RU2687840C1 - Method of investigating behavior of materials during impact-wave loading using proton radiography - Google Patents

Method of investigating behavior of materials during impact-wave loading using proton radiography Download PDF

Info

Publication number
RU2687840C1
RU2687840C1 RU2018130022A RU2018130022A RU2687840C1 RU 2687840 C1 RU2687840 C1 RU 2687840C1 RU 2018130022 A RU2018130022 A RU 2018130022A RU 2018130022 A RU2018130022 A RU 2018130022A RU 2687840 C1 RU2687840 C1 RU 2687840C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
image
images
study
proton
account
Prior art date
Application number
RU2018130022A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Леонидович Михайлюков
Артем Владимирович Скобеев
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2018130022A priority Critical patent/RU2687840C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2687840C1 publication Critical patent/RU2687840C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.SUBSTANCE: use for analysis of materials at impact-wave loading by means of proton radiography. Experimental image of the proton beam is obtained using a recording system after passing through the object of analysis with subsequent processing of the image and comparison with design data including the shape and position of the shock wave and / or detonation wave and / or the geometry of the object from the analysed material. To process the obtained images of the survey object, the images of the test objects are used by placing them on the location of the object of the study, wherein from the image of the test object with reference marks in the nodes of the orthogonal grid, establishing a correspondence between the actual geometric dimensions of the test object and its dimensions on the image, which is taken into account when processing images of the survey object, and based on images obtained during movement of said test object along the beam axis, taking into account the effect of the system for forming and recording images on size distortion, on the image of an object having constant surface density, taking into account the value of the field of view of the magnetooptical system, wherein for simultaneous evaluation of distortion an image is obtained by placing a steel plate with marking in the form of a grid before that object. Calculated data are obtained by simulating the spatial distribution of protons at the input of the recording system converter after passing the region with the analysed material, which is carried out on the basis of the beam sum method or Monte Carlo method.EFFECT: high accuracy and information value of analysing materials during impact-wave loading.4 cl, 19 dwg

Description

Изобретение относится к области исследования материалов радиографическими методами, в частности к способам исследования материалов при ударно-волновом нагружении с помощью протонной радиографии, и может быть применено при исследовании уравнений состояния материалов, например, во взрывных экспериментах, для определения внутренней структуры объектов или исследования быстропротекающих процессов.The invention relates to the field of research materials by radiographic methods, in particular to methods for studying materials under shock-wave loading using proton radiography, and can be used in the study of the equations of state of materials, for example, in explosive experiments, to determine the internal structure of objects or to study fast processes .

Рентгенография является незаменимым средством диагностики внутренней структуры разнообразных объектов, и применяется во многих областях [«Методы исследования свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках» монография под общей редакцией д.ф.м.н. М.В. Жерноклетова. Саров: ФГУП РФЯЦ - ВНИИЭФ, 2003 стр. 49]. С помощью многокадровой импульсной рентгеновской установки проводят регистрацию изображения исследуемого материала и ударной волны в нем. Существующий рентгенографический комплекс на базе трех бетатронов позволяет получать до 9 кадров. Недостаток этого способа в относительно низкой точности. Это связано с тем, что существующая рентгеновская установка, работающая на базе БИМ234.3000 [Павловский А.И., Кулешов Г.Д., Склизков Г.В. и др. Сильноточные безжелезные бетатроны // Докл. АНСССР. 1965. Т 160, №1. С 68-70], при многокадровом режиме работы имеет относительно большую длительность импульсов. Первый импульс имеет длительность 200÷250 нс, второй 120÷160 нс, третий 100÷110 нс. Для того чтобы сохранить систему регистрации при воздействии на нее осколков необходимо размещать ее на 2-3 м от исследуемого образца. Кроме этого, сам источник имеет конечные размеры. Наличие данных факторов приводит к существенному размытию изображения исследуемого образца и формы ударной волны и, как следствие, к ухудшению точности определения характеристик материала.X-ray is an indispensable tool for diagnosing the internal structure of various objects, and is used in many areas [“Methods for studying the properties of materials under intense dynamic loads” monograph edited by Dr. Sc. Mv Zhernokletova. Sarov: FSUE RFNC - VNIIEF, 2003 p. 49]. Using a multi-frame pulsed x-ray unit, an image of the material under study and a shock wave in it are recorded. The existing X-ray complex based on three betatrons allows to receive up to 9 frames. The disadvantage of this method is relatively low accuracy. This is due to the fact that the existing X-ray unit operating on the basis of BIM234.3000 [Pavlovsky AI, Kuleshov GD, Sklizkov G.V. et al., High-Current Iron-Free Betatrons, Dokl. ANSSR. 1965. T 160, №1. C 68-70], with multi-frame operation, has a relatively long pulse duration. The first pulse has a duration of 200 ÷ 250 ns, the second 120 ÷ 160 ns, the third 100 ÷ 110 ns. In order to maintain the registration system when exposed to fragments, it is necessary to place it at 2-3 m from the sample under study. In addition, the source itself has finite dimensions. The presence of these factors leads to a significant blurring of the image of the sample and the shape of the shock wave and, consequently, to a deterioration in the accuracy of determining the characteristics of the material.

Существует множество программ моделирования рентгеновских изображений, которые используют для вычисления характеристик исследуемых материалов, которые впоследствии корректируют с учетом экспериментальных изображений. Например, с помощью метода Монте-Карло (патент RU 2242743, публик. 20.12.2004), хотя применение его затруднительно вследствие того, что самих квантов очень много и к тому же надо прослеживать историю каждого из них, учитывая вторичные частицы от их взаимодействия с веществом, так как они также могут оказывать влияние на конечное изображение. Другая программа моделирования рентгеновских изображений основана на методе лучевых сумм. Так, например, известен способ исследования характеристик вещества с помощью рентгенографии (патент на изобретение RU 2168717, публик. 10.06.2001), который заключается в восстановлении линейных коэффициентов поглощения и рассеяния путем регистрации прошедшего без взаимодействия рассеянного излучения и решения системы уравнений лучевых сумм и математического моделирования.There are many X-ray modeling programs that are used to calculate the characteristics of the materials under study, which are subsequently adjusted to take into account the experimental images. For example, using the Monte Carlo method (patent RU 2242743, published December 20, 2004), although its application is difficult due to the fact that there are a lot of quanta themselves and, moreover, it is necessary to trace the history of each of them, taking into account secondary particles from their interaction with substance, as they can also affect the final image. Another X-ray modeling program is based on the ray-sum method. For example, there is a known method for studying the characteristics of a substance using X-ray (patent for invention RU 2168717, publ. 10.06.2001), which consists in restoring linear absorption and scattering coefficients by registering the transmitted radiation without the interaction of scattered radiation and solving the system of radial sum equations and mathematical modeling.

