RU2573178C1 - Method of imaging high-speed process using proton radiation - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: method includes inputting a proton beam into at least one magneto-optical channel; changing the width of the proton beam by different values, which is carried out consecutively in the same magneto-optical channel; to this end, either after part of proton bunches passes through a scatterer, removing the scatterer or changing the thickness, and then passing the remaining part of proton bunches, or offsetting consecutive proton bunches relative to each other using magnetic lenses, and, using a different-thickness scatterer, passing the offset proton bunches through the region of the scatterer with a different thickness; after passing through the scatterer, using a system of matching magnetic lenses, forming a proton beam with parameters which correspond to parameters of the investigation region and the next magneto-optical proton imaging system; and illuminating the investigation region by consecutively passing proton bunches of different width; using multiple magneto-optical channels illumination of the investigation region is carried out at different angles, after which the proton beam that has passed through is directed to the magneto-optical proton imaging system consisting of at least two aperture-different lens systems, the aperture of each set corresponding to the proton beam of a defined width; both lens sets of the shadow proton imaging system are arranged in series in one magneto-optical channel.EFFECT: obtaining a high-quality image of the investigation region.4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к способам исследования быстропротекающих процессов, основанным на пропускании излучения через исследуемую область с последующим получением изображения, и может найти применение при исследовании материалов и объектов, подвергаемых динамическому нагружению, в частности радиографических способах регистрации изображений, сформированных с помощью протонного излучения.The invention relates to methods for studying fast processes, based on transmitting radiation through the studied area with subsequent image acquisition, and can find application in the study of materials and objects subjected to dynamic loading, in particular radiographic methods for recording images formed using proton radiation.

Задачей, стоящей в рассматриваемой области техники, является получение высококачественного изображения области исследования при приемлемых затратах на строительство, монтаж и обслуживание исследовательского комплекса.The challenge facing the field of technology is to obtain high-quality images of the research area at reasonable costs for the construction, installation and maintenance of the research complex.

Из предшествующего уровня техники известны способы формирования изображений быстропротекающего процесса с помощью протонного излучения, например способ, реализуемый с помощью макета радиографического комплекса на основе протонного ускорителя У-70 (ГНЦ РФ ИФВЭ, г. Протвино). Известный способ включает в себя следующие операции: ввод протонного пучка в один магнитооптический канал, формирование с помощью системы согласующих магнитных линз протонного пучка с фазовыми параметрами, соответствующими параметрам области исследования и системе формирования изображения, просвечивание области исследования путем пропускания через нее протонных сгустков, направление прошедших через область исследования протонных сгустков в магнитооптическую систему формирования протонного изображения, состоящую из линз, апертура которых соответствует ширине сформированного протонного пучка, и формирование теневого протонного изображения в плоскости регистрации. Methods for imaging a fast-moving process using proton radiation are known from the prior art, for example, a method implemented using a mock-up of a radiographic complex based on the U-70 proton accelerator (SSC RF IHEP, Protvino). The known method includes the following operations: introducing a proton beam into one magneto-optical channel, forming using a system of matching magnetic lenses of a proton beam with phase parameters corresponding to the parameters of the study area and the imaging system, scanning the study area by passing proton bunches through it, the direction of the passed through the field of study of proton clumps into a magneto-optical system for the formation of a proton image, consisting of lenses, apertures and which corresponds to the width of the formed proton beam, and the formation of a shadow proton image in the registration plane.

Один из недостатков известного способа связан с тем, что система линз, формирующих протонный пучок в области исследования, обеспечивает вывод протонного пучка с одной фиксированной шириной при том, что размер области исследования может меняться в процессе эксперимента. Это приводит к неэффективному использованию энергии протонов и снижению качества протонных изображений. One of the disadvantages of the known method is that the system of lenses that form the proton beam in the study area provides the output of the proton beam with one fixed width, despite the fact that the size of the study area can change during the experiment. This leads to inefficient use of proton energy and a decrease in the quality of proton images.

