИ, 1979.

5. Фурман Э.Г. Магнитная система индукционного ускорителя. - Авт. свидетельство № 524477. Бюллетень изобретений № 29, 1976.

6. Чертов A.C. Дисс. канд. техн. наук. - Томск: ТПУ, 2002.

По теме диссертационной работы опубликованы следующие работы:

1. Касьянов В.А., Рынков М.М., Филимонов A.A., Фурман Э.Г., Чахлов В.Л., Чертов A.C., Штейн М.М. Экспериментальное исследование малогабаритного бетатрона с подмагничиванием.// Сборник докладов X Международного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в промышленности и медицине, Санкт-Петербург, 1-4 октября, 2001г. - М.: ЦНИИ атоминформ, 2001. - С.113-116.

2. Рычков М.М., Чертов A.C. Конструкции электромагнитов бетатронов с последовательно-встречным включением обмоток возбуждения и компенсационной.//Труды VIII-ой Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии". Сб. докладов. Томск: Изд-во ТПУ,2002-С.102-104.

3. Рычков М.М. Анализатор магнитных полей малогабаритных бетатронов.// Труды VIII-ой Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии". Сб. докладов. Томск: Изд-во ТПУ, 2002 - С.98-100.

4. Рычков М.М., Чертов A.C. , Чахлов В Л. Бетатрон с размагничиванием магнитопровода с выведенным электронным пучком.//Известия Томского политехнического университета - 2002. - Том 305.-Вып.5. С.11-16.

5. Rychkov М.М. Chertov A.S. Feed circuit of betatron with the controlled energy of the extracted electrons.// 8-th International Scientific and Practical Conference of Students, Post-graduates and Young Scientists "Modern Techniques and Technology". Tomsk - 2002. - P.53-55.

6. Рычков M.M., Фурман Э.Г., Чертов A.C. , Чахлов В .Л. Конструкции бетатронов с размагничиванием магнитопровода.// Известия Томского политехнического университета. - 2002. - Том 305.-Вып.5. С.7-11.

7. Рычков М.М., Чахлов В.Л., Чертов A.C. Бетатрон с размагничиванием магнитопровода с выведенным электронным пучком.// Приборы и техника эксперимента. - 2003.- №4. С.1-4.

8. Рычков М.М. Чахлов В.Л. Схема питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода.// Материалы IV-ой международной научно-технической конференции "Электромеханические преобразователи энергии", посвященной 100-летию со дня рождения ректора ТПИ A.A. Воробьева. Сб. докладов. Томск: Изд-во ТПУ, 2009 - С.266-271.

9. Рычков М.М., Чертов A.C. Импульсная система питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода. Патент РФ № 2218678 от 22.12.03.

Ю.Рычков М.М., Фурман Э.Г., Чертов A.C. Конструкция электромагнита бетатрона с размагничиванием магнитопровода. Патент РФ №2230441 от 21.06.04.

11.Рычков М.М., Чертов A.C. Импульсная система питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода. Патент РФ № 2231938 от 27.06.04.

12.Волков В.Г., Рычков М.М., Токач Е.Ф., Филипьев A.M., Штейн М.М., Источник излучения радиационного дефектоскопа. Патент РФ №92285 от 10.03.10.

Подписано к печати 24.11.2010. Тираж 100 экз. Кол-во стр. 22. Заказ №53-10 Бумага офсетная. Формат А-5. Печать RISO Отпечатано в типографии ООО «РауШ мбх» Лицензия Серия ПД № 12-0092 от 03.05.2001г. 634034, г. Томск, ул. Усова 7, ком. 046 тел. (3822) 56-44-54

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОДМАГНИЧИВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТА БЕТАТРОНА.

1.1 Магнитная система бетатрона с подмагничиванием магнитопровода.

1.2 Схемы питания электромагнита бетатрона с подмагничиванием магнитопровода.•.

1.3 Работа бетатрона с подмагничиванием магнитопровода с последовательно-встречным включением обмоток.

1.4 К обоснованию выбора геометрических размеров межполюсногго

• пространства. БПМ.'.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОМПЕНСАЦИОННОЙ ОБМОТКИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ УПРАВЛЯЮЩЕГО ПОЛЯ БПМ.

2.1 Численное моделирование магнитных систем БПМ.

2.2 Экспериментальное исследование топографии управляющего поля БПМ.

2.3 Методика расчета магнитной системы бетатрона с подмагничиванием магнитопровода.