Известен способ исследования поведения материалов при ударно-волновом нагружении с помощью протонной радиографии [Physical Review В 77, 220101 (R) (2008) Proton radiography and accurate density measurements: A window into shock wave processes P. A. Rigg, C. L. Schwartz, R. S. Hixson, G. E. Hogan, К. K. Kwiatkowski, F. G. Mariam, M. Marr-Lyon, F. E. Merrill, C. L. Morris, P. Rightly, A. Saunders, and D. Tupa Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico 87545, USA Received 4 February 2008; published 5 June 2008], выбранный в качестве ближайшего аналога. Способ включает получение изображения пучка протонов с помощью многокадровой системы регистрации после его прохождения через исследуемый материал с последующей обработкой изображения, включающей в себя восстановление формы и положения ударной волны, детонационной волны, геометрии объекта из исследуемого материала и распределения плотности в объекте. Затем полученные данные сравниваются с расчетными данными газодинамических расчетов. Нагружение объекта из исследуемого материала и формирование в нем ударной волны осуществляют путем разгона ударника с помощью газовой пушки, просвечивание исследуемого образца осуществляют пучком протонов с энергией 800 МэВ, ускоряемых линейным ускорителем, последующую обработку экспериментальных протонных изображений и восстановление трехмерной геометрии объекта из исследуемого материала осуществляют с помощью методов малоракурсной томографии. Обработанное изображение сопоставляют по параметрам сравнения, в качестве которых используют форму и положение ударной волны, и/или плотности, и/или детонационной волны, и/или геометрию объекта из исследуемого материала, с расчетными данными, полученными при математическом моделировании газодинамического процесса, для тестирования уравнения состояния исследуемого материала, использованного при моделировании.A known method for studying the behavior of materials under shock wave loading using proton radiography [Physical Review B 77, 220101 (R) (2008) PA Rigg, CL Schwartz, RS Hixson, GE Hogan, K. K. Kwiatkowski, FG Mariam, M. Marr-Lyon, FE Merrill, CL Morris, P. Rightly, A. Saunders, and D. Tupa Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico 87545, USA Received 4 February 2008; published 5 June 2008], selected as the closest equivalent. The method includes obtaining an image of a proton beam using a multi-frame recording system after passing through the material under study, followed by image processing, including restoring the shape and position of the shock wave, detonation wave, object geometry from the material under study, and density distribution in the object. Then, the obtained data are compared with the calculated data of gas-dynamic calculations. Loading the object from the material under study and forming a shock wave in it is carried out by accelerating the striker with a gas gun, scanning the sample under study is carried out with a 800 MeV proton beam accelerated by a linear accelerator, the subsequent processing of the experimental proton images and the restoration of the three-dimensional geometry of the object from the material under study using methods of few-tomography. The processed image is compared by comparison parameters, in which the shape and position of the shock wave, and / or density and / or detonation wave, and / or the geometry of the object from the material under study are used, with the calculated data obtained by mathematical modeling of the gas-dynamic process, for testing equations of state of the studied material used in the simulation.

Недостаток способа состоит в том, что он позволяет судить о соответствии расчетных параметров экспериментальным результатам с недостаточной точностью. Это связано с тем, что, при формировании изображения исследуемого объекта, размытие составляет несколько сотен микрон, что является характерным размытием при проведении динамических опытов по протонной радиографии, при этом величина ошибки определения радиуса может достигать для исследуемых объектов 5-10%. Так для различных объектов, в зависимости от их конфигурации и размытия изображения, несогласованность определения различных границ в газодинамическом расчете может быть существенной.The disadvantage of this method is that it allows you to judge the compliance of the calculated parameters with the experimental results with insufficient accuracy. This is due to the fact that, when forming an image of an object under study, blurring is several hundred microns, which is a characteristic blur when conducting dynamic experiments on proton radiography, while the magnitude of the error in determining the radius can reach 5–10% for the objects under study. So for different objects, depending on their configuration and image blurring, the inconsistency in defining different boundaries in the gas-dynamic calculation can be significant.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности и информативности.The technical result of the claimed invention is to improve the accuracy and information content.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе исследования поведения материалов при ударно-волновом нагружении с помощью протонной радиографии, включающем получение изображения пучка протонов с помощью системы формирования и регистрации изображений после прохождения через объект исследования с последующей обработкой изображения и сопоставления с полученными при математическом моделировании параметрами сравнения, в качестве которых используют форму и положение ударной волны, и/или детонационной волны, и/или геометрию объекта исследования с последующим тестированием уравнения состояния материала объекта исследования, новым является то, что для обработки полученных изображений объекта исследования используют изображения тест-объектов, помещая их на место размещения объекта исследования и пропуская через них пучок протонов, при этом по изображению тест-объекта с реперными отметками в узлах ортогональной решетки устанавливают соответствие между фактическими геометрическими размерами тест-объекта и его размерами на изображении, которое учитывают при обработке изображений объекта исследования, а по изображениям, полученным при перемещении этого тест-объекта вдоль оси пучка учитывают влияние системы формирования и регистрации изображений на искажение размеров, по изображению объекта, имеющего постоянную поверхностную плотность, учитывают величину поля обзора магнитооптической системы, причем для одновременной оценки дисторсии получают изображение, размещая перед этим объектом стальную пластину с разметкой в виде решетки, а параметры сравнения, полученные в процессе математического моделирования, определяют по пространственному распределению протонов после их прохождения через исследуемый материал в плоскости конвертора системы регистрации, которое осуществляют на основе метода лучевых сумм или методом Монте-Карло.This technical result is achieved due to the fact that in the method of studying the behavior of materials under shock-wave loading using proton radiography, including obtaining an image of a proton beam using a system for forming and recording images after passing through the object of study with subsequent image processing and comparison with those obtained mathematical modeling with comparison parameters, in which the shape and position of the shock wave and / or detonation wave are used, and / and whether the geometry of the object of study with subsequent testing of the equation of state of the material of the object of study, is that for processing the obtained images of the object of study using images of test objects, placing them at the location of the object of study and passing a proton beam through them, while object with reference marks in the nodes of the orthogonal lattice establish the correspondence between the actual geometrical dimensions of the test object and its dimensions on the image, which e is taken into account when processing images of an object of study, and according to images obtained while moving this test object along the beam axis, the influence of the system for forming and recording images on the size distortion is taken into account, the image of an object having a constant surface density takes into account the magnitude of the field of view of the magneto-optical system for the simultaneous evaluation of distortion, an image is obtained by placing a steel plate with a grid-like marking in front of this object, and the comparison parameters obtained in the process All mathematical modeling is determined by the spatial distribution of protons after their passage through the material under investigation in the plane of the registration system converter, which is carried out on the basis of the ray sum method or the Monte Carlo method.