Для обеспечения эффективного использования протонов и повышения качества протонных изображений необходимо использовать, по крайней мере, два канала, реализующих известный способ, с магнитными линзами малой и большой аппретуры, а так же дополнительные системы разветвленной доставки излучения (с числом каналов не менее 2-х) к месту проведения эксперимента, стоимость и габариты которых составят существенную часть стоимости всего комплекса.To ensure the efficient use of protons and to improve the quality of proton images, it is necessary to use at least two channels implementing the known method with magnetic lenses of small and large size, as well as additional branched radiation delivery systems (with at least 2 channels) to the place of the experiment, the cost and dimensions of which will constitute a significant part of the cost of the entire complex.

Известен способ формирования изображения быстропротекающего процесса, который может быть реализован с помощью проектного варианта радиографического комплекса AHF, выполненного на основе синхротрона (Proton radiography, Physies Division Progress Report, 1999-2000, p. 156-168). Данный способ был принят в качестве прототипа как наиболее близкий к заявляемому способу по количеству сходных признаков и решаемой задаче. В комплексе AHF канал вывода протонного пучка за пределы периметра синхротрона связан с разветвленной системой доставки протонного пучка к месту проведения исследований, содержащей до 12-и каналов доставки. A known method of imaging a fast-moving process, which can be implemented using the design version of the radiographic complex AHF, made on the basis of a synchrotron (Proton radiography, Physies Division Progress Report, 1999-2000, p. 156-168). This method was adopted as a prototype as the closest to the claimed method in terms of the number of similar features and the problem to be solved. In the AHF complex, the proton beam output channel outside the synchrotron perimeter is connected to the branched proton beam delivery system to the research site, containing up to 12 delivery channels.

Способ, который можно реализовать с помощью радиографического комплекса AHF, включает в себя следующие операции:The method that can be implemented using the AHF radiographic complex includes the following operations:

- ввод протонного пучка, по крайней мере, в два магнитооптических канала с широкой и узкой апертурой, в частности - шесть с широкой и шесть с узкой апертурой,- introducing a proton beam into at least two magneto-optical channels with a wide and narrow aperture, in particular six with a wide and six with a narrow aperture,

- формирование ширины протонного пучка в каждом канале в соответствии с апертурой канала, для чего в каждом канале на пути следования протонных сгустков размещают рассеиватель. Рассеиватели выполняют в виде металлических пластин, отличающихся друг от друга толщиной, чем толще рассеиватель, тем шире пучок. При прохождении пучка через один из каналов он увеличивается в диаметре до 200 мм, при прохождении через другой - до 50 мм,- the formation of the width of the proton beam in each channel in accordance with the aperture of the channel, for which each channel in the path of the proton bunches place the scatterer. The diffusers are made in the form of metal plates, differing from each other in thickness, the thicker the diffuser, the wider the beam. When a beam passes through one of the channels, it increases in diameter up to 200 mm, when passing through another - up to 50 mm,

- сначала пучок направляют в канал с большой апертурой,- first, the beam is sent to a channel with a large aperture,

- после прохождения протонным пучком рассеивателя с помощью системы согласующих магнитных линз формируют протонные пучки с фазовыми параметрами, соответствующими параметрам области исследования и магнитооптической системы формирования протонных изображений,- after the proton beam passes through the scatterer using a system of matching magnetic lenses, proton beams are formed with phase parameters corresponding to the parameters of the study area and the magneto-optical proton imaging system,

- просвечивают область исследования, пропуская протонные сгустки сначала большей ширины,- illuminate the study area, passing proton clumps at first a larger width,

- при уменьшении области исследования в течение одного эксперимента направляют протонные сгустки в канал с меньшей апертурой- when the research area is reduced, proton clots are sent to a channel with a smaller aperture during one experiment

- просвечивают область исследования, пропуская протонные сгустки меньшей ширины,- illuminate the study area, passing proton clumps of smaller width,

- при использовании нескольких магнитооптических каналов их располагают под разными углами по отношению к месту исследования и просвечивание области исследования осуществляют под разными углами,- when using several magneto-optical channels, they are placed at different angles with respect to the place of study and the translucent of the study area is carried out at different angles,

- после прохождения протонных пучков с разных каналов через область исследования их направляют в соответствующие магнитооптические системы формирования протонных изображений, состоящие из линз, апертура которых соответствует ширине протонного пучка,- after the passage of proton beams from different channels through the study area, they are sent to the corresponding magneto-optical proton imaging systems consisting of lenses whose aperture corresponds to the width of the proton beam,

- формируют теневые протонные изображения в плоскости регистрации протонных изображений.- form shadow proton images in the plane of registration of proton images.