2.4 Конструкции БПМ на базе имеющихся ускорительных камер.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СХЕМ ПИТАНИЯ И ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАЛОГАБАРИТНОГО БПМ.•.

3.1 Схема питания БПМ со сбросом электронов на-внешнюю мишень.

3.2 Схема питания БПМ с выведенным электронным пучком.

3.3 Схема питания БПМ с пониженным потреблением электрической энергии.

3.4 Особенности работы схем коррекциии равновесного радиуса; смещения и контрактора в малогабаритном БПМ.

Актуальность работы. Бетатрон — индукционный ускоритель электронов [1], в настоящее время находи г широкое применение в дефектоскопии различных материалов, промышленных изделий [21, 23], в досмотровых системах [22], в» промышленных томографах [25], в медицине для лечения раковых заболеваний [26, 27]. Такой интерес обусловлен тем, что бетатроны выгодно отличаются от других типов ускорителей электронов простотой; малой массой, удобством в эксплуатации и малыми затратами на изготовление; что, конечно, приводит к сравнительно низкой-конечной цене готового ускорителя и низкой стоимости последующего обслуживания этих установок.

НИИ интроскопии при Томском политехническом университете является единственной в мире организацией, осуществляющей полный цикл производства бетатронных установок,- начиная от проектирования всех узлов ускорителя для конкретной задачи, и заканчивая установкой бетатрона у заказчика и проведения последующего обслуживания и ремонта. С развитием элементной базы, разработкой новых материалов и технологий, бетатроны постоянно совершенствуются и расширяют области своего применения. Однако, как и на протяжении всей истории своего развития, одним из важнейших требований по улучшению этих установок остаются уменьшение массы и габаритов ускорителя и увеличение интенсивности излучения. Решение этой задачи позволит расширить применение бетатронов для целей дефектоскопии, медицины и в других областях.

Из существующих методов повышения интенсивности бетатронов [1-20] применение подмагничивания магнитопровода электромагнита постоянным или импульсным током с целью увеличения энергии ускоренных электронов [16, 17, 18] представляет наиболее экономичный способ дальнейшего улучшения характеристик бетатрона, поскольку интенсивность излучения и энергия ускоренных электронов связаны между собой кубической зависимостью. За счет подмагничивания можно увеличить размах магнитной индукции в электромагните бетатрона. Данное обстоятельство позволяет либо уменьшить массогабаритные параметры электромагнита бетатрона, либо, без изменения массогабаритных параметров электромагнита, увеличить кинетическую энергию ускоренных электронов и повысить тем самым интенсивность излучения.

Диссертационные исследования выполнены в рамках тематического плана научно-исследовательских работ НИИ интроскопии Национального исследовательского Томского политехнического университета по дальнейшему развитию' одного из перспективных способов повышения интенсивности излучения бетатрона за счет подмагничивания его магнитопровода электромагнита постоянным или импульсным током.

Состояние вопроса. Работа бетатрона с подмагничиванием магнитопровода (БПМ) для увеличения энергии ускоренных электронов впервые рассмотрена в появившихся почти одновременно статьях Вестендорпа [20], Керста [19], Альмади и Феррети [29], Кайзера [24]. Ими была предложена одна и та же идея, развитию которой в дальнейшем был посвящен ряд работ [31, 34-36]. Как можно судить по литературным источникам, общее количество разработанных и построенных БПМ для увеличения энергии ускоренных электронов составляет не менее 12 установок, но реальный физический запуск на излучение осуществлен только на некоторых из них [16, 18], причем во всех работах указано на нестабильное ускорение электронов во времени от цикла к циклу, а полученная интенсивность излучения оказалась значительно ниже расчетной. Как правило, считалось, что применение подмагничивания магнитопровода целесообразно для ускорителей на большую энергию ускоренных электронов (от 15 МэВ и более), поэтому малогабаритные бетатроны не исследовались в этом направлении.

Развитие элементной базы, особенно в области коммутирующей аппаратуры, позволило повторно рассмотреть причины неудачных запусков БПМ и предложить более совершенные конструкции и схемы [38-46]. Так в работе [46] было проведено теоретическое и экспериментальное исследование малогабаритного БПМ, разработанного на базе серийно выпускаемого бетатрона ПМБ-6, который был запущен на излучение. Однако в. дальнейших разработках опыт запуска этого бетатрона мало пригодился, поскольку разработанный БПМ на энергию 2,5 МэВ показал интенсивность ниже классического бетатрона, а разработанный БПМ на энергию^ 12 МэВ для интраоперационной терапии [27] вовсе не был запущен на излучение. Это говорит о том, что, несмотря» на удачный запуск БПМ на энергию 6 МэВ, электромагнитные процессы в этом бетатроне изучены слабо и методика расчета узлов БПМ требует значительной корректировки.

