RU190946U1 - DEVICE FOR MEASURING THE MECHANICAL PULSE RETURN - Google Patents

DEVICE FOR MEASURING THE MECHANICAL PULSE RETURN Download PDF

Info

Publication number
RU190946U1
RU190946U1 RU2019112576U RU2019112576U RU190946U1 RU 190946 U1 RU190946 U1 RU 190946U1 RU 2019112576 U RU2019112576 U RU 2019112576U RU 2019112576 U RU2019112576 U RU 2019112576U RU 190946 U1 RU190946 U1 RU 190946U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
electron beam
disk
current electron
mechanical
Prior art date
Application number
RU2019112576U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Алексеевич Демидов
Евгений Давидович Казаков
Артём Алексеевич Курило
Андрей Иванович Потапенко
Семён Юрьевич Метёлкин
Руслан Вячеславович Ульяненков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2019112576U priority Critical patent/RU190946U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU190946U1 publication Critical patent/RU190946U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00Details of instruments
    • G01P1/02Housings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/09Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H5/00Direct voltage accelerators; Accelerators using single pulses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

Устройство относится к измерительной технике регистрации быстропротекающих процессов в динамических исследованиях, технике ускорителей, и может быть использовано в области исследования взаимодействия сильноточного пучка электронов с материалами (металлами и их сплавами). Техническим результатом полезной модели является определение амплитуды колебаний, возникающей в процессе воздействия сильноточного электронного пучка на исследуемый образец. Для его достижения предложено устройство для измерения механического импульса отдачи, состоящее из металлического корпуса, внутри которого с двух сторон обечайками и уплотнительной гайкой зажат металлический диск, к которому присоединены пьезодатчик и оправка с исследуемым образцом. 4 ил.The device relates to a measuring technique for registering fast processes in dynamic research, accelerator technology, and can be used in the field of studying the interaction of a high-current electron beam with materials (metals and their alloys). The technical result of the utility model is to determine the amplitude of oscillations arising in the process of exposure to a high-current electron beam on the sample under study. To achieve this, a device for measuring a mechanical recoil impulse is proposed. 4 ill.

Description

Область техникиTechnical field

Устройство относится к измерительной технике регистрации быстропротекающих процессов в динамических исследованиях, технике ускорителей и может быть использовано в области исследования взаимодействия сильноточного пучка электронов с материалами (металлами и их сплавами).The device relates to a measuring technique for registering fast processes in dynamic research, accelerator technology and can be used in the field of research of the interaction of a high-current electron beam with materials (metals and their alloys).

Уровень техникиThe level of technology

Исследования взаимодействия сильноточного пучка электронов с различными материалами являются актуальными как с точки зрения фундаментальных проблем, так и для решения прикладных задач. Однако для правильной интерпретации результатов и возможности сравнения расчетов с экспериментами необходимо знать долю энергии пучка, прошедшую на изменение внутреннего состояния вещества мишени (возбуждение ударных волн, нагрев и т.д.) и параметров разлетающейся плазмы (нагрев, возбуждение, ионизацию и т.д.), а также кинетическую энергию вещества, испаренного с облучаемой поверхности мишени. Проще всего это сделать, измерив механический импульс, переданный узлу мишени как целому, и определив массу испаренного вещества. Таким образом, механический импульс отдачи является важной характеристикой, позволяющей судить об эффективности воздействия сильноточного пучка электронов на вещество.Studies of the interaction of a high-current electron beam with various materials are relevant both from the point of view of fundamental problems and for solving applied problems. However, for correct interpretation of the results and the possibility of comparing calculations with experiments, it is necessary to know the fraction of the beam energy transmitted to the change in the internal state of the target substance (excitation of shock waves, heating, etc.) and the parameters of the expanding plasma (heating, excitation, ionization, etc. .), as well as the kinetic energy of the substance evaporated from the irradiated surface of the target. The easiest way to do this is by measuring the mechanical impulse transmitted to the target site as a whole, and determining the mass of the evaporated substance. Thus, the mechanical recoil momentum is an important characteristic, which makes it possible to judge the effectiveness of the action of a high-current electron beam on a substance.