Данный способ устраняет недостатки предшествующего аналога, однако конструктивно-компоновочное решение проектного варианта радиографического комплекса AHF основано на применении большого количества магнитов, большого количества каналов формирования протонных изображений и их длины, что приводит к значительной стоимости строительства и больших затратах на обслуживание и эксплуатацию.This method eliminates the disadvantages of the previous analogue, however, the structural and layout solution of the design variant of the AHF radiographic complex is based on the use of a large number of magnets, a large number of proton imaging channels and their length, which leads to a significant construction cost and high maintenance and operation costs.

Техническим результатом заявляемого способа является уменьшение расходов на его осуществление при сохранении его функциональных возможностей (объем информации за время проведения одного опыта не уступает прототипу).The technical result of the proposed method is to reduce the cost of its implementation while maintaining its functionality (the amount of information during one experiment is not inferior to the prototype).

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе формирования изображения быстропротекающего процесса с помощью протонного излучения, включающем общие с прототипом признаки, а именно:The specified technical result is achieved due to the fact that in the method of forming an image of a fast process using proton radiation, which includes features common with the prototype, namely:

- ввод протонного пучка, по крайней мере, в один магнитооптический канал,- the introduction of a proton beam in at least one magneto-optical channel,

- изменение ширины протонного пучка путем размещения в магнитооптическом канале на пути следования протонных сгустков рассеивателя,- changing the width of the proton beam by placing in the magneto-optical channel along the path of the proton bunches of the scatterer,

- после прохождения рассеивателя пучка с помощью системы согласующих магнитных линз формирование протонного пучка с параметрами, соответствующими параметрам области исследования и магнитооптической системы формирования изображения,- after passing through the beam diffuser using a system of matching magnetic lenses, the formation of a proton beam with parameters corresponding to the parameters of the study area and the magneto-optical imaging system,

- поочередное просвечивание области исследования путем поочередного пропуска протонных сгустков различной ширины в одном эксперименте,- alternate transillumination of the study area by alternately skipping proton bunches of various widths in one experiment,

- при использовании нескольких магнитооптических каналов просвечивание области исследования осуществляют под разными углами,- when using multiple magneto-optical channels, the transillumination of the study area is carried out at different angles,

- направление протонного пучка, прошедшего область исследования, в магнитооптические системы формирования протонного изображения, состоящие, по крайней мере, из двух наборов линз, апертура каждого набора соответствует ширине протонного пучка, проходящего через него,- the direction of the proton beam that has passed the research area, in the magneto-optical systems for the formation of the proton image, consisting of at least two sets of lenses, the aperture of each set corresponds to the width of the proton beam passing through it,

- формирование теневых протонных изображений области исследования в плоскости изображений магнитооптической системы, - the formation of shadow proton images of the study area in the plane of the images of the magneto-optical system,

содержатся отличительные признаки, а именно:contains distinctive features, namely:

- изменение ширины протонного пучка на различные величины осуществляют последовательно в одном и том же магнитооптическом канале,- changing the width of the proton beam by various values is carried out sequentially in the same magneto-optical channel,

- для этого либо после прохождения части протонных сгустков через рассеиватель его удаляют или изменяют толщину, а затем пропускают оставшуюся часть протонных сгустков,- for this, either after passing part of the proton clumps through the scatterer, it is removed or the thickness is changed, and then the rest of the proton clumps are passed,

- либо смещают часть протонных сгустков с помощью магнитных линз относительно другой части и, используя разнотолщинный рассеиватель, смещенные части протонных сгустков пропускают через области рассеивателя с разной толщиной,- either displace part of the proton clumps using magnetic lenses relative to the other part and, using a different thickness scatterer, the displaced parts of proton clumps are passed through regions of the scatterer with different thicknesses,

- при этом оба набора линз системы формирования теневого протонного изображения размещают последовательно в одном магнитооптическом канале.- in this case, both sets of lenses of the shadow proton imaging system are placed sequentially in one magneto-optical channel.