Целью работы является теоретически обоснованное подтверждение возможности создания малогабаритного БПМ и его исследование.

Исходя из сформулированной цели, при выполнении работы поставлены следующие основные задачи: ,! \

- обзор магнитных систем бетатронов с подмагничиванием магнитопровода и их схем питания, выбор наиболее перспективных для создания малогабаритного БПМ;

- оценка влияния конструктивных параметров элементов магнитной системы БПМ на топографию управляющего поля, энергетические и массогабаритные показатели;

- разработка схем питания, позволяющих наиболее эффективным образом использовать преимущества БПМ;

- экспериментальное исследование бетатрона с подмагничиванием магнитопровода;

- оценка перспектив и целесообразности использования БПМ.

Методы исследований включали в себя математическое моделирование управляющих магнитных полей БПМ, экспериментальное исследование характеристик магнитных систем БПМ (топографии управляющего магнитного поля на основе магнитных измерений с использованием специализированной аппаратуры, энергии управляющего поля, энергии необходимой для сброса электронов на мишень, интенсивности излучения), экспериментальное исследование схем питания на основе современных коммутирующих элементов.

Научная новизна работы:

- расчетами показано, что снижение показателя спада поля в межполюсном зазоре БПМ приводит к уменьшению, энергии управляющего магнитного поля при сохранении объема области устойчивого движения электронов: При, этом изменение конфигурации межполюсного зазора электромагнита, которая связана с величиной показателя* спада поля; приводит к уменьшению, массы и габаритов электромагнита БПМ'.

- рассмотрены вопросы изменения конфигурации областей устойчивого движения ускоряемых частиц1 в зависимости от геометрических размеров компенсационной обмотки. Показано, что выбор ее геометрических размеров оказывает существенное влияние не только на технико-экономические показатели, но и на работоспособность системы в целом.

- предложены, изготовлены и экспериментально проверены схемы питания, позволяющие наиболее эффективным образом использовать преимущества БПМ.

- для разработанных схем оценено значение электрической энергии, необходимой для сброса электронов на внешнюю мишень за счет перераспределения токов в обмотках электромагнита БПМ. Показано, что значение этой энергии в 8-10 раз меньше энергии сброса классического бетатрона.

- экспериментально показано, что коррекцию радиуса равновесной орбиты в начале цикла ускорения, которая обязательна в БПМ из-за нелинейности кривой намагничивания замкнутого магнитопровода, целесообразно производить непосредственно в момент инжекции. В этом случае увеличивается конечная энергия ускоренных электронов, а, значит, и технико-экономический эффект от применения подмагничивания магнитопровода. - экспериментально показано, что применение дополнительной системы контрактора, улучшающей условия захвата электронов в ускорение, позволяет в 1,7-2,3 раза повысить интенсивность излучения БПМ.

Практическая значимость работы состоит в том, что на основании проведенных в диссертационной работе теоретических и экспериментальных исследований можно разрабатывать магнитные системы бетатронов с подмагничиванием магнитопровода с меньшими, чем у классических бетатронов, потребляемой мощностью, массой и габаритами электромагнита при сохранении интенсивности излучения.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы, а именно разработанные магнитные системы и схемы питания, а также полученные математические соотношения для* их расчета внедрены в НИИ интроскопии при ТПУ и используются для разработки бетатронов с подмагничиванием магнитопровода для целей дефектоскопии, медицины и других областей. По результатам! ¿-диссертационной работы запущен на излучение опытный образец бетатрона с подмагничиванием магнитопровода на кинетическую энергию ускоренных электронов 6 и 7.5 МэВ, который используется для проведения физических исследований.

Апробация работы. Основные положения и результаты* диссертационной работы обсуждались на научно-технических семинарах НИИ интроскопии при Томском политехническом университете, а также были доложены и обсуждены на:

Десятом международном совещании по применению ускорителей заряженных частиц в промышленности и медицине "Ускорители — 2001" (г. Санкт-Петербург, 2001 г.).

- Восьмой международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии" (г. Томск, 2002 г.).