Дополнительно можно осуществить итерационную корректировку уравнения состояния исследуемого материала, добиваясь, совпадение расчетных и экспериментальных параметров сравнения.Additionally, it is possible to carry out an iterative adjustment of the equation of state of the material under investigation, ensuring that the calculated and experimental parameters of the comparison coincide.

При использовании метода лучевых сумм рассчитывают оптическую толщину объекта из исследуемого материала и различные комбинации углов рассеяния протонов с координатами вдоль луча.When using the radial sum method, the optical thickness of the object from the material under study and various combinations of proton scattering angles with coordinates along the beam are calculated.

При использовании метода Монте-Карло учитывают потерю энергии на ионизацию и ее флуктуацию, неупругое и упругое ядерное взаимодействие, многократное кулоновское рассеяние.When using the Monte-Carlo method, the loss of energy due to ionization and its fluctuation, inelastic and elastic nuclear interaction, multiple Coulomb scattering are taken into account.

Предварительное масштабирование экспериментального изображения объекта исследования с помощью изображений тест-объектов, по которым устанавливают соответствие между фактическими геометрическими размерами тест-объектов и их размерами на изображении, позволяет уменьшить влияние на протонное изображение неточности в позиционировании объекта по углу относительно оси пучка, тем самым, однозначно приписав искажения изображений системе формирования и регистрации изображений и осуществить одновременную оценку дисторсии в протонном изображении.Preliminary scaling of the experimental image of the object of study using images of test objects, which establish the correspondence between the actual geometric dimensions of the test objects and their dimensions in the image, reduces the impact on the proton image of inaccuracies in the object's positioning angle of the beam axis, thereby attributing the image distortions to the image forming and recording system and simultaneously estimating the distortion in the proton mapping.

Известные методы моделирования можно взять за основу при моделировании протонных изображений. При моделировании методом Монте-Карло просвечивающих частиц, как правило, на порядки меньше, чем в рентгенографии, а вторичные частицы можно не учитывать в силу того, что магнитные линзы, формирующие конечное изображение, блокируют заряженные вторичные частицы, средний импульс которых существенно меньше импульса начальной частицы, а нейтральные частицы подавляются за счет того, что плоскость регистрации удалена на десятки метров от объекта (телесный угол, под которым виден детектор частиц от объекта, крайне мал).Known modeling methods can be used as a basis for modeling proton images. When simulating translucent particles by the Monte Carlo method, as a rule, it is orders of magnitude smaller than in radiography, and secondary particles can be disregarded due to the fact that magnetic lenses forming the final image block charged secondary particles whose average momentum is substantially less than the initial pulse particles, and neutral particles are suppressed due to the fact that the registration plane is removed tens of meters from the object (the solid angle at which the particle detector is visible from the object is extremely small).

Метод лучевых сумм также можно применить в протонной радиографии, однако при этом возникает ошибка, связанная с тем, что протоны являются заряженными частицами. Заряженные протоны при прохождении через вещество испытывают многократное кулоновское рассеяние на электрическом поле ядра, в результате чего непрерывно меняется угол полета частиц, что приводит к сложной траектории полета протонов в веществе. В результате, на выходе из объекта протоны имеют сложное пространственно-угловое распределение, смоделировать которое по одному интегралу вдоль движения (например, массовая толщина), как это делается в методе лучевых сумм, невозможно. Ошибка, связанная с данными приближением, варьируется в зависимости от энергии протонов, толщины объекта и распределения веществ в нем, и в некоторых случаях может оказаться принципиальной. Расчет оптической толщины объекта из исследуемого материала и различные комбинации углов рассеяния протонов с координатами вдоль луча при осуществлении моделирования на основе метода лучевых сумм позволяет учесть любое распределение веществ вдоль полета протонов, на основании которых можно сгенерировать правильное пространственно-угловое распределение протонов.The method of ray sums can also be applied in proton radiography, however, an error arises due to the fact that protons are charged particles. Charged protons passing through a substance undergo multiple Coulomb scattering on the electric field of the nucleus, as a result of which the angle of flight of particles continuously changes, which leads to a complex trajectory of flight of protons in a substance. As a result, at the exit from the object, the protons have a complex spatial-angular distribution, which cannot be simulated by one integral along the motion (for example, mass thickness), as is done in the ray sums method. The error associated with these approximations varies depending on the energy of the protons, the thickness of the object and the distribution of substances in it, and in some cases it may be fundamental. The calculation of the optical thickness of the object from the material under study and various combinations of proton scattering angles with coordinates along the beam when performing simulations based on the ray sum method allows to take into account any distribution of substances along the flight of protons, on the basis of which the correct spatial-angular distribution of protons can be generated.

На фиг. 1 представлена схема тест-объекта для градуировки системы формирования и регистрации протонных изображений.FIG. 1 shows a scheme of a test object for graduating a system for forming and registering proton images.

На фиг. 2 - представлена схема тест-объекта для определения величины поля обзора магнитооптической системыFIG. 2 shows a diagram of a test object for determining the magnitude of the field of view of the magneto-optical system.

На фиг. 3 - протонная радиограмма тест-объекта фиг. 2 после коррекции на изображение пучка.FIG. 3 is a proton radiogram of the test object of FIG. 2 after correction to the beam image.

На фиг. 4 - профили яркости (сечение протонной радиограммы в вертикальной и горизонтальной плоскостях)FIG. 4 - brightness profiles (cross section of the proton radiogram in the vertical and horizontal planes)

На фиг. 5, 7, 8, 9, 11 - представлены протонные радиограммы процесса ударно-волнового нагружения оболочек, полученные экспериментально и с последующей обработкой.FIG. 5, 7, 8, 9, 11 - the proton radiograms of the process of shock-wave loading of the shells are presented, obtained experimentally and with subsequent processing.

На фиг. 6, 8, 10, 12 - представлены протонные радиограммы процесса ударно-волнового нагружения оболочек, полученные расчетным путем.FIG. 6, 8, 10, 12 - the proton radiograms of the process of shock-wave loading of the shells are given by calculation.

На фиг. 13, 14, 15, 16 - сопоставление положения внешней и внутренней границ оболочек в эксперименте и смоделированных изображениях.FIG. 13, 14, 15, 16 — Comparison of the position of the outer and inner boundaries of the shells in the experiment and simulated images.

На фиг. 17 представлено численное изображение исследуемого сферического полого объекта без учета взаимодействия ионизирующего излучения с веществом объекта.FIG. Figure 17 shows a numerical image of a spherical hollow object under study without taking into account the interaction of ionizing radiation with the object's substance.

На фиг. 18 - численное изображение того же объекта, по с учетом всех процессов, происходящих при взаимодействии вещества объекта с излучением.FIG. 18 is a numerical image of the same object, taking into account all the processes occurring during the interaction of the substance of the object with the radiation.