Изменение толщины рассеивателя после прохождения через него части протонных сгустков может быть осуществлено либо путем его перемещения поперек движения протонных сгустков, при этом рассеиватель выполняют разнотолщинным, либо путем удаления электровзрывом или газодинамически его слоев, при этом рассеиватель выполняют многослойным.The thickness of the diffuser after passing through it part of the proton bunches can be changed either by moving it across the motion of the proton bunches, while the diffuser is made of different thicknesses, or by removing its layers by electric explosion or gas-dynamic, while the diffuser is multilayer.

В качестве рассеивателя может быть использована токопроводящая литиевая линза, фокусирующая или дефокусирующая протонные сгустки.As a diffuser, a conductive lithium lens focusing or defocusing proton bunches can be used.

При помощи второго набора линз системы формирования теневого протонного изображения можно формировать изображение с увеличенным масштабом.Using the second set of lenses of the shadow proton imaging system, an enlarged image can be formed.

Меняя ширину протонного пучка как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения в течение одного эксперимента в одном и том же магнитооптическом канале можно обойтись без дополнительных ответвлений магнитооптических каналов, при этом сохраняется объем информации о процессах, происходящих в области исследования, который возможно получить с помощью прототипа, следовательно уменьшаются затраты на осуществление способа формирования изображения.By varying the width of the proton beam both in the direction of increase and decrease in the course of one experiment in the same magneto-optical channel, additional branches of the magneto-optical channels can be dispensed with, while the amount of information about the processes occurring in the study area that can be obtained from using the prototype, therefore, the cost of implementing the image forming method is reduced.

Удаление рассеивателя после прохождения части протонных сгустков или изменение его толщины, а затем пропуск оставшейся части протонных сгустков или смещение части протонных сгустков с помощью магнитных линз относительно другой части и, используя разнотолщинный рассеиватель, пропуск смещенных частей протонных сгустков через области рассеивателя с разной толщиной позволяют осуществить изменение ширины протонного пучка поочередно на разные величины в одном магнитооптическом канале.Removing the scatterer after passing part of the proton clumps or changing its thickness, and then skipping the rest of the proton clumps or displacing part of the proton clumps using magnetic lenses relative to the other part and using a different thickness scatterer, passing the displaced parts of proton clumps through the diffuser regions with different thicknesses allows changing the width of the proton beam in turn by different values in one magneto-optical channel.

Изменение толщины рассеивателя после прохождения через него части протонных сгустков либо путем его перемещения поперек движения протонных сгустков, при этом рассеиватель выполняют разнотолщинным, либо путем удаления электровзрывом или газодинамически его слоев, при этом рассеиватель выполняют многослойным, позволяет быстро изменить ширину протонного пучка в требуемый момент, что исключает затраты на формирование и эксплуатацию дополнительных каналов.Changing the thickness of the scatterer after passing through it part of the proton clumps either by moving it across the motion of the proton clumps, while the scatterer is made of different thicknesses, or by removing its layers by an electric explosion or gasdynamic, while the scatterer is multilayered, it allows you to quickly change the width of the proton beam at the right time, which eliminates the cost of the formation and operation of additional channels.

Размещение наборов линз системы формирования протонного изображения последовательно, в одном магнитооптическом канале позволяет сформировать изображение при пропускании через область исследования пучков разной ширины без дополнительных разветвлений магнитооптических каналов.Placing the lens sets of the proton imaging system sequentially in one magneto-optical channel allows the image to be formed by passing beams of different widths through the study region without additional branching of the magneto-optical channels.

На фиг. 1 изображен схематично общий вид радиографичекого комплекса, позволяющего пояснить заявляемый способ, где: 1 - тоннель большого кольца, 2 - технологическое здание, 3 - здание бустера и линак, 4 - внешняя обваловка тоннеля, 5 - здание проведения эксперимента, 6 - тоннель каналов регистрации, 7 - измерительные здания, 8 - поглотители пучка 9 - тоннель каналов разводки, 10 - исследовательский канал, 11 - переезд через тоннель, 12 - здание управления комплексом. In FIG. 1 shows a schematic general view of a radiographic complex, which allows to explain the claimed method, where: 1 - a tunnel of a large ring, 2 - a technological building, 3 - a building of a booster and linak, 4 - an external embankment of a tunnel, 5 - a building for conducting an experiment, 6 - a tunnel of registration channels , 7 - measuring buildings, 8 - beam absorbers 9 - tunneling channels, 10 - research channel, 11 - moving through the tunnel, 12 - building complex management.