Известно устройство для облучения образцов материалов электронами (патент на изобретение RU 2639767), в котором для удержания облучаемого образца материала имеется держатель образцов, охлаждаемый водой, которая поступает и отводится по трубкам водоохлаждения. Конструкция самого держателя подробно не раскрывается.A device for irradiating samples of materials with electrons (patent for invention RU 2639767) is known, in which to hold the irradiated sample of a material there is a sample holder cooled by water, which flows and is discharged through water cooling tubes. The design of the holder itself is not disclosed in detail.

Известен держатель для облучения образцов заряженными частицами (патент на полезную модель РФ 186334) предназначенный для создания конкретной формы локального облучения материала в процессе его облучения ускоренными заряженными частицами. Держатель состоит из ложемента с расположенными в нем отверстиями и двухсторонней площадкой для образцов и прижимной пластины с расположенными в ней отверстиями и проточками, выполненными в виде плоскопараллельных пластин цилиндрической формы. В прижимной пластине выполнены четыре отверстия, размеры и конфигурация которых соответствует заданной форме локального облучения, а также три резьбовых отверстия для соединения ее с ложементом и три отверстия для присоединения к источнику излучения.A known holder for irradiating samples with charged particles (Utility Model Patent RF 186334) is intended to create a specific form of local irradiation of a material during its irradiation with accelerated charged particles. The holder consists of a lodgement with openings located in it and a double-sided platform for samples and a pressure plate with openings located therein and grooves made in the form of plane-parallel plates of cylindrical shape. In the pressure plate there are four holes, the dimensions and configuration of which correspond to a given form of local irradiation, as well as three threaded holes for connecting it to the lodgment and three holes for connecting to the radiation source.

Данный держатель является вспомогательной частью оборудования ускорителей, разработан индивидуально под имеющийся в наличии ускоритель и конкретную научную задачу.This holder is an auxiliary part of the accelerator equipment, designed individually for the available accelerator and a specific scientific task.

Известен способ воспроизведения термомеханического действия рентгеновского излучения ядерного взрыва на образцы материалов (патент на изобретение РФ 2503958), при реализации которого показана схема установки для испытаний образцов многослойных материалов на прочность к действию рентгеновского излучения ядерного взрыва. Способ реализуется следующим образом. Испытываемый образец материала (структуры) устанавливают на мишень импульсомера, облучают образец высокоинтенсивным импульсным пучком электронов с требуемыми параметрами для создания термомеханических эффектов за счет поглощения в материале энергии и замеряют импульс давления, воспроизводимый в этом варианте. Импульс давления замеряется импульсомером.A known method of reproducing the thermomechanical effect of X-rays of a nuclear explosion on samples of materials (patent for the invention of the Russian Federation 2503958), the implementation of which shows the setup diagram for testing samples of multilayer materials for strength to the effects of X-rays of a nuclear explosion. The method is implemented as follows. The test sample of the material (structure) is placed on the target of the impulse meter, the sample is irradiated with a high-intensity pulsed electron beam with the required parameters to create thermomechanical effects due to the absorption of energy in the material and the pressure pulse is reproduced in this variant. The pressure pulse is measured by an impulse meter.

Однако детальные конструкции составных элементов установки подробно не раскрываются.However, detailed designs of the components of the installation are not disclosed in detail.

Сравнительный анализ методов определения импульса отдачи при лазерной абляции твердотельных мишеней приведен в статье (Е.Ю. Локтионов, Ю.С. Протасов, Ю.Ю. Протасов «Верификация методов определения импульса отдачи», Успехи прикладной физики, 2013, том 1, №4, стр. 439-449), в которой для регистрации импульса отдачи предложено использовать пьезоэлектрические датчики силы.A comparative analysis of methods for determining the recoil momentum during laser ablation of solid targets is given in the article (E.Yu. Loktionov, Yu.S. Protasov, Yu.Yu. Protasov "Verification of methods for determining the recoil momentum", Advances in Applied Physics, 2013, Vol. 1, No. 4, pp. 439-449), in which it is proposed to use piezoelectric force sensors to register the recoil pulse.

