Патент на изобретение №2297022

(54) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ РЕНТГЕНОВСКОЙ ПЛЕНКИ ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ СЪЕМКИ ВЗРЫВАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ

(57) Реферат:

Устройство содержит кассету с рентгеновской пленкой, размещенную в защитном металлическом корпусе с коническими стенками, помещенном в контейнер, в стенке которого, обращенной к рентгенографическому взрывающемуся объекту, выполнена амбразура. Устройство защиты рентгеновской пленки снабжено отражателем в виде пластин, клиновидно установленных перед амбразурой симметрично оси контейнера с углом раствора в направлении кассеты. Передняя крышка защитного корпуса выполнена двухслойной, при этом наружный слой выполнен из пластика с прочностью на сжатие выше 10 кг/мм² и плотностью меньше 1,4 г/см. Технический результат – осуществление защиты рентгеновской пленки при съемке взрывающихся объектов без использования химических ВВ, обеспечение получения полного снимка без затенения части снимка элементами защиты пленки. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Настоящее устройство относится к технике регистрации процессов во взрывающихся объектах, а именно к устройствам защиты рентгеновской пленки от повреждений при проведении съемки взрывающихся объектов.

Известна традиционная кассета для защиты рентгеновской пленки, содержащая скрепляемые по периметру боковые стенки, между которыми располагается пакет из светонепроницаемой бумаги с рентгеновской пленкой и усиливающими экранами по обеим поверхностям пленки. Рентгеновские усиливающие экраны, поглощая рентгеновское излучение, преобразуют поглощенную энергию в видимое излучение с максимумом интенсивности в области синих и ультрафиолетовых лучей, к которым наиболее чувствительна фотоэмульсия пленки, что позволяет сокращать выдержки при снимках в 25-40 раз (SU, а.с. №1046732, МПК G03В 42/02, “Комплект для получения рентгеновских снимков”, опубл. 07.10.83).

Недостатком традиционной кассеты, который проявляется при проведении съемки взрывающихся объектов, является то, что она не защищает пленку от поражающего воздействия осколков и ударных волн, сопровождающих взрыв снимаемого объекта.

Известно устройство защиты рентгеновской пленки от повреждений при проведении взрывных опытов, содержащее кассету с рентгеновской пленкой в защитном корпусе, который помещен в контейнер, в стенке которого, обращенной к рентгенографируемому взрывающемуся объекту, выполнена амбразура. Перед амбразурой в плоскости, проходящей через ось рентгенографируемого лайнера, установлен взрывной затвор в виде двух металлических пластин и клиновидного заряда ВВ между ними, с детонатором и детонационным каналом на торце заряда ВВ (RU заявка №2002130877, МПК⁷ G03В 42/02 “Устройство защиты рентгеновской пленки в экспериментах с магнитной имплозией лайнера” авторов Чернышев В.К. и др., опубл. 10.05.2004 г.

Известное устройство защиты рентгеновской пленки работает следующим образом.

На рентгенографируемый исследуемый объект подается импульс рентгеновских лучей, которые, просвечивая исследуемый взрывающийся объект, достигают рентгеновской пленки, и создают на ней изображение объекта в интересующий (заранее планируемый) момент времени.

Заметим, что взрывной затвор расположен в средней плоскости и в момент прохождения лучей находится в сложенном состоянии и затеняет только небольшую часть снимка, что позволяет получить изображение высокого качества на остальной незатеняемой части снимка. Одновременно с подачей импульса рентгеновских лучей производится подрыв заряда ВВ во взрывном затворе с торца, противоположного рентгенографируемому взрываемому объекту. Пластины взрывного затвора разлетаются и перекрывают пространство перед амбразурой (после подачи рентгеновского импульса), защищая тем самым амбразуру от осколков, и пленка с рентгеновским изображением сохраняется.

Недостатком известного устройства является то, что взрывной затвор в сложенном состоянии затеняет часть получаемого снимка объекта, в то время как во многих случаях требуется получать полный снимок по всей площади.