На фиг. 2 приведен пример размещения набора линз в системе формирования протонного изображения, при котором узкий и широкий пучки регистрируются последовательно в одном канале. Сплошными линиями показаны траектории протонов при широком пучке, штриховыми - при узком пучке. In FIG. Figure 2 shows an example of placing a set of lenses in a proton imaging system, in which the narrow and wide beams are recorded sequentially in one channel. The solid lines show the trajectories of protons for a wide beam, and the dashed lines for a narrow beam.

На фиг. 3 приведен частный случай последовательного размещения системы формирования протонного изображения, при котором вторая линзовая система формирует изображение с увеличением. In FIG. Figure 3 shows a particular case of the sequential placement of a proton imaging system, in which the second lens system forms an image with magnification.

На фиг. 4, 5, 6, приведены примеры реализации динамического изменения ширины протонного пучка в одном эксперименте. In FIG. 4, 5, 6, examples of the implementation of a dynamic change in the width of a proton beam in one experiment are given.

На фиг. 4 - при отклонении части сгустков от другой части при пропускании пучка через разнотолщинный рассеиватель, на фиг. 5 - при перемещении разнотолщинного рассеивателя с помощью взрывного устройства, на фиг. 6 - при использовании в качестве рассеивателя токопроводящей литиевой линзы, где: 13 - разнотолщинный рассеиватель, 14 - взрывчатое вещество, 15 - ударник, 16, 17 - литиевые магнитные линзы с разным значением магнитного поля, пунктиром показана ось орбиты.In FIG. 4 - when part of the clumps deviates from another part when the beam is transmitted through a diffuser of different thicknesses, in FIG. 5 - when moving a diffuser with a diffuser using an explosive device, FIG. 6 - when using a conductive lithium lens as a diffuser, where: 13 - a diffuser with different thicknesses, 14 - an explosive, 15 - an impactor, 16, 17 - lithium magnetic lenses with different magnetic field values, the axis of the orbit is shown with a dashed line.

В качестве примера конкретного выполнения, поясняющего заявляемый способ, может служить следующий радиографический комплекс на основе протонного ускорителя. Комплекс содержит импульсные источники тока, линейный ускоритель с выходной энергией протонов 40 МэВ, бустер-синхротрон с выходной энергией протонов 1,2 ГэВ и основной синхротрон с выходной энергией протонов 20 ГэВ. Кольцевые магнитные структуры синхротронов содержат дипольные поворотные магниты, магнитные линзы (квадрупольные, секступольные магниты), дипольные корректирующие бамп-магниты, кикер-магниты и септум-магниты соединены между собой и линейным ускорителем вакуумными каналами транспортировки протонного пучка. Линейный ускоритель также соединен с ловушкой для аварийного сброса протонного пучка. В основное кольцо синхротрона входят четыре системы вывода на основе кикер-магнитов, которые размещают перед каналами вывода протонного пучка из синхротрона, причем один из каналов направлен наружу, а три - внутрь периметра основного синхротрона. Внутри основного синхротрона также размещены три канала, входящих в систему доставки протонного пучка к месту проведения исследования. As an example of a specific implementation, explaining the claimed method, the following radiographic complex based on a proton accelerator can serve. The complex contains pulsed current sources, a linear accelerator with an output energy of protons of 40 MeV, a booster synchrotron with an output energy of protons of 1.2 GeV and a main synchrotron with an output energy of protons of 20 GeV. Synchrotron ring magnetic structures contain dipole rotary magnets, magnetic lenses (quadrupole, sextupole magnets), dipole corrective bump magnets, kicker magnets and septum magnets are connected to each other and a linear accelerator by vacuum proton beam transport channels. The linear accelerator is also connected to a trap for emergency proton beam discharge. Four output systems based on kicker magnets enter the main ring of the synchrotron, which are placed in front of the output channels of the proton beam from the synchrotron, one of the channels pointing outward, and three inside the perimeter of the main synchrotron. Three channels are also located inside the main synchrotron, which are part of the proton beam delivery system to the site of the study.