В качестве примера конкретной реализации устройства, позволяющего осуществить заявляемый способ, может служить устройство, которое выполнено на основе действующего синхрофазотрона У-70, построенного в г. Протвино [Новости и проблемы фундаментальной физики, №1(5), 2009 г., с. 32-42], и включает камеру с динамической сборкой, содержащей исследуемые материалы в виде оболочек, систему формирования и регистрации протонного изображения. Система формирования представляет собой магнитооптическую систему, состоящую из магнитных линз и коллиматора. Система регистрации состоит из сцинтилляционного конвертера, зеркала и цифровых камер.As an example of a specific implementation of a device that allows the inventive method to be implemented, a device can be used that is made on the basis of the current U-70 synchrophasotron built in the city of Protvino [News and Problems of Fundamental Physics, No. 1 (5), 2009, p. 32-42], and includes a camera with a dynamic assembly containing the test materials in the form of shells, a system for the formation and recording of a proton image. The formation system is a magneto-optical system consisting of magnetic lenses and a collimator. The registration system consists of a scintillation converter, a mirror and digital cameras.

Для получения изображений тест-объектов, которые применяются при обработке изображений объекта исследования, использовался тест-объект с реперными отметками (высокоточные шарики) в узлах ортогональной решетки, расчерченной на плексиглазовом основании. Этот тест-объект (фиг. 1) имеет в своем составе 25 высокоточных шариков 2 (диаметром 8 мм и шагом 60 мм) и концевую меру длины 1 с размерами 30×9×4 мм. Другой объект, изображение которого использовалось в процессе обработки, это объект, имеющий постоянную поверхностную плотность, состоящий из 6 свинцовых кирпичей с размером в плоскости перпендикулярной оси пучка 200×200 мм2, т.е. почти перекрывающей сечение ионопровода. Поверхностная плотность (массовая толщина) объекта составила 170 г/см2. Перед кирпичами был установлена стальная пластина «решетка» (фиг. 2).To obtain images of test objects that are used in processing images of an object of study, a test object with reference marks (high-precision balls) was used in the nodes of an orthogonal lattice drawn on a plexiglas base. This test object (Fig. 1) contains 25 high-precision balls 2 (8 mm in diameter and 60 mm pitch) and a measure of length 1 with dimensions of 30 × 9 × 4 mm. Another object, the image of which was used in the processing, is an object having a constant surface density, consisting of 6 lead bricks with a size in the plane perpendicular to the beam axis 200 × 200 mm 2 , i.e. almost overlapping cross section of the ion guide. The surface density (mass thickness) of the object was 170 g / cm 2 . In front of the bricks was installed a steel plate "lattice" (Fig. 2).

Объект исследования (динамическая сборка) помещают во взрывозащитную камеру, установленную в тоннеле канала инжекции ускорителя У-70. Проводят опыты. В одном опыте в течение 4,8 мкс можно исследовать процесс развития детонации в начальный момент времени. Другой опыт проводят для исследования процесса формирования профиля плотности оболочек сборки вблизи максимального нагружения. Стадию формирования детонационной волны, форму оболочек при ударно-волновом нагружении, положение фронта ударной волны и отраженных от оболочек волн определяют с помощью протонной радиографии. Протоны для просвечивания от источника подаются сгустками через строго определенные интервалы времени, что позволяет за время движения ударной волны сделать несколько десятков кадров системой регистрации. Многократно регистрируется форма и положение ударной волны и/или детонационной волны и/или геометрия объекта из исследуемого материала. Количество кадров может доходить до 30, а регистрация ведется в течение ~5 мкс, временной интервал между сгустками 0.165 мкс. По результатам проведенных опытов было получено множество кадров хорошего качества. Полученную информацию в электронном виде отправляют на компьютер для обработки, используя при этом изображения тест-объектов, которые получают, помещая их на место размещения объекта исследования и пропуская через них пучок протонов.The object of study (dynamic assembly) is placed in an explosion-proof chamber installed in the tunnel of the injection channel of the accelerator U-70. Conduct experiments. In one experiment, during 4.8 µs, one can investigate the process of detonation development at the initial moment of time. Another experiment is carried out to study the process of forming the density profile of the shells of the assembly near the maximum loading. The stage of detonation wave formation, the shape of the shells under shock-wave loading, the position of the shock-wave front and the waves reflected from the shells are determined using proton radiography. Protons for scanning from the source are fed by clots at strictly defined intervals of time, which makes it possible to make several dozen frames during the course of the motion of the shock wave. The shape and position of the shock wave and / or detonation wave and / or the geometry of the object from the material under investigation are recorded repeatedly. The number of frames can reach up to 30, and registration is carried out for ~ 5 μs, the time interval between clots is 0.165 μs. According to the results of the experiments, many good quality frames were obtained. The received information in electronic form is sent to a computer for processing, using images of test objects, which are obtained by placing them at the location of the object of study and passing a proton beam through them.

В процессе обработки устанавливают соответствие между фактическими геометрическими размерами тест-объекта (фиг. 1) и его размерами на изображении и определяют изменение градуировочных коэффициентов К (мм/пиксель) по осям ОХ и OY при отклонении объекта от расчетной точки расположения (в пределах не более 50 см вдоль пучка). Применение высокоточных сферически-симметричных объектов позволяет максимально исключить влияние на протонное изображение неточности в позиционировании объекта по углу относительно оси пучка, тем самым, однозначно приписав искажения изображений системе формирования и регистрации изображений. Для вычисления коэффициента К градиентным методом определен размер концевой миры в пикселях изображения по осям ОХ и OY. Коэффициенты Kx и Ky вычислены по формулам

Figure 00000001
, где
Figure 00000002
- размер объекта по оси ОХ в мм, nx - размер изображения объекта по оси OX в пикселях.
Figure 00000003
- размер объекта по оси OY в мм, ny - размер изображения объекта по оси OY в пикселях. Получены следующие данные:During processing, a correspondence is established between the actual geometric dimensions of the test object (Fig. 1) and its dimensions in the image, and the change in the calibration coefficients K (mm / pixel) along the OX and OY axes when the object deviates from the calculated point of location (within not more than 50 cm along the beam). The use of high-precision spherically symmetric objects makes it possible to maximally eliminate the effect on the proton image of inaccuracy in positioning the object at an angle relative to the beam axis, thereby unambiguously attributing image distortions to the system for forming and recording images. To calculate the coefficient K, the size of the terminal worlds in pixels of the image along the axes OX and OY is determined by the gradient method. The coefficients K x and K y calculated by the formulas
Figure 00000001
where
Figure 00000002
- object size along the OX axis in mm, n x - image size of the object along the OX axis in pixels.
Figure 00000003
- object size along the OY axis in mm; n y - image size of the object along the OY axis in pixels. The following data was obtained:

- для системы регистрации с полем обзора 300 мм: Kx=2,89, Ky=3,03;- for a registration system with a 300 mm field of view: K x = 2.89, K y = 3.03;

- для системы регистрации с полем обзора 150 мм: Kx=7,11, Ky=7,30.- for a registration system with a 150 mm field of view: K x = 7.11, K y = 7.30.