- Четвертой международной научно-технической конференции "Электромеханические преобразователи энергии" посвященной 100-летию со дня рождения ректора-ТПИ A.A. Воробьева (г. Томск, 2009 г.). ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной'работы опубликовано 8 статей:

1. Касьянов В.А., Рычков М.М., Филимонов A.A., Фурман Э.Г., Чахлов B.JL, Чертов A.C., Штейн М.М. Экспериментальное исследование малогабаритного бетатрона с подмагничиванием.// Сборник докладов X Международного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в промышленности и медицине, Санкт-Петербург, 1-4 октября, 2001г. - М.: ЦНИИ атоминформ, 2001. - С. 113-116.

2. М.М. Рычков, B.JL Чахлов, Чертов A.C. Бетатрон с размагничиванием магнитопровода с выведенным электронным пучком.// Известия Томского политехнического университета - 2002. - Том 305.-Вып.5. С. 11-16.

3. Rychkov М.М., Chertov A.S. Feed circuit of betatron with the-controlled energy of the extracted electrons.// 8-th International Scientific and Practical Conference of Students, Post-graduates and Young Scientists "Modern Techniques and Technology". Tomsk - 2002. - P.53-55.

4. Рычков M.M., Чертов A.C. Конструкции электромагнитов бетатронов с последовательно-встречным включением обмоток возбуждения и компенсационной. // Труды VIII-ой Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии". Сб. докладов. Томск, 2002 г.

5. Рычков М.М. Анализатор магнитных полей малогабаритных бетатронов.// Труды VIII-ой Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии". Сб. докладов. Томск: Изд-во ТПУ, 2002 - С.98-100.

6. Рынков М.М., Фурман Э.Г., Чертов A.C., Чахлов В.Л. Конструкции бетатронов с размагничиванием магнитопровода.// Известия Томского политехнического университета. - 2002. - Том 305.-Вып.5. С.7-11.

7. Рычков М.М., Чахлов В.Л;, Чертов A.C. Бетатрон; с размагничиванием магнитопровода с, выведенным электронным, пучком.// Приборы И: техника эксперимента.— 2003 .- №4. С. 1-4

8. Рычков МлМ. Чахлов В.Л. Схема питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода.// Материалы: lV-ой международной научно-технической конференции- "Электромеханические преобразователи; энергии", посвященной 100-летию со дня рождения ректора ТПИ A.A. Воробьева. Сб. докладов. Томск: Изд-во:ТПУ, 2009- С.266-271. получены патенты Российской? Федерации- на изобретение:

9. Рычков М.М., Чертов A.C. Импульсная система питания? бетатрона; с размагничиванием магнитопровода. Патент РФ № 2218678 от 22.12:03.

10. Рычков М.М., Фурман Э.Г., Чертов A.C. Конструкция электромагнита бетатрона с размагничиванием магнитопровода; Патент РФ №2230441 от 21.06:04. '

11. Рычков М.М., Чертов A.C. Импульсная система питания; бетатрона с размагничиванием магнитопроводахЩатент РФ № 2231938 от 27.06.04.

12. Волков В.Г., Рычков М.М., Токач Е.Ф., Филипьев A.M.,. Штейн М.М., Источник излучения радиационного дефектоскопа. Патент РФ №92285 от 10.03.10.

Личный вклад автора в решении поставленных задач состоит: - в теоретическом обосновании возможности создания малогабаритного БПМ с лучшими характеристиками по сравнению с бетатроном классической конструкции; в разработке плана экспериментальных работ, проведении экспериментальных исследований, обработке результатов экспериментальных исследований;

- в определении перспектив и целесообразности использования БПМ

- в определении перспективных направлений дальнейшего развития диссертационных исследований.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка используемой литературы. Содержит 121 страницу машинописного текста, 50 рисунков, 3 таблицы и 90 библиографических ссылок. Тезисы, выносимые на защиту:

Выводы

На основании проведенных исследований схем питания БПМ можно заключить следующее:

1. Экспериментально показано, что в БПМ, при массогабаритных параметрах его электромагнита равных массогабаритным параметрам электромагнита классического бетатрона, за счет подмагничивания можно увеличить размах магнитной индукции в электромагните, что позволяет либо увеличить кинетическую энергию ускоренных электронов и повысить импульсную мощность экспозиционной дозы, либо при неизменной мощности дозы снизить на 20-30% потребляемую от сети мощность.

2. Экспериментально исследована цепь коррекции равновесного радиуса. Показаны особенности ее работы в малогабаритном БПМ.