Второй недостаток связан с тем, что разрушительное воздействие от регистрируемого объекта в физических экспериментах может осуществляться не только из-за взрывного действия химических ВВ, но также и от других факторов, например от действия сверхсильного мультимегаамперного тока на современных мультимегаамперных стационарных конденсаторных установках.

Разрешение на применение химических ВВ в экспериментальных залах таких электрофизических установок может отсутствовать, что не разрешает использовать техническое решение прототипа на таких установках.

Задачей, на которую направлено настоящее изобретение, является осуществление защиты рентгенографической пленки без затенения части снимка и также расширение области применения устройства защиты пленки.

Техническим результатом является осуществление защиты рентгеновской пленки при съемке взрывающихся объектов без использования химических ВВ, что расширяет область применения устройства защиты пленки, в том числе в экспериментальных залах научных электрофизических установок, где применение химических ВВ не разрешено.

Также обеспечивается получение полного снимка без затения части снимка элементами защиты пленки.

Технический результат достигается тем, что устройство защиты рентгеновской пленки при проведении съемки взрывающихся объектов, содержащее кассету с рентгеновской пленкой, размещенную в защитном металлическом корпусе с коническими стенками, помещенном в контейнер, в стенке которого, обращенной к рентгенографируемому взрывающемуся объекту, выполнена амбразура, снабжено отражателем в виде пластин, клиновидно установленных перед амбразурой симметрично оси контейнера с углом раствора в направлении кассеты. Передняя крышка защитного корпуса выполнена двухслойной, при этом наружный слой выполнен из пластика с прочностью на сжатие выше 10 кг/мм² и плотностью меньше 1,4 г/см³.

Устройство защиты пленки может быть дополнительно снабжено ствольным устройством метания для вбрасывания протяженного стержня между отражателем и амбразурой в плоскости симметрии отражателя. Устройство ствольного метания удобно выполнить на основе водородно-кислородной газовой смеси.

Вбрасываемый стержень может быть выполнен двухслойным, причем наружный слой выполнен из материала большей твердости, чем у материала внутреннего слоя.

Конические стенки защитного корпуса выполнены из алюминиевого сплава. Контейнер выполнен из стали.

Конические стенки защитного корпуса скреплены между собой кольцом с завальцованными (загнутыми) краями, удерживающими конические стенки.

Защитный корпус кассеты установлен в контейнере с зазором, причем между боковыми стенками контейнера и защитным корпусом размещены демпфирующие прокладки.

То, что в устройстве используется отражатель клиновидной формы, размещаемый перед амбразурой, обеспечивает эффективное отражение осколков и ударной волны от амбразуры.

Это обеспечивается тем, что стенки клиновидного отражателя расположены под острым углом по отношению к осколкам и ударной волне, исходящих из рентгенографируемого взрывающегося объекта. При этом осколки и ударная волна рассеиваются из углового сектора, который направлен на амбразуру, за счет рикошетного отражения, что требует на порядок меньше затрат энергии, чем для улавливания и остановки осколков и ударной волны. Такое рикошетное рассеивание осколков может обеспечиваться очень тонкими стенками (толщиной ˜1 мм алюминия), которые прозрачны для рентгеновских лучей и не затеняют, как в прототипе, часть рабочего снимка, т.е. позволяют получить рентгеновский снимок взрывающегося объекта целиком, даже при большом количестве ВВ во взрывающемся объекте.

Из рентгенографируемого взрывающегося объекта могут исходить осколки с различными значениями скоростей. Быстрые осколки могут разрушить клиновидный отражатель, после чего более медленные осколки могут достигнуть защитного корпуса кассеты.

Поэтому при большой взрывной силе рентгенографируемого объекта требуется многоэшелонная ступенчатая защита рентгеновской пленки.

Выполнение стенки защитного корпуса двухслойной и выполнение переднего (наружного) слоя из пластика с прочностью выше (10…40) кг/мм², близкой к прочности алюминия, из которого выполняется основной слой стенки защитного корпуса, и меньшей плотностью (не выше 1,4 г/см³) обеспечивает то, что осколок теряет энергию на генерацию волны в пластиковом слое.