Дисторсия в системе «магнитная оптика - система регистрации» определялась путем сравнения расстояний между центрами шариков и по изображениям шариков (фиг. 1), путем анализа их сферичности. Анализ протонограмм показал, что расстояние между шариками отличаются от 60 мм и составляют 61.2 мм и 59.7 мм для горизонтальной и вертикальной плоскости соответственно. Затем, объект был перемещен вдоль оси пучка, вперед и назад относительно расчетной точки на 50 см, что позволило определить влияние системы формирования и регистрации изображения на искажение размеров в исследуемых объектах.Distortion in the system “magnetic optics - registration system” was determined by comparing the distances between the centers of the balls and the images of the balls (Fig. 1), by analyzing their sphericity. An analysis of the protonograms showed that the distance between the balls differs from 60 mm and is 61.2 mm and 59.7 mm for the horizontal and vertical planes, respectively. Then, the object was moved along the beam axis, back and forth relative to the calculated point by 50 cm, which made it possible to determine the influence of the system for forming and registering an image on the size distortion in the objects under study.

Далее определяют величину поля обзора магнитооптической системы - максимальный поперечный (пучку) размер объекта, при котором протоны, прошедшие через край объекта, не испытывают потерь в магнитооптической системе. Для этого используют изображение 6 свинцовых кирпичей, перед которыми была установлена стальная пластина «решетка» (фиг. 2), для одновременной оценки дисторсии в протонном изображении. После коррекции протонного изображения этого объекта на изображение просвечивающего объект пучка (фиг. 3), был проведен анализ профиля яркости полученного изображения (фиг. 4). К краям области, ограниченной свинцовыми кирпичами (200×200 мм), наблюдается снижение среднего значения пропускания (яркости протонограммы) не более 2%. В центральной области поля обзора (100×100 мм), где в газодинамических экспериментах будет располагаться наиболее плотная часть объекта, снижение пропускания не отмечено. Полученный результат позволяет определить величину поля обзора для объектов с массовой толщиной до 170 г/см2 по свинцу, значением 200×200 мм2, и, не учитывать в методике измерения поверхностной плотности объектов эффект снижение пропускания магнитооптической системы в центральной области поля обзора.Next, determine the magnitude of the field of view of the magneto-optical system - the maximum transverse (beam) size of the object, in which protons that pass through the edge of the object, do not experience losses in the magneto-optical system. For this, an image of 6 lead bricks is used, in front of which a “lattice” steel plate was installed (FIG. 2), for simultaneous estimation of distortion in the proton image. After correcting the proton image of this object on the image of the translucent object beam (Fig. 3), the analysis of the brightness profile of the obtained image (Fig. 4) was carried out. To the edges of the area bounded by lead bricks (200 × 200 mm), there is a decrease in the mean transmittance (protonogram brightness) of not more than 2%. In the central region of the field of view (100 × 100 mm), where the most dense part of the object will be located in gas-dynamic experiments, a decrease in transmittance is not observed. The result allows us to determine the magnitude of the field of view for objects with a mass thickness of up to 170 g / cm 2 for lead, a value of 200 × 200 mm 2 , and do not take into account the effect of reducing the transmission of the magneto-optical system in the central region of the field of view in the method of measuring surface density of objects.

На фиг. 5, 7, 9, 11 (были выбраны для примера 4 кадра) представлены обработанные протонные радиограммы форм оболочек при динамическом нагружении.FIG. 5, 7, 9, 11 (4 frames were chosen for the example) the processed proton radiograms of the shell forms under dynamic loading were presented.

Для идентификации полученных данных осуществляли сравнение с расчетной моделью.To identify the obtained data, a comparison with the calculated model was carried out.

В этой связи предлагается на основе метода лучевых сумм смоделировать пространственно-угловое распределение протонов на выходе из динамической сборки, основанное на накоплении вдоль луча (виртуальной прямолинейной траектории полета протонов) трех специальных интегралов, с помощь которых можно учесть любое распределение веществ вдоль полета протонов, и на основании которых можно сгенерировать правильное пространственно-угловое распределение протонов. Заряженная частица при прохождении через вещество испытывает многократное кулоновское рассеяние на электрическом поле ядра, экранированном орбитальными электронами. Наиболее точная теория такого рассеяния была создана Мольером (Н. А. Bethe, Moliere theory of multiple scattering, Phys. Rev. vol. 89, №6, 1953, pp.1256-1266). Теория Мольера описывает распределение частиц по углам рассеяния θ; при малых углах распределение гауссово (в силу центральной предельной теоремы для большого количества рассеяний на малые углы), при больших углах распределение ведет себя как

Figure 00000004
(что соответствует небольшому количеству рассеяний на большие углы). Для моделирования размытия изображения в протонной радиографии необходимо кроме углового рассеяния учесть вызванное этим рассеянием боковое смещение частиц от оси луча. В первом приближении используем теорию, в которой распределение по углам рассеяния гауссово. В этом приближении одновременное распределение угла рассеяния и бокового смещения было построено Ферми, затем обобщено Эйгесом на случай неоднородности вещества (L. Eyges. Multiple scattering with energy loss, Phys. Rev. vol. 74, №10, 1948, pp.1534-1535).In this regard, it is proposed, based on the radial sum method, to model the spatial-angular distribution of protons at the output of a dynamic assembly, based on the accumulation along the beam (virtual straight proton flight path) of three special integrals, which can be used to take into account any distribution of substances along the flight of protons, and based on which you can generate the correct spatial-angular distribution of protons. A charged particle passing through a substance undergoes multiple Coulomb scattering on an electric field of a nucleus, shielded by orbital electrons. The most accurate theory of such scattering was created by Moliere (N. A. Bethe, Moliere theory of multiple scattering, Phys. Rev. vol. 89, No. 6, 1953, pp.1256-1266). Moliere's theory describes the distribution of particles over scattering angles θ; at small angles, the distribution is Gaussian (due to the central limit theorem for a large number of scattering at small angles), at large angles, the distribution behaves as
Figure 00000004
(which corresponds to a small amount of scattering at large angles). To simulate image blurring in proton radiography, in addition to angular scattering, it is necessary to take into account the lateral displacement of particles from the beam axis caused by this scattering. In the first approximation, we use the theory in which the distribution over scattering angles is Gaussian. In this approximation, the simultaneous distribution of the scattering angle and lateral displacement was constructed by Fermi, then generalized by Eyges to the case of heterogeneous substance (L. Eyges. Multiple scattering with energy loss, Phys. Rev. vol. 74, No. 10, 1948, pp.1534-1535 ).