3. Экспериментально проверена цепь коррекции, совмещенная с цепью смещения электронов на мишень. Установлено, что энергия для смещения электронов на мишень в 8-10 раз меньше энергии сброса в бетатроне классической конструкции.

4. Предложена схема питания БПМ на основе ЮВТ транзисторов, которая позволит уменьшить потребляемую от сети энергию при сохранении частоты следования импульсов излучения. Приведены выражения, позволяющие выполнить выбор основных элементов данной схемы.

5. Экспериментально подтверждена целесообразность применения в БПМ цепи контрактора, которая улучшает условия захвата электронов в ускорение и увеличивает мощность экспозиционной дозы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая работа посвящена исследованию и разработке малогабаритного бетатрона с подмагничиванием магнитопровода. Подробные выводы по всем рассмотренным вопросам приведены в каждой главе, поэтому сформулируем только основные результаты работы:

1. На основе обзора магнитных систем, бетатронов с подмагничиванием магнитопровода, применяемых ранее, и их схем питания обосновано, что для малогабаритного БПМ наиболее целесообразно, применять систему с последовательно-встречным включением обмоток возбуждения и компенсационной. В этом случае следует ожидать наибольший технико-экономический эффект.

2. Расчетами показано и экспериментально проверено, что в БПМ, геометрические размеры компенсационной обмотки оказывают существенное влияние на топографию управляющего магнитного поля, что необходимо учитывать при проектировании межполюсного зазора электромагнита. Выработаны основные требования к геометрическим параметрам магнитных систем БПМ.

3. Установлено, что для увеличения технико-экономического > эффекта от подмагничивания целесообразно увеличивать аксиальный и уменьшать радиальный размеры, сохраняя объем области действия фоккусирующих сил.

4. Показано, что использование магнитной системы БПМ, позволит дополнить линейку выпускаемых классических малогабаритных бетатронов на энергию 2,5-10 МэВ более экономичными моделями на теже энергии для целей дефектоскопии, медицины и других областей.

5. Предложена методика исследования фоккусирующих свойств магнитного поля бетатрона на основе магнитных измерений в медианной плоскости электромагнита.

6. Предложены, разработаны и экспериментально проверены схемы питания, которые позволяют наиболее экономичным образом использовать преимущества БПМ.

7. Получены и экспериментально проверены основные соотношения, позволяющие рассчитать основные узлы электромагнита и предложенных схем питания.

8. На основании проведенных в данной работе теоретических и экспериментальных исследований разработан, изготовлен и запущен на излучение малогабаритный бетатрон с подмагничиванием магнитопровода на кинетическую энергию ускоренных электронов 6 и 7.5 МэВ, который используется в НИИ ИН при ТПУ для проведения физических исследований.

В заключении автор выражает глубокую благодарность д.т.н., профессору Чахлову В.Л. за постоянный интерес к работе и научное руководство, заведующим лабораторий №43 и №41 НИИ ИН при ТПУ Штейну М.М. и Касьянову В.А. за техническое руководство, полезные дискуссии и предоставление материальной базы для проведения экспериментов, всем сотрудникам лабораторий № 43 и № 41, директору НИИ ИН при ТПУ Клименнову В.А. за содействие в выполнении настоящей работы.

Так же хотелось бы выразить особую благадарность д.т.н. Фурману Э.Г., который на протяжении многих лет развивал данное направление и является автором многих работ, посвященных БПМ. К сожалению, Эдвин Гугович рано ушел из жизни, но его вклад в понимание электромагнитных процессов БПМ способствовал выполнению ряда диссертационных работ, в том числе и этой.

1. Ананьев J1.M., Воробьев А.А., Горбунов В.И. Индукционный ускоритель элекгронов - бетатрон. М.: Госатомиздат, 1961.

2. Москалев В.А. Бетатроны. М.: Энергоиздат, 1981.

3. Окулов Б.В. О зависимости интенсивности тормозного излучения от энергии ускоренных электронов // Атомная энергия. -1968.- Т25.-Вып.5. — С.426.

4. Воробьев А.А., Кононов Б.А., Евстигнеев В.В. Электронные пучки бетатронов. М.: Атомиздат, 1974.

5. Москалев В.А., Окулов Б.В. О зависимости интенсивноси излучения бетатрона от напряжения инжекции. // Ж.Т.Ф. — 1962. — Т.32. Вып. 9. - С. 1040-1041.