За счет небольшой плотности пластика давление ударной волны в пластике, генерируемое ударом осколка, меньше, чем давление при непосредственном ударе осколка в преграду из алюминия, т.е. ударная волна смягчается пластиком, и когда она достигает второго слоя из алюминия, то этот слой выдерживает ослабленную волну без разрушения.

Устройство ствольного метания обеспечивает вброс стержня в зону, которая расположена напротив вершины клиновидного отражателя осколков. В зоне вершины клиновидного отражателя несколько ослабляется механизм рикошетного отражения осколков. Вброс стержня обеспечивает дополнительное повышение эффективности устройства защиты в этой опасной зоне. Необходимо отметить, что в ряде проведенных экспериментов применялась система защиты без вбрасывания дополнительного стержня, и уже без вброса стержня была обеспечена защита пленки. Поэтому признак с устройством для вбрасывания стержня следует рассматривать как дополнительный.

Выполнение наружного контейнера из стали, а защитного корпуса кассеты из алюминия позволяет значительно увеличить массу наружного контейнера по сравнению с массой защитного корпуса. Это приводит к уменьшению ускорения наружного контейнера, вызываемого воздействующими на него ударными волнами, и способствует снижению инерционных перегрузок, и, соответственно, уменьшению инерционных сил, действующих на корпус кассеты и рентгеновскую пленку до уровня, при котором не происходит повреждения светочувствительного слоя рентгеновской пленки.

Применение кольца с завальцованными (загнутыми) по окружности краями для скрепления конических стенок защитного корпуса позволяет существенно уменьшить диаметр защитного корпуса и устранит концентрацию механических напряжений в зоне контакта соединения деталей и этим повысит прочность корпуса.

И, наконец, размещение демпфирующих прокладок в зазорах между контейнером и защитным корпусом позволяет дополнительно уменьшить перегрузки, действующие на кассету после отбрасывания контейнера взрывной волной из зоны съемки.

Отметим особую существенность отличий по сравнению с прототипом, заключающуюся в замене взрывного затвора в виде двух металлических пластин и клиновидного заряда ВВ между ними (в прототипе) на отражатель в виде клиновидно установленных перед амбразурой пластин в настоящем изобретении. В прототипе металлические пластины в статике находятся в середине кадра в положении, близком к параллельному друг другу, и переводятся в оптимальное клиновидное положение взрывным действием заряда ВВ, расположенного между ними. При этом недостатками являются использование дополнительного заряда ВВ и также затенение затвором срединной части кадра. В настоящем изобретении пластины установлены клиновидно стационарно. При такой форме отражателя оказывается возможным отражать осколки и ударную волну при достаточно тонких пластинах, которые не мешают получению качественного снимка. При этом отсутствие дополнительных зарядов ВВ в элементах защиты рентгеновской пленки приводит к упрощению конструкции устройства и расширяет область его возможного применения.

На фиг.1 изображено заявляемое устройство защиты рентгеновской пленки в сечении вида сбоку.

На фиг.2 изображено заявляемое устройство защиты рентгеновской пленки в сечении вида сверху.

На фиг.3 приведена фотография пластины-свидетеля со следами от осколков, которая демонстрирует эффективность работы рикошетирующего клиновидного отражателя осколков.

На фиг.4 и фиг.5 приведены фотографии стенки защитного корпуса кассеты с пленкой после воздействия на нее осколков и ударной волны при рентгенографировании объекта с весом заряда ВВ в нем 75 кг. На фиг.4 показана стенка без дополнительного покрытия слоем пластика. На фиг.5 показана стенка, которая имела дополнительное покрытие слоем пластика.

На фиг.6 приведен рентгеновский снимок, полученный с помощью предлагаемой системы защиты.

Для съемки используется рентгеновская пленка 1, уложенная между двумя усиливающими экранами. Усиливающие экраны имеют специальный сцинциллирующий состав, который эффективно поглощает рентгеновские лучи и затем высвечивает поглощенную энергию в видимой области спектра, в которой рентгеновская пленка имеет максимальную чувствительность. Однако усиливающие экраны необходимо защищать от ударных волн, так как под действием ударных волн сцинциллирующий состав экранов способен давать излучение, которое может засвечивать пленку.