Пусть z - координата вдоль оси луча, х и у - координаты в плоскости, перпендикулярной к оси луча, θx и θy - проекции угла рассеяния. При z=0 начальные условия х=0, у=0, θx=0, θy=0. С учетом предположения о малости углов рассеяния:

Figure 00000005
.Let z be the coordinate along the axis of the beam, x and y be the coordinates in a plane perpendicular to the axis of the beam, θ x and θ y be the projections of the scattering angle. When z = 0, the initial conditions are x = 0, y = 0, θ x = 0, θ y = 0. Taking into account the assumption that the scattering angles are small:
Figure 00000005
.

Совместная плотность распределения Ферми-Эйгеса для проекции на одну из осей (ось у):The joint density of the Fermi-Eiges distribution for the projection on one of the axes (y-axis):

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Легко проверить, чтоEasy to check that

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

то есть выражения в угловых скобках - средние значения соответствующих величин.that is, the expressions in angle brackets are the mean values of the corresponding quantities.

Распределение по углу рассеяния:Scatter angle distribution:

Figure 00000010
Figure 00000010

гауссово со средним значением

Figure 00000011
и среднеквадратичным отклонением
Figure 00000012
Gaussian average
Figure 00000011
and standard deviation
Figure 00000012

Эволюция углового распределения с изменением координаты z описывается уравнением диффузии:The evolution of the angular distribution with a change in the z coordinate is described by the diffusion equation:

Figure 00000013
Figure 00000013

Для совместного распределения выполняется транспортное уравнение Больцмана:For joint distribution, the Boltzmann transport equation is performed:

Figure 00000014
Figure 00000014

Условное распределение бокового смещения при данном угле рассеяния:Conditional distribution of lateral displacement at a given angle of dispersion:

Figure 00000015
Figure 00000015

гауссово со средним значением

Figure 00000016
и среднеквадратичным отклонением
Figure 00000017
Gaussian average
Figure 00000016
and standard deviation
Figure 00000017

В случае однородной среды

Figure 00000018
,
Figure 00000019
, следовательно, среднее значение ƒ(y|θy) равно
Figure 00000020
, среднеквадратичное отклонение равно
Figure 00000021
. (Такие же значения без вывода приведены в D. Е. Groom et al, Passage of particles through matter, European Physical Journal C15, 1 2000).In the case of a homogeneous medium
Figure 00000018
,
Figure 00000019
therefore, the mean value of ƒ (y | θ y ) is equal to
Figure 00000020
, the standard deviation is
Figure 00000021
. (The same values without derivation are given in D. E. Groom et al., Passage of particles through matter, European Physical Journal C15, 1 2000).

Другой частный случай - после вещества на интервале

Figure 00000022
добавим вакуум
Figure 00000023
на интервале [z,z+Δz]. Тогда
Figure 00000024
,
Figure 00000025
,
Figure 00000026
, следовательно, среднее значение ƒ(y|θy) увеличивается на Δzθy, среднеквадратичное отклонение не меняется, что соответствует переносу частиц без рассеяния.Another special case - after the substance on the interval
Figure 00000022
add vacuum
Figure 00000023
on the interval [z, z + Δz]. Then
Figure 00000024
,
Figure 00000025
,
Figure 00000026
therefore, the mean value of ƒ (y | θ y ) is increased by Δzθ y , the standard deviation does not change, which corresponds to the transfer of particles without scattering.

С учетом симметрии рассеяния относительно поворота в плоскости x-y получим, что

Figure 00000027
, σ2(z) - дисперсия угла рассеяния.Taking into account the symmetry of the scattering with respect to rotation in the xy plane, we obtain that
Figure 00000027
, σ 2 (z) is the dispersion of the scattering angle.

Совместная плотность распределения по двум смещениям и двум углам дается выражением ƒ(x,θx)ƒ(y,θy). Легко проверить, что для нее выполняется транспортное уравнение:The joint distribution density over two displacements and two angles is given by the expression ƒ (x, θ x ) (y, θ y ). It is easy to check that the transport equation is satisfied for it:

Figure 00000028
Figure 00000028

Figure 00000029
Figure 00000029

Для генерации четырех переменных x, у, θx, θy нам необходим быстрый генератор нормального распределения. Используем метод Бокса-Мюллера (Devroye, Non-Uniform Random Variate Generation, Springer-Verlag, New York, 1986). Генерируется только нормальное распределение со средним значением 0 и среднеквадратичным отклонением 1. Для произвольных параметров достаточно домножить полученную величину на нужное среднеквадратичное отклонение, и добавить нужное среднее значение.To generate the four variables x, y, θ x , θ y, we need a fast generator of the normal distribution. We use the Box-Muller method (Devroye, Non-Uniform Random Variate Generation, Springer-Verlag, New York, 1986). Only the normal distribution is generated with the mean value of 0 and the standard deviation of 1. For arbitrary parameters, it suffices to multiply the obtained value by the desired standard deviation, and add the desired mean value.

Моделирование протонных изображений методом Монте-Карло производят следующим образом. На начальном этапе генерируется протон с энергией и пространственно-угловым распределением, исходя из параметров падающего на тест-объект протонного пучка. Затем с помощью метода Монте-Карло осуществляют моделирование прохождения протонов через тест-объект, при этом моделируются все основные процессы, возникающие при прохождении протонов через вещество: потеря энергии на ионизацию и ее флуктуация, неупругое и упругое ядерное взаимодействие, многократное кулоновское рассеяние. Рождение вторичных частиц не моделируется. После прохождения протона через тест-объект протоны пропускают через магнито-оптическую систему, представляющую собой совокупность квадрупольных линз с вакуумными промежутками между ними. Моделирование прохождения протонов через квадрупольные линзы осуществляют с помощью точного аналитического решения дифференциального уравнения траектории заряженной частицы в соответствующем магнитном поле исходя из энергии частицы и ее пространственно-углового положения. В вакуумных промежутках осуществляют прямолинейное движение.The simulation of proton images by the Monte Carlo method is performed as follows. At the initial stage, a proton is generated with energy and spatial-angular distribution, based on the parameters of the proton beam incident on the test object. Then, using the Monte-Carlo method, proton passing through a test object is simulated, while all the main processes occurring during the passage of protons through a substance are simulated: energy loss for ionization and its fluctuation, inelastic and elastic nuclear interaction, multiple Coulomb scattering. The birth of secondary particles is not modeled. After the proton passes through the test object, the protons are passed through a magneto-optical system, which is a combination of quadrupole lenses with vacuum gaps between them. Modeling of protons through quadrupole lenses is carried out using an exact analytical solution of the differential equation of the charged particle trajectory in the corresponding magnetic field based on the particle energy and its spatial-angular position. In the vacuum gaps carry out rectilinear motion.