Каждый канал доставки протонного пучка к месту исследования включает систему формирования и регистрации протонографического изображения, элементы которой размещаются с обеих сторон исследуемого объекта, и заканчивается ловушкой для поглощения протонов. Система формирования и регистрации протонографического изображения содержит рассеиватели, каждый из которых установлен в канале доставки протонного пучка к месту исследования. Рассеиватель представляет собой двухсегментную разнотолщинную вольфрамовую пластину диаметром 15 мм, толщина одного сегмента - 1 мм, другого - 2 мм. После рассеивателя в каждом канале установлена система согласующих магнитных линз. После места проведения эксперимента 5 в канале размещают магнитооптическую систему формирования протонного изображения, состоящую из двух различных по апертуре линзовых систем, апертуры которых соответствует номиналам ширины протонного пучка. Линзовые системы формируют теневое протонное изображение области исследования в своих плоскостях изображений.Each channel for delivering a proton beam to the study site includes a system for generating and recording a protonographic image, the elements of which are placed on both sides of the object under study, and ends with a trap for proton absorption. The system for the formation and registration of the protonographic image contains scatterers, each of which is installed in the channel for delivering the proton beam to the study site. The diffuser is a two-segment different-thickness tungsten plate with a diameter of 15 mm, the thickness of one segment is 1 mm, the other is 2 mm. After the diffuser, a system of matching magnetic lenses is installed in each channel. After the venue of experiment 5, a magneto-optical proton imaging system is placed in the channel, consisting of two lens systems with different apertures, the apertures of which correspond to the nominal widths of the proton beam. Lens systems form a shadow proton image of the study area in their image planes.

Способ формирования изображения быстропротекающего процесса с помощью радиографического комплекса на основе протонного ускорителя заключается в следующем. После заполнения кольца основного синхротрона 1 равномерно расположенными по периметру орбиты 4 сгустками протонов они подвергаются дальнейшему ускорению до энергии 20 ГэВ. Удержание протонного пучка на орбите траектории осуществляется магнитной системой кольца основного синхротрона 1, состоящей из дипольных поворотных магнитов и магнитных линз. После достижения энергии 20 ГэВ на систему управления комплексом поступает сигнал готовности. По команде с системы управления комплексом происходит синхронизированный запуск быстропротекающего процесса в объекте исследования и, с заранее заданной временной задержкой, вывод протонных сгустков из кольца основного синхротрона 1. Вывод протонных сгустков происходит в результате одновременного срабатывания кикер-магнитов каждой из 3-х систем вывода пучка внутрь кольца основного синхротрона 1. При однократном срабатывании кикер-магнитов в каждый канал вывода 2 поступает один или более сгустков протонов. Далее сгустки по каналам системы доставки пучка 3 проходят элементы системы формирования и регистрации пучка 4, а затем объект исследования 5, расположенный в геометрическом центре кольца основного синхротрона. The method of imaging a fast-moving process using a radiographic complex based on a proton accelerator is as follows. After filling the ring of the main synchrotron 1 with 4 proton bunches evenly spaced around the perimeter of the orbit, they undergo further acceleration to an energy of 20 GeV. The proton beam is held in orbit along the trajectory by the magnetic system of the ring of the main synchrotron 1, which consists of dipole rotary magnets and magnetic lenses. After reaching an energy of 20 GeV, a ready signal arrives at the complex control system. On command from the complex control system, a fast-flowing process is synchronized to start in the object of study and, with a predetermined time delay, the proton bunches are removed from the main synchrotron ring 1. The proton bunches are output as a result of the simultaneous operation of kicker magnets in each of the 3 beam output systems inside the ring of the main synchrotron 1. With a single operation of kicker magnets, one or more proton bunches enter each output channel 2. Further, the clots along the channels of the beam delivery system 3 pass through the elements of the beam formation and registration system 4, and then the object of study 5 located in the geometric center of the ring of the main synchrotron.