6. Пушин B.C. Разработка и исследование эффективной системы инжекции для малогабаритного бетатрона с импульсным питанием. Диссертация, Томск, 1976.

7. Воробьев А.А., Москалев В.А. Сильноточный бетатрон и стереобетатрон. М.: Атомиздат, 1969.

8. Westendorp W. F. Magnet induction accelerators. USA patent №2660673, 1953.

9. Родимов Б.Н., Черданцев П.А., Медведева Т.А. О создании больших токов в бетатроне.// Известия ВУЗ. Физика.-1959. №5.- С.6

10. Ананьев JI.M. Разработка, исследование и применение переносных и малогабаритных бетатронов. Диссертация, Томск, 1967.

11. Чахлов B.JI. Малогабаритные бетатроны с пространственной и временной вариацией магнитных полей. Диссертация, Томск, 1983.

12. Ким М.В., Филимонов А.А., Ярушкин Ю.П. Разработка и исследование простых систем питания электромагнитов бетатронов токами повышенной частоты. // Доклад на VII Межвузовской конференции по ускорителям. Томск, 1968.

13. Родимов Б.Н. Теоретические основы получения больших токов в бетатроне. Диссертация, Томск, 1966.

14. Романов В.В., Чахлов В.Л., Нестеров А.С. Исследование эффективности применения контрактора в бетатроне типа ПМБ-6. // Труды НИИ ЯФ при ТПИ, вып.З, Атомиздат, М., 1973, с. 9-13.

15. Буров Г.И., Романов В.В., Чахлов B.JL, Штейн М.М. Устройство для увеличения интенсивности излучения бетатрона. Авт. свидетельство №473478 от 26.10.73.

16. Kerst D.W., Adams J.D., Koch H.W., Robinson C.S. An 80-Mev model of a 300-Mev betatron. // Journ. The Reviev of Scientific instruments, volume 21, № 5, p.462-480.

17. Kerst D.W., Adams J.D., Koch H.W., Robinson C.S. Operation of a 300-Mev betatron. // Journ. Phys. Rev., 1950, volume 78, № 3, p.297.

18. Васильев B.B., Москалев B.A., Фурман Э.Г. Бетатрон с подмагничиванием. // ПТЭ. 1979. - № 4.С.27-29.

19. Kerst D.W., Method of increasing betatron energy. // Phys. Rev., 1945, v.68, №2, p.233-234.

20. Westendorp W.F. The use of direct current in induction accelerators.// Jom. Appl. Phys, 1945, V.16, №4, p657-660.

21. Павловский А.И, Кулешов Г.Ф. и;др. // Тезисы докладов на Всесоюзной конференции "Разработка и практическое применение электронных ускорителей в народном хозяйстве". 5-7 сентября 1972 г., г. Томск.

22. Касьянов С.В. Применение бетатронов в радиографических досмотровых системах. // Известия Томского политехнического университета. Томск: ТПУ, Том 312, №2 2008. С. 134-137.

23. Ананьев JI.M, Чахлов В. Л, Штейн М.М. и др. Малогабаритные бетатроны и их применение в дефектоскопии. Дефектоскопия. — 1968. -№6.-С60-64.

24. Kaiser H.F. European induction accelerators. // Journ. Appl. Phys, 1947. V.18, №1, p.1-18.

25. Вайнберг Э.И, Вайнберг И.А, Касьянов В.А, Чахлов В.Л. Штейн М.М. Опыт применения бетатронов НИИ интроскопии при ТПУ в составекомпьютерных томографов "проминтро". // Известия Томского политехнического университета. Томск: ТПУ, Том 312, №2 2008. С.32-35.

26. Попович В.И., Зырянов Б.Н., Кицманюк З.Д., Мусабаева Л.И. "Интраоперационная и электронная терапия опухолей головы и шеи"-Томск: МГП "РАСКО" , 1999 145с.

27. Зырянов Б.Н., Афанасьев С. Г., Завьялов А.А., Мусабаева Л. И. "Интраоперационная лучевая терапия" Томск: STT, 1999 - 288с.

28. Amaldi Е., Ferretti В. A two possibly modification of the induction accelerators. //Rev. Sci. Instr., 1946, V.17, №10, P389-395.

29. Коломенский А.А., Лебедев A.H. Теория циклических ускорителей. M.: Физматгиз, 1962.31.0pperman R.H. New improvement willrise energy betatron from 100 MeV to 160 MeV.// Jour. Francdin Instr., 1946, V.242, p. 165-167.