По координатам протона в плоскости регистрации заполняется соответствующая ячейка изображения. Затем генерируют следующий протон и осуществляют его транспортировку через тест-объект и магнито-оптическую систему до плоскости регистрации, где он также участвует в формировании изображения. Генерацию протонов продолжают до тех пор, пока не будет смоделировано необходимое количество протонов, соответствующее количеству протонов в падающем пучке.According to the coordinates of the proton in the registration plane, the corresponding cell of the image is filled. Then, the next proton is generated and transported through the test object and the magneto-optical system to the registration plane, where it also participates in the formation of the image. Proton generation is continued until the required number of protons corresponding to the number of protons in the incident beam is simulated.

На фиг. 6, 8, 10, 12 - представлены протонные радиограммы процесса ударно-волнового нагружения оболочек, полученные расчетным путем, как методом лучевых сумм, так и методом Монте-Карло.FIG. 6, 8, 10, 12 - the proton radiograms of the process of shock-wave loading of the shells, obtained by calculation, using the ray sum method and the Monte Carlo method are presented.

На фиг. 13, 14, 15, 16 для наглядности представлено сопоставление положения внешней и внутренней границ одной из оболочек в эксперименте (линия с треугольниками) и смоделированных изображениях (линия с шариками) для отдельных кадров.FIG. 13, 14, 15, 16 for clarity, a comparison of the position of the outer and inner borders of one of the shells in the experiment (line with triangles) and modeled images (line with balls) for individual frames is presented.

Как видно из сравнительного анализа расчетные и экспериментальные данные хорошо согласованы. Заявляемое изобретение позволяет обеспечить точность обработки полученных результатов и анализа и судить о соответствии расчетных параметров экспериментальным результатам с большой точностью.As can be seen from a comparative analysis, the calculated and experimental data are in good agreement. The claimed invention allows to ensure the accuracy of processing of the obtained results and analysis and to judge the compliance of the calculated parameters with the experimental results with great accuracy.

Данное утверждение можно проиллюстрировать на примере простого объекта, представляющего собой сферу радиуса 30 мм с внутренней полостью радиусом 10 мм. На фиг. 17 представлено распределение массовой толщины для данного объекта (идеальное численное изображение без учета взаимодействия вещества объекта с излучением), а на фиг. 18 - распределение массовой толщины с учетом размытия изображения (с учетом взаимодействия) со среднеквадратичным отклонением 1 мм (по функции Гаусса). Видно, что в этом случае границы размыты. Для наглядности на фиг. 19 представлены профили распределения массовой толщины вдоль белой пунктирной линии на фиг. 17 и 18. На фиг. 19 видно, что профили массовых толщин объекта близки. Однако, вблизи внутренней и внешней границ наблюдается несоответствие "истинных" профилей, получаемых из чертежей или в газодинамических расчетах, и "экспериментальных", получаемых из размытых экспериментальных изображений. Например, радиус внутренней полости, полученный методом градиентов из размытого изображения (поиск экстремума в поле массового распределения), составляет примерно 11.5 мм. То есть при масштабе размытия изображения 1 мм для исследуемого объекта завышение радиуса полости составляет 15%, что является очень серьезной величиной, которая может привести к большим ошибкам (ошибка в объеме полости составляет при этом 1.5 раза). При масштабе размытия изображения 0.5 мм ошибка в радиусе составляет 0.8 мм, а при масштабе размытия 0.25 мм - 0.5 мм. То есть при размытии изображения, составляющего несколько сотен микрон, величина ошибки определения радиуса может достигать для подобных объектов 5-10%. Таким образом, для различных объектов, в зависимости от их конфигурации и размытия изображения, несогласованность определения различных границ в газодинамическом расчете может быть существенной.This statement can be illustrated by the example of a simple object representing a sphere with a radius of 30 mm and an internal cavity with a radius of 10 mm. FIG. 17 shows the distribution of mass thickness for a given object (an ideal numerical image without taking into account the interaction of the substance of the object with the radiation), and FIG. 18 - distribution of mass thickness, taking into account the image blur (including interaction) with a standard deviation of 1 mm (Gaussian function). It can be seen that in this case the borders are blurred. For clarity in FIG. 19 shows the distribution profiles of the mass thickness along the white dotted line in FIG. 17 and 18. In FIG. 19 that the mass thickness profiles of the object are close. However, near the internal and external boundaries there is a discrepancy between the “true” profiles obtained from the drawings or in the gas-dynamic calculations, and the “experimental” profiles obtained from the diffuse experimental images. For example, the radius of the internal cavity, obtained by the gradient method from a blurred image (search for an extremum in the mass distribution field), is approximately 11.5 mm. That is, with a 1-mm image blurring scale for the object under study, overestimation of the cavity radius is 15%, which is a very serious value that can lead to large errors (an error in the cavity volume is 1.5 times). When the image blurring scale is 0.5 mm, the error in the radius is 0.8 mm, and when the blur scale is 0.25 mm, it is 0.5 mm. That is, when blurring an image of several hundred microns, the magnitude of the error in determining the radius can reach 5-10% for such objects. Thus, for different objects, depending on their configuration and image blurring, the inconsistency in the definition of different boundaries in the gas-dynamic calculation can be significant.

Claims (4)