Раскрытие сущности полезной моделиDisclosure of the essence of the utility model

Технической проблемой, решаемой полезной моделью является создание компактного, автономного, универсального устройства, позволяющего определять механический импульс отдачи, возникающий при коротком времени воздействия какой-либо силы на исследуемый образец.The technical problem solved by the utility model is the creation of a compact, autonomous, universal device that allows determining the mechanical recoil momentum arising during a short time of action of any force on the sample under study.

Техническим результатом полезной модели является определение амплитуды колебаний, возникающей в процессе воздействия сильноточного электронного пучка на исследуемый образец.The technical result of the utility model is to determine the amplitude of oscillations arising in the process of exposure to a high-current electron beam on the sample under study.

Для достижения технического результата предложено устройство для измерения механического импульса отдачи, состоящее из металлического корпуса внутри которого с двух сторон обечайками и уплотнительной гайкой зажат металлический диск, к которому присоединены пьезодатчик и оправка с исследуемым образцом.To achieve a technical result, a device for measuring a mechanical recoil pulse is proposed, consisting of a metal body inside of which, on both sides, a metal disk is clamped by shells and a sealing nut, to which a piezo sensor and a mandrel with a test specimen are attached.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 схематично показано устройство для определения механического импульса отдачи, а на фиг. 2 принципиальная схема эксперимента, где:FIG. 1 schematically shows a device for determining a mechanical recoil pulse, and FIG. 2 circuit diagram of the experiment, where:

1 - металлический диск;1 - metal disk;

2 - обечайки;2 - shells;

3 - уплотняющая гайка;3 - sealing nut;

4 - металлический корпус;4 - metal case;

5 - исследуемый образец;5 - test sample;

6 - оправа;6 - rim;

7 - пьезодатчик.7 - piezo sensor.

8 - камера ускорителя;8 - accelerator chamber;

9 - дистиллированная вода;9 - distilled water;

10 - изолятор;10 - insulator;

11 - катод;11 - cathode;

12 - анодный узел.12 - anode node.

На фиг. 3 представлено фото металлического диска с присоединенными к нему пьезодатчиком и оправкой с исследуемым материалом.FIG. 3 shows a photo of a metal disk with a piezo sensor attached to it and a mandrel with the material under study.

На фиг. 4 представлена характерная осциллограмма испытаний.FIG. 4 shows a characteristic test waveform.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Устройство для измерения механического импульса отдачи показанное на фиг. 1 содержит металлический диск 1, зажимаемый по периферии с двух сторон обечайками 2 и уплотняемый гайкой 3, вкручивающейся в металлический корпус 4, который, в свою очередь, вкручивается в выходное отверстие вакуумной камеры, образуя диодный узел камеры ускорителя 8. Исследуемый образец 5 в виде диска диаметром 38 мм помещается в оправку 6. При коротком времени воздействия какой-либо силы (электронного пучка) на образец металлический диск начинает колебаться и амплитуда колебаний регистрируется с помощью пьезодатчика 7, подключенного к осциллографу (на фиг. 2 не показан). Схема эксперимента приведена на фиг. 2.A device for measuring a mechanical recoil pulse shown in FIG. 1 contains a metal disk 1 clamped on the periphery from two sides by the shells 2 and sealed with a nut 3 screwed into the metal case 4, which, in turn, is screwed into the outlet of the vacuum chamber forming the diode assembly of the accelerator chamber 8. The sample 5 in the form A disk with a diameter of 38 mm is placed in the mandrel 6. With a short time of action of any force (electron beam) on the sample, the metal disk begins to oscillate and the amplitude of oscillations is recorded using a piezoelectric transducer 7 connected to an oscillo the column (not shown in Fig. 2). The experimental design is shown in FIG. 2

Период колебаний металлического диска 1 описывается формулой 1:The period of oscillation of the metal disk 1 is described by the formula 1:

Figure 00000001
Figure 00000001

где:Where:

Т - период колебаний металлического диска, сT is the period of oscillation of the metal disk, with

D - диаметр диска, м;D is the diameter of the disk, m;

d - толщина диска, м;d — disk thickness, m;

ρ - плотность материала диска кг/м3,ρ is the density of the disk material kg / m 3 ,

Е - модуль Юнга материала диска, Па.E - Young's modulus of the disk material, Pa.