30. Васильев B.B. Некоторые вопросыгразработки и исследования магнитных систем бетатронов с подмагничиванием. Диссертация, Томск, 1979.

31. Фурман Э.Г. Бетатрон с подмагничиванием. Томск: Изд. ТПУ, 2000.

32. Chen F.K. et al. Circular induction accelerator for borehole loggin. USA patent №5.122.662.

33. Chen F.K. Low-voltage modulator for circular induction accelerator. USA patent № 5.077.530.

34. Chen F.K. Electron orbit control in a betatron. USA patent, № 5.319.314.

35. Касьянов В.А. Разработка магнитной системы цилиндрического бетатрона и экспериментальная проверка его работоспособности. Диссертация. Томск, 1983.

36. Фурман Э.Г. Магнитная система индукционного ускорителя. Авт. свидетельство № 524477. Бюллетень изобретений № 29, 1976.

37. Васильев В.В., Москалев В.А., Фурман Э.Г. Магнитные системы циклических ускорителей с подмагничиванием. // Труды шестого Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. Дубна: Атомиздат, 1979, т.1, с.195-198.

38. Васильев В.В., Милютин Г.А., Москалев В.А., Фурман Э.Г. Коррекция равновесной орбиты в бетатроне с подмагничиванием. // Известия вузов. Физика.-1979.-№12. С.89-90.

39. Васильев В.В. К вопросу повышения энергии электронов в индукционном ускорителе. // В сб. "Новые методы исследования в теоретической электротехнике и инженерной электрофизике". Иваново, 1978, с.63-67.

40. Васильев В.В. К вопросу эффективности применения подмагничивания бетатронов. Рукопись депонирована в Информэлектро за №71-д/79.

41. Васильев В.В. Анализ процессов в магнитной системе бетатрона с подмагничиванием. Рукопись депонирована в Информэлектро за №177-д/78.

42. Васильев В.В., Фурман Э.Г. Импульсная система питания электромагнита бетатрона. // ТПЭ.-1977.- №З.С.24-26.

43. Фурман Э.Г. Системы питания импульсных электромагнитов с емкостными накопителями энергии. // ПТЭ.-1982.- №1. С.7-27.

44. Чертов A.C. Диссертация. Томск: ТПУ, 2002

45. Васильев В.В., Фурман Э.Г. Магнитная система бетатрона с подмагничиванием. //ПТЭ.-1982.- №1. С.30-33.

46. Васильев В.В., Фурман Э.Г. Магнитная система индукционного ускорителя. -Авт. свидетельство № 639393. Бюллетень изобретений, 1978, № 47.

47. Васильев В.В., Милютин Г.В., Фурман Э.Г. Магнитная система индукционного ускорителя. Авт. свидетельство № 736388. Бюллетень изобретений, 1980, № 19.

48. Васильев В.В., Фурман Э.Г. Магнитная система индукционного ускорителя.

49. Авт. свидетельство № 1064859.

50. Васильев В.В., Луконин Е.И., Фурман Э.Г. Импульсные системы питания сильноточных бетатронов. // Материалы Всесоюзной конференции "Разработка и практическое применение электронных ускорителей". Томск, изд-во ТГУ, 1975, с.50.

51. Васильев В.В. Магнитная система' индукционного ускорителя. — Авт. свидетельство № 670085. Бюллетень изобретений, 1979, № 23.

52. Васильев В.В., Фурман Э.Г. Магнитная система индукционного ускорителя.

53. Авт. свидетельство № 619071.

54. Б.Н. Родимов. Закономерности магнитного поля бетатрона. // Известия ТПИ., Т.87, с.3-10.

55. П.А. Черданцев. Об устойчивости равновесного электронного пучка в бетатроне. // Известия ТПИ., Т.87, с.3-10.

56. Филиппов М.Ф. Пособие по расчету циклических ускорителей. Бетатрон. -Томск: Изд-во ТПИ, 1974. ч. 1.

57. Окулов Б.В. О зависимости интенсивности тормозного излучения от энергии ускоренных электронов. // Атомная энергия, 1968, т.25, вып.5, с.426.

58. Гринберг А.П. Методы ускорения заряженных частиц. М., Гостехиздат, 1950.

59. Носков Д.А. Потенциальная функция фокусирующих сил магнитного поля бетатрона и ее практическое применение при настройке ускорителей. // Известия ТПИ., Т.87, с. 151-156.