Каналы доставки протонного пучка 3 расположены в одной плоскости и подводятся к исследуемому объекту под углом 120° относительно друг друга. Каждый сгусток протонов, проходящий через объект, позволяет получить 1 кадр одномерного изображения. Таким образом, при максимальном числе ускоренных сгустков протонов, равном 18, имеется возможность получить до 6 кадров трехмерного изображения мгновенного состояния динамического процесса. Используемая схема вывода позволяет выпускать протонные сгустки из кольца основного синхротрона 1 последовательно один за другим или с пропуском вывода, существенно растягивая временной интервал между ними. Изменение ширины протонного пучка на разные величины осуществляют последовательно в одном и том же магнитооптическом канале, для этого следующие друг за другом протонные сгустки смещают относительно друг друга с помощью магнитных линз и, используя разнотолщинный рассеиватель 13, смещенные протонные сгустки пропускают через области рассеивателя с разной толщиной (фиг. 4). The delivery channels of the proton beam 3 are located in the same plane and are brought to the object under study at an angle of 120 ° relative to each other. Each bunch of protons passing through an object allows you to get 1 frame of a one-dimensional image. Thus, with a maximum number of accelerated proton bunches equal to 18, it is possible to obtain up to 6 frames of a three-dimensional image of the instantaneous state of a dynamic process. The used output circuit makes it possible to release proton bunches from the ring of the main synchrotron 1 sequentially one after another or with a skip output, significantly stretching the time interval between them. Changing the width of the proton beam by different values is carried out sequentially in the same magneto-optical channel; for this, the proton clumps following one after another are displaced relative to each other using magnetic lenses and, using a different thickness scatterer 13, the displaced proton clumps are passed through regions of the scatterer with different thicknesses (Fig. 4).

Изменить ширину протонного пучка можно и так: после прохождения части протонных сгустков через рассеиватель его удаляют, а затем пропускают оставшуюся часть протонных сгустков, либо рассеиватель выполняют разнотолщинным и после прохождения части протонных сгустков через толстую часть рассеивателя его перемещают с помощью взрывного устройства, включающего ударник 15 и заряд взрывчатого вещества 14, и оставшуюся часть протонных сгустков пропускают через более тонкую часть (фиг. 5). Изменение толщины рассеивателя после прохождения через него части протонных сгустков можно осуществить путем удаления электровзрывом или газодинамически его слоев, при этом рассеиватель выполняют многослойным. В качестве рассеивателя можно использовать токопроводящую литиевую линзу (фиг. 6). Каналы доставки 3 завершаются протонными ловушками, где происходит полное поглощение пучка. Система на основе кикер-магнита, предназначенная для внешнего вывода протонного пучка из кольца синхротрона 1, отводит пучок в канал, который завершается также протонной ловушкой и служит для аварийного однооборотного сброса пучка, а также используется на этапе отладки систем синхротрона 1, однако этот канал можно использовать для других экспериментов.The width of the proton beam can also be changed as follows: after passing part of the proton clumps through the scatterer, it is removed and then the remaining part of the proton clumps is passed, or the scatterer is made of different thicknesses and after passing part of the proton clumps through the thick part of the scatterer it is moved using an explosive device including an impactor 15 and the explosive charge 14, and the remainder of the proton clots are passed through the thinner part (Fig. 5). Changing the thickness of the diffuser after passing through it part of the proton bunches can be done by removing its layers by electro-explosion or gasdynamically, while the diffuser is multilayer. As a diffuser, you can use a conductive lithium lens (Fig. 6). Delivery channels 3 terminate with proton traps, where the beam is completely absorbed. A system based on a kicker magnet designed for external extraction of a proton beam from the synchrotron 1 ring, diverts the beam into a channel, which also ends with a proton trap and serves for emergency one-turn beam reset, and is also used at the stage of debugging synchrotron 1 systems, however, this channel can use for other experiments.