Для правильной работы такого датчика необходимо выполнить условие (2) для периода колебаний Т:For proper operation of such a sensor, it is necessary to fulfill condition (2) for the oscillation period T:

Figure 00000002
Figure 00000002

где:Where:

τ0 - длительность импульса отдачи, с. τ 0 - the duration of the recoil pulse, p.

Диск будет обладать большим периодом колебаний при меньшей толщине (из формулы (1), диаметр постоянен), условие (2) выполняется.The disk will have a large oscillation period with a smaller thickness (from formula (1), the diameter is constant), condition (2) is satisfied.

Ниже приведен пример конкретного выполнения устройства, который не ограничивает варианты его исполнения.Below is an example of a specific implementation of the device, which does not limit the options for its execution.

Толщина диска из нержавеющей стали варьируется от 1,15 до 1,50 мм, диаметр составляет 90 мм. Внешний вид диска 1 с закрепленными на нем пьезодатчиком 7 типа MSP6915-ND серии SENSOR MINISENSE 100 VERTICAL.7 и электрическим разъемом (на фиг. 1 не показан) представлен на фиг. 3.The thickness of the stainless steel disc varies from 1.15 to 1.50 mm, the diameter is 90 mm. The appearance of the disk 1 with a piezo-sensor 7 of the type SENSOR MINISENSE 100 VERTICAL.7 series MSP6915-ND and an electrical connector (not shown in Fig. 1) is shown in FIG. 3

Сигнал с пьезодатчика 7 регистрируется осциллографом «Тектроникс TDS 2024» (на фиг. 2 не показан), характерная осциллограмма испытаний с которого показана на фиг. 4.The signal from the piezoelectric transducer 7 is recorded with an oscilloscope "Tectronix TDS 2024" (not shown in Fig. 2), the characteristic test waveform from which is shown in Fig. four.

Таким образом, данное устройство позволяет измерять импульс отдачи.Thus, this device allows you to measure the recoil momentum.

Преимуществами устройства являются: простота конструкции, возможность присоединения к различным ускорителям (при подборе необходимого диаметра выходного отверстия) как в условиях вакуума, так и в условиях атмосферы, использование промышленного пьезодатчика 7 с подавлением высокочастотных шумов, что особенно актуально для ускорительной техники.The advantages of the device are: simplicity of design, the ability to attach to various accelerators (when selecting the required diameter of the outlet) both in vacuum and in atmospheric conditions, the use of industrial piezoelectric sensor 7 with suppression of high-frequency noise, which is especially important for accelerator technology.

Claims (1)

Устройство для измерения механического импульса отдачи, состоящее из металлического корпуса, внутри которого с двух сторон обечайками и уплотнительной гайкой зажат металлический диск, к которому присоединены пьезодатчик и оправка с исследуемым образцом.A device for measuring the mechanical recoil impulse, consisting of a metal case, inside of which, on both sides, a metal disk is clamped by shells and a sealing nut, to which is attached a piezo sensor and a mandrel with the test specimen.
RU2019112576U 2019-04-24 2019-04-24 DEVICE FOR MEASURING THE MECHANICAL PULSE RETURN RU190946U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112576U RU190946U1 (en) 2019-04-24 2019-04-24 DEVICE FOR MEASURING THE MECHANICAL PULSE RETURN

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112576U RU190946U1 (en) 2019-04-24 2019-04-24 DEVICE FOR MEASURING THE MECHANICAL PULSE RETURN

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU190946U1 true RU190946U1 (en) 2019-07-17

Family

ID=67309788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019112576U RU190946U1 (en) 2019-04-24 2019-04-24 DEVICE FOR MEASURING THE MECHANICAL PULSE RETURN

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU190946U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU210024U1 (en) * 2021-11-22 2022-03-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" DIODE ASSEMBLY FOR INVESTIGATION OF STRENGTH PROPERTIES OF PLASMA FACING MATERIALS UNDER POWERFUL PULSED ENERGY DELIVERY