Кассета с пленкой 1 помещена в защитный корпус с коническими стенками 2. Диаметр корпуса 2 равен 200 мм. Толщина конических стенок 2 равна 5 мм, угол раствора – 135…140°, стенки 2 выполнены из алюминия. Коническая форма стенок обеспечивает их высокую прочность на сжатие, равную ˜17 тонн.

Важно, что наклон стенок, и, соответственно, их толщина по отношению к просвечивающим рентгеновским лучам одинаковы по всему полю снимка. Поэтому они при просвечивании дают равномерный фон на снимке, что не искажает изображение объекта.

Защитный корпус 2 помещен в стальной толстостенный контейнер 3, в передней стенке контейнера 4, обращенной к рентгенографируемому объекту 5, выполнена амбразура. Важным элементом устройства защиты пленки 1 является отражатель, выполненный в виде клиновидно установленных перед амбразурой пластин 6 толщиной всего лишь 1 мм из алюминия. Передняя коническая стенка 2 защитного корпуса выполнена двухслойной, при этом наружный дополнительный слой 7 выполнен в виде накладки из прочного пластика, например из финолона. Его плотность равна ˜1,1 г/см³, что существенно меньше, чем плотность алюминия, из которого выполнен внутренний слой 2 стенки защитного корпуса.

Отметим, что не менее эффективно выполнение дополнительного слоя 7 из углепластика.

При необходимости дополнительно к перечисленным элементам используется устройство ствольного метания в виде газовой пушки 8, выбрасывающей протяженный стержень 9 перед амбразурой в плоскость симметрии клиновидного отражателя 6. Для данного защитного устройства удобно использовать газовую пушку на основе кислородно-водородной смеси.

Конические стенки 2 защитного корпуса скреплены между собой тонким (толщиной 1 мм) стальным кольцом 10 с загибами краев, которые удерживают конические стенки на их границах.

Защитный корпус 2 установлен в контейнере 3 с кольцевым зазором, в котором размещена демпфирующая прокладка 11 из пенопласта.

Данное устройство предназначено для получения рентгеновского снимка объекта 5 во время взрывного процесса. Снимаемый объект 5 запитывался током амплитудой 35 миллионов ампер от взрывомагнитного генератора (ВМГ). Вес заряда 13 ВМГ взрывчатого вещества ВМГ составлял 75 кг. Мультимегаамперный ток генерировался за счет преобразования химической энергии взрывчатого вещества 13 в магнитную (уровень магнитной энергии порядка 5 МДж). Расстояние от заряда ВВ 13 до пленки весьма малое ˜0,45 м. Поэтому возможность сохранения пленки первоначально представлялась почти фантастической.

Работает устройство следующим образом.

Вначале инициируется взрыв заряда 13 во взрывомагнитном генераторе сверхсильного тока. С помощью преобразования химической энергии взрывчатого состава заряда 13 в электромагнитную энергию генерируется импульс тока амплитудой 35 миллионов ампер, направляемый в рентгенографируемый объект 5, в котором под действием тока происходит схлопывание цилиндрического лайнера со скоростью ˜10 км/сек (космического диапазона). Для определения того, в каком состоянии охлопывается цилиндрический лайнер, в интересующий момент подается вспышка рентгеновского излучения от рентгеновского аппарата 12.

Импульс рентгеновского излучения проходит через регистрируемый объект, затем через стенки защиты от осколков 6, 7 и 2 и создает на пленке изображение регистрируемого объекта.

Так как слой защиты небольшой (толщина слоя 6 равна 1 мм алюминия, толщина слоя 2 равна 5 мм алюминия и толщина слоя 7 равна 7 мм пластмассы), то интересующее изображение объекта 5 получается высокого качества.