Т.о. заявляемый способ позволяет обеспечить многокадровые, многоракурсные протонографические исследования быстропротекающих процессов в динамических системах. При этом по сравнению с аналогичными способами обладает рядом существенных преимуществ: повышенными функциональными возможностями за счет расширения объема информации, получаемой за время проведения одного опыта при уменьшении расходов на его осуществление ввиду упрощения, удешевления монтажа, отладки и обслуживания конструкции.T.O. The inventive method allows for multi-frame, multi-angle protonographic studies of fast processes in dynamic systems. Moreover, in comparison with similar methods, it has a number of significant advantages: increased functionality due to the expansion of the amount of information obtained during one experiment while reducing the cost of its implementation due to simplification, cheaper installation, debugging and maintenance of the structure.

Claims (4)

1. Способ формирования изображения быстропротекающего процесса с помощью протонного излучения, включающий ввод протонного пучка, по крайней мере, в один магнитооптический канал, изменение ширины протонного пучка путем размещения в магнитооптическом канале на пути следования протонных сгустков рассеивателя, после прохождения которого с помощью системы согласующих магнитных линз формируют протонный пучок с параметрами, соответствующими параметрам области исследования и последующей магнитооптической системы формирования протонного изображения, и просвечивают область исследования, пропуская поочередно протонные сгустки различной ширины, при использовании нескольких магнитооптических каналов просвечивание области исследования осуществляют под разными углами, после чего прошедший протонный пучок направляют в магнитооптическую систему формирования протонного изображения, состоящую, по крайней мере, из двух различных по апертуре линзовых систем, апертура каждого набора соответствует протонному пучку определенной ширины, и формируют теневые протонные изображения, соответствующие просвечиваемому объекту, отличающийся тем, что изменение ширины протонного пучка на разные величины осуществляют последовательно в одном и том же магнитооптическом канале, для этого либо после прохождения части протонных сгустков через рассеиватель его удаляют или изменяют толщину, а затем пропускают оставшуюся часть протонных сгустков либо следующие друг за другом протонные сгустки смещают относительно друг друга с помощью магнитных лин, и, используя разнотолщинный рассеиватель, смещенные протонные сгустки пропускают через области рассеивателя с разной толщиной, при этом оба набора линз системы формирования теневого протонного изображения размещают последовательно в одном магнитооптическом канале. 1. A method of forming an image of a fast-moving process using proton radiation, comprising introducing a proton beam into at least one magneto-optical channel, changing the width of the proton beam by placing a proton bunch in the magneto-optical channel along the path of the protector, after which it passes through a matching magnetic system lenses form a proton beam with parameters corresponding to the parameters of the study area and the subsequent magneto-optical system of proton formation images, and illuminate the study area, passing proton clumps of different widths alternately, when using several magneto-optical channels, the study area is illuminated at different angles, after which the transmitted proton beam is sent to the magneto-optical proton imaging system, which consists of at least two different the aperture of lens systems, the aperture of each set corresponds to a proton beam of a certain width, and shadow proton images are formed I, corresponding to the object being illuminated, characterized in that the proton beam width is changed by different values sequentially in the same magneto-optical channel, for this purpose, either after passing part of the proton clumps through the scatterer, it is removed or the thickness is changed, and then the rest of the proton clumps are passed or consecutive proton bunches are displaced relative to each other using magnetic lines, and, using a different thickness scatterer, the displaced proton bunches are transmitted they are transmitted through regions of the diffuser with different thicknesses, while both sets of lenses of the shadow proton imaging system are placed sequentially in the same magneto-optical channel. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменение толщины рассеивателя после прохождения через него части протонных сгустков осуществляют либо путем его перемещения поперек движения протонных сгустков, при этом рассеиватель выполняют разнотолщинным, либо путем удаления электровзрывом или газодинамически его слоев, при этом рассеиватель выполняют многослойным.2. The method according to p. 1, characterized in that the thickness of the diffuser after passing through it part of the proton bunches is carried out either by moving it across the motion of the proton bunches, while the diffuser is made of different thicknesses, or by removing its layers by electric explosion or gas-dynamic, while the diffuser perform multilayer. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве рассеивателя используют токопроводящую литиевую линзу.3. The method according to p. 1, characterized in that a conductive lithium lens is used as a diffuser. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при помощи второго набора линз системы формирования теневого протонного изображения формируют изображение с увеличенным масштабом. 4. The method according to p. 1, characterized in that using the second set of lenses of the system for forming a shadow proton image form an image with an enlarged scale.

Images