1. Способ исследования поведения материалов при ударно-волновом нагружении с помощью протонной радиографии, включающий получение изображения пучка протонов с помощью системы формирования и регистрации изображений после прохождения через объект исследования с последующей обработкой изображения и сопоставления с полученными при математическом моделировании параметрами сравнения, в качестве которых используют форму и положение ударной волны и/или детонационной волны и/или геометрию объекта исследования с последующим тестированием уравнения состояния материала объекта исследования, отличающийся тем, что для обработки полученных изображений объекта исследования используют изображения тест-объектов, помещая их на место размещения объекта исследования и пропуская через них пучок протонов, при этом по изображению тест-объекта с реперными отметками в узлах ортогональной решетки устанавливают соответствие между фактическими геометрическими размерами тест-объекта и его размерами на изображении, которое учитывают при обработке изображений объекта исследования, а по изображениям, полученным при перемещении этого тест-объекта вдоль оси пучка, учитывают влияние системы формирования и регистрации изображений на искажение размеров, по изображению объекта, имеющего постоянную поверхностную плотность, учитывают величину поля обзора магнитооптической системы, причем для одновременной оценки дисторсии получают изображение, размещая перед этим объектом стальную пластину с разметкой в виде решетки, а параметры сравнения, полученные в процессе математического моделирования, определяют по пространственному распределению протонов после их прохождения через исследуемый материал в плоскости конвертора системы регистрации, которое осуществляют на основе метода лучевых сумм или методом Монте-Карло.1. A method for studying the behavior of materials under shock-wave loading using proton radiography, including obtaining an image of a proton beam using an image forming and recording system after passing through the object of study with subsequent image processing and comparison with the comparison parameters obtained during mathematical modeling use the shape and position of the shock wave and / or detonation wave and / or the geometry of the object of study with subsequent testing in Equating the state of the material of the object of study, characterized in that for processing the obtained images of the object of study using images of test objects, placing them at the location of the object of study and passing a proton beam through them, while the image of the test object with reference marks in the nodes of the orthogonal lattice establish the correspondence between the actual geometrical dimensions of the test object and its dimensions in the image, which is taken into account when processing images of the object of study, and the images obtained by moving this test object along the beam axis take into account the influence of the image forming and recording system on the size distortion, the image of the object having a constant surface density takes into account the magnitude of the field of view of the magneto-optical system, and to simultaneously evaluate the distortion this object, a steel plate with a grid in the form of a lattice, and the comparison parameters obtained in the process of mathematical modeling are determined by the spatial mu distribution protons after they pass through the test material in the plane of the converter registration system, which is carried out on the basis of a method of ray sums or Monte Carlo method. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют итерационную корректировку уравнения состояния исследуемого материала, добиваясь совпадения расчетных и экспериментальных параметров сравнения.2. The method according to p. 1, characterized in that they carry out an iterative adjustment of the equation of state of the material under study, ensuring the coincidence of the calculated and experimental parameters of the comparison. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании метода лучевых сумм рассчитывают оптическую толщину объекта из исследуемого материала и различные комбинации углов рассеяния протонов с координатами вдоль луча.3. The method according to p. 1, characterized in that when using the radial sum method, calculate the optical thickness of the object from the material under study and various combinations of proton scattering angles with coordinates along the beam. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании метода Монте-Карло учитывают потерю энергии на ионизацию и ее флуктуацию, неупругое и упругое ядерное взаимодействие, многократное кулоновское рассеяние.4. The method according to p. 1, characterized in that when using the Monte Carlo method take into account the loss of energy for ionization and its fluctuations, inelastic and elastic nuclear interaction, multiple Coulomb scattering.
RU2018130022A 2018-08-17 2018-08-17 Method of investigating behavior of materials during impact-wave loading using proton radiography RU2687840C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018130022A RU2687840C1 (en) 2018-08-17 2018-08-17 Method of investigating behavior of materials during impact-wave loading using proton radiography

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018130022A RU2687840C1 (en) 2018-08-17 2018-08-17 Method of investigating behavior of materials during impact-wave loading using proton radiography

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2687840C1 true RU2687840C1 (en) 2019-05-16

Family

ID=66578953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018130022A RU2687840C1 (en) 2018-08-17 2018-08-17 Method of investigating behavior of materials during impact-wave loading using proton radiography

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2687840C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761376C1 (en) * 2021-03-05 2021-12-07 Объединенный институт ядерных исследований (ИОЯИ) Device for simulating high energy heavy ion beams of mixed radiation fields for the purposes of experimental radiobiology
CN116087244A (en) * 2023-04-06 2023-05-09 之江实验室 Multi-material diagnosis method, device and application

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2426100C1 (en) * 2010-05-26 2011-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ" Method of material analysis at shock wave loading by means of protonoscopy
RU2431133C1 (en) * 2010-06-03 2011-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" Radiographic complex built around proton accelerator to examine stop-action processes
RU2446613C2 (en) * 2010-05-26 2012-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" Device for recording images generated using radiation
CN102488971A (en) * 2011-10-25 2012-06-13 浙江硅萃影像科技有限责任公司 Real-time dynamic proton imaging and radiotherapy image imaging method, image reconstruction optimization algorithm and imaging system using method
CN103977506A (en) * 2014-05-22 2014-08-13 中国工程物理研究院流体物理研究所 Method and device for proton tomography
RU2573178C1 (en) * 2014-09-15 2016-01-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" Method of imaging high-speed process using proton radiation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2426100C1 (en) * 2010-05-26 2011-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ" Method of material analysis at shock wave loading by means of protonoscopy
RU2446613C2 (en) * 2010-05-26 2012-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" Device for recording images generated using radiation
RU2431133C1 (en) * 2010-06-03 2011-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" Radiographic complex built around proton accelerator to examine stop-action processes
CN102488971A (en) * 2011-10-25 2012-06-13 浙江硅萃影像科技有限责任公司 Real-time dynamic proton imaging and radiotherapy image imaging method, image reconstruction optimization algorithm and imaging system using method
CN103977506A (en) * 2014-05-22 2014-08-13 中国工程物理研究院流体物理研究所 Method and device for proton tomography
RU2573178C1 (en) * 2014-09-15 2016-01-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" Method of imaging high-speed process using proton radiation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761376C1 (en) * 2021-03-05 2021-12-07 Объединенный институт ядерных исследований (ИОЯИ) Device for simulating high energy heavy ion beams of mixed radiation fields for the purposes of experimental radiobiology
CN116087244A (en) * 2023-04-06 2023-05-09 之江实验室 Multi-material diagnosis method, device and application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Humphrey et al. Low-energy interactions of K− mesons in hydrogen
Schulte et al. A maximum likelihood proton path formalism for application in proton computed tomography
Bulos et al. Charge Exchange and Production of η Mesons and Multiple Neutral Pions in π− p Reactions between 654 and 1247 MeV/c
CN110009707A (en) Image dispersion bearing calibration, device, computer equipment and storage medium
RU2687840C1 (en) Method of investigating behavior of materials during impact-wave loading using proton radiography
Pennazio et al. Proton therapy monitoring: spatiotemporal emission reconstruction with prompt gamma timing and implementation with PET detectors
Stapleton et al. Angle statistics reconstruction: a robust reconstruction algorithm for muon scattering tomography
Krah et al. Polynomial modelling of proton trajectories in homogeneous media for fast most likely path estimation and trajectory simulation
Schneider et al. Spatial resolution of proton tomography: methods, initial phase space and object thickness
Bücherl et al. A Bayesian method for the evaluation of segmented gamma scanning measurements–Description of the principle
Moskal et al. Discrete symmetries tested at 10− 4 precision using linear polarization of photons from positronium annihilations
Erlandson et al. One-sided muon tomography—A portable method for imaging critical infrastructure with a single muon detector
Szalóki et al. Reverse Monte Carlo iterative algorithm for quantification of X‐ray fluorescence analysis based on MCNP6 simulation code
Hernandez-Prieto et al. Study of accuracy in the position determination with SALSA, a γ-scanning system for the characterization of segmented HPGe detectors
Yang et al. Simulation and validation studies of a large drift tube muon tracker
Hausladen et al. 3D Tomography and Image Processing Using Fast Neutrons Final Report
Egan et al. Center-of-Mass Corrections in Associated Particle Imaging
Li et al. Performance study of the Multi-purpose Time Projection Chamber (MTPC) using a four-component alpha source
Laminack et al. 3D Source Reconstruction Using Coded Aperture Gamma-Ray Imaging
Reuter et al. Numerical measurement uncertainty evaluation for X-ray computed tomography using simulations–A first approach to build a digital twin
Heath et al. Gantryless Associated