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU673925A1 (en) * 1976-12-09 1979-07-15 Предприятие П/Я А-3759 Piezoelectric sensor
US4326143A (en) * 1977-10-25 1982-04-20 Kistler Instrumente Ag Piezoelectric acceleration pick-up
RU119873U1 (en) * 2012-03-19 2012-08-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" Piezosensor
RU2503958C1 (en) * 2012-08-08 2014-01-10 Федеральное бюджетное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" Method to reproduce thermomechanical impact of x-ray radiation of nuclear explosion at samples of materials
US20170059420A1 (en) * 2015-08-31 2017-03-02 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Piezoresistive detection resonant device in particular with large vibration amplitude

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU673925A1 (en) * 1976-12-09 1979-07-15 Предприятие П/Я А-3759 Piezoelectric sensor
US4326143A (en) * 1977-10-25 1982-04-20 Kistler Instrumente Ag Piezoelectric acceleration pick-up
RU119873U1 (en) * 2012-03-19 2012-08-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" Piezosensor
RU2503958C1 (en) * 2012-08-08 2014-01-10 Федеральное бюджетное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации" Method to reproduce thermomechanical impact of x-ray radiation of nuclear explosion at samples of materials
US20170059420A1 (en) * 2015-08-31 2017-03-02 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Piezoresistive detection resonant device in particular with large vibration amplitude

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU210024U1 (en) * 2021-11-22 2022-03-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" DIODE ASSEMBLY FOR INVESTIGATION OF STRENGTH PROPERTIES OF PLASMA FACING MATERIALS UNDER POWERFUL PULSED ENERGY DELIVERY

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Supponen et al. Shock waves from nonspherical cavitation bubbles
Coleman et al. Acoustic emission and sonoluminescence due to cavitation at the beam focus of an electrohydraulic shock wave lithotripter
RU2526492C2 (en) Method of determining directivity of radioactive radiation and apparatus for realising said method
RU190946U1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE MECHANICAL PULSE RETURN
WO2012056913A1 (en) Evaluation method and evaluation system for impact force of laser irradiation during laser peening and laser peening method and laser peening system
Uvarov et al. Radiation-acoustic control over the thermal parameter of construction materials irradiated by intense relativistic electron beams
Schreiner et al. 3D flow simulations and pressure measurements for the evaluation of cavitation dynamics and flow aggressiveness in ultrasonic erosion devices with varying gap widths
Li et al. Measurement technology of underwater explosion load: A review
Cui et al. A lab‐scale experiment approach to the measurement of wall pressure from near‐field under water explosions by a Hopkinson Bar
Bao et al. Impact-driven cavitation bubble dynamics
Loison et al. Laser shock-induced melting and fragmentation in metals
Diaci et al. A study of energy conversion during Nd: YAG laser ablation of metal surfaces in air by means of a laser beam deflection probe
Aizawa 3Pa4-4 Continuous generation of intense aerial ultrasound induced by pulsed laser
Zweigenbaum et al. Momentum measurements of laser produced plasma
Albul et al. Temperature dependence of the acoustic signal generated in water by a 200-MeV proton beam
Kuznetsov et al. Shadow optoacoustic method for measuring thermophysical characteristics of condensed materials under intense impulsive heating
Sobolev et al. Research of the possibility of applying the acoustic emission method in searching for internal defects in materials and structures
Frost Underwater pulsed pressure sources
Anderson et al. Non-shock initiation model for explosive families: experimental results
Karow et al. Particle-Beam-Driven ICF Experiments
Prokhorov et al. The Study of Evolution of Physical and Mechanical Properties of Metals Under Very High Cycle Fatigue
Manikanta et al. Dynamic response of metals and alloys to laser-induced shock waves
Hiraasawa et al. Nondestructive evaluation of fatigue damage on low alloy steel by magnetomechanical acoustic emission technique
Besov et al. Cavitation thresholds, free surface and cavity cluster dynamics in liquids at shock wave reflection
Palm et al. Ultrasonic Absorption Measurement