Осколки и ударная волна, исходящие из рентгенографируемого объекта, начинают разлетаться. Первоначально осколки и ударная волна встречаются со стенками 6 клиновидного отражателя. На фиг.3 приведена фотография пластины-свидетеля из модельного опыта со следами от осколков, которая демонстрирует эффективность работы рикошетирующего клиновидного отражателя осколков. В модельном опыте для определения эффективности работы клиновидного отражателя 6 на месте фронтальной стенки контейнера была размещена алюминиевая пластина – свидетель. Большие рваные следы по бокам и чистое поле посередине показывают, что клиновидный отражатель почти полностью отражает осколки из защищаемого им сектора, который соответствует ширине амбразуры. Однако напротив линии встречи пластин 6 клиновидного отражателя (в вершине клина) на пластине – свидетеле наблюдается узкая полоска от мелких осколков. Снимок фиг.3 показывает, что клиновидный отражатель 6 уже обеспечивает эффективную защиту от осколков.

Для отражения мелких осколков газовая пушка 8 вбрасывает стержень 9 перед амбразурой, который перехватывает мелкие осколки напротив вершины клиновидного отражателя.

Клиновидная защита 6 и вбрасываемый стержень 9 отражает основную массу осколков.

От отдельных осколков, которые проникли через клиновидную защиту 6 и потеряли большую часть кинетической энергии, пленку защищают стенки защитного корпуса 7.

Работа защитного корпуса 2 иллюстрируют фотографии фиг.4 и фиг.5.

На фиг.4 показана стенка 2, которая устанавливалась в эксперименте без пластиковой накладки 7. Стенка оказалась пробита осколком.

На фиг.5 показана стенка 2, которая имела пластиковую накладку 7.

Стенка корпуса 2 в этом случае осталась целой. Пластиковая накладка 7 уменьшила концентрацию ударного воздействия осколка. Осколок разбил пластиковую накладку 7, потерял энергию и не сумел пробить основную защитную стенку 2 защитного корпуса.

Контейнер 3 взрывом заряда 13 (весом 75 кг) отбрасывается от места взрыва на несколько десятков метров. При этом малый вес внутреннего защитного корпуса 2, свободная установка защитного корпуса 2 в контейнере 3 с кольцевым зазором, наличие демпферной прокладки, а также крепление конусных стенок 2 защитного корпуса между собой стальным кольцом 10 с загибами краев, которые удерживают конические стенки на их границах, не создавая концентраторов напряжений, смягчают удары защитного корпуса 2 о внутренние стенки корпуса 3. Это обеспечивает сохранность рентгеновской пленки с рентгеновским изображением взрывающегося объекта.

Полученный при использовании предлагаемого устройства защиты пленки снимок охлопывающегося лайнера показан на фиг.6. Хорошее качество снимка подтверждает эффективность предлагаемого устройства защиты рентгеновской пленки.

Формула изобретения

1. Устройство защиты рентгеновской пленки при проведении съемки взрывающихся объектов, содержащее кассету с рентгеновской пленкой, размещенную в защитном металлическом корпусе с коническими стенками, помещенном в контейнер, в стенке которого, обращенной к рентгенографируемому взрывающемуся объекту, выполнена амбразура, отличающееся тем, что оно снабжено отражателем в виде клиновидно установленных перед амбразурой пластин с углом раствора в направлении кассеты, а передняя стенка защитного корпуса дополнительно покрыта слоем пластика с прочностью на сжатие выше 10 кг/мм² и плотностью меньше 1,4 г/см³.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено ствольным устройством метания для вбрасывания протяженного стержня между отражателем и контейнером в плоскость симметрии отражателя.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ствольное устройство метания выполнено в виде газовой пушки на основе кислородно-водородной смеси.

4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что выбрасываемый стержень выполнен двухслойным, причем наружный слой выполнен из материала большей твердости, чем у материала внутреннего слоя.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конические стенки защитного корпуса выполнены из алюминиевого сплава, а контейнер выполнен из стали.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конические стенки защитного корпуса скреплены между собой кольцом с завальцованными краями.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что защитный корпус кассеты установлен в контейнере с зазором, причем между боковыми стенками контейнера и защитным корпусом размещены демпфирующие прокладки.

РИСУНКИ