60. Касьянов B.A., Фурман Э.Г., Чахлов В.Л., Чертов A.C. Бетатрон с подмагничиванием. // ПТЭ. 2002.- №1. С.5-9.

61. М'.М. Рычков, В.Л. Чахлов, Чертов A.C. Бетатрон с размагничиванием магнитопровода с выведенным электронным пучком.// Известия Томского политехнического университета.— 2002. — Том 305.-Вып.5. С. 11-16.

62. В.А. Москалев, М. Ф. Филиппов, А.Г. Скориков, Ю.М: Скворцов. Сильноточный импульсный стереобетатрон.// Известия ВУЗов СССР, Физика,1959, №5.

63. Касьянов В.А., Фурман Э.Г., Чахлов В.Л., Чертов A.C. Особенности расчета магнитной системы бетатрона с компенсационной обмоткой. // Изв. вуз. Физика. 2001.- №1. С.88-90.

64. В.А. Москалев. Сильноточный бетатрон. Труды VI Межвузовской конференции по электронным ускорителям. М: Энергия, 1968.

65. Рычков М.М. Анализатор магнитных полей малогабаритных бетатронов.// Труды VIII-ой Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии". Сб. докладов. Томск: Изд-во ТПУ, 2002 С.98-100.

66. Матвеев Н.М. Обыкновенные дифференциальные уравнения: Учеб. пособие для студентов пед. Ин-тов по физ.-мат. Спец. С.-Петербург: Специальная Литература, 1996.

67. В.А. Холмогоров. Диссертация. Томск 2001.

68. Демирчаи К.С.,Чечурин В.Л. Машинные расчеты электромагнитных полей. М;, Высшая школа; 1986.

69. Касьянов В;А., Фурман Э.Г., Чахл о в В. Л., Чертов A.C. Импульсная система питания: индукционного ускорителя. Патент РФ на изобретение № 2172574 от 20.08.2001 г. Бюл. № 23.

70. Рычков М.М., Фурман Э.Г., Чертов A.C., Чахлов В.Л; Конструкции бетатронов с размагничиванием магнитопровода.// Известия. Томского политехнического университета. 2002. — Том 305:-Выш5. С.7-Ш.; v

71. Рычков М.М., Чахлов В.Л:, Чертов A.C. Бетатрон с размагничиванием, магнитопровода с выведенным электронным пучком.// Приборы и. техника эксперимента. 2003.-№4. С. 1-4 .

72. Выгодский М:А. Справочник по высшей математике.—Мс: Наука, 1977.

73. Бессонов A.A. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1973. ■ ■

74. Рычков М.М., Чертов A.C. Импульсная система питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода. Патент РФ № 2218678 от 22.12.03.

75. Рынков M.M., Фурман Э.Г., Чертов A.C. Конструкция электромагнита бетатрона с размагничиванием магнитопровода. Патент РФ №2230441 от 21.06.04.

76. Wideroe R. // Arch. Electrotech. -1928. -V.21. -Р.387.

77. Джентри Ф. и др. Управляемые полупроводниковые вентили. Перевод с англ., под редакцией В.М. Тучкевича. Изд-во "МИР", М., 1967.

78. Чак Ф. и др. Силовая электроника. Примеры и расчеты. Перевод с англ., М.: Энергоатомиздат, 1982.

79. Хвастунов М.С. Циклический индукционный ускоритель. // Приборы и техника эксперимента. — 1981,- №3. С.20-23.

80. Тиристоры (Технический справочник). Пер. с англ., под ред. В.А. Лабунцова, С.Г. Обохува, А.Ф. Свиридова. Изд. 2-е, доп., М., "Энергия", 1971.

81. Рычков М.М., Чертов A.C. Импульсная система питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода. Патент РФ № 2231938 от 27.06.04.

82. Касьянов В.А., Фурман Э.Г., Чахлов В.Л., Чертов A.C. Бетатрон с подмагничиванием. // Сборник докладов XVII Совещания по ускорителям заряженных частиц, ГНЦ РФ ИФВЭ, Протвино, 17-20 октября 2000г. -Протвино, 2000. Т.2. - С.74-77.

83. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. В 2-х книгах. Кн. 1 /Под ред. В.В. Клюева. Под ред. В.В. Клюева. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1986.

84. Волков В.Г., Рычков М.М., Токач Е.Ф., Филипьев A.M., Штейн М.М., Источник излучения радиационного дефектоскопа. Патент РФ №92285 от 10.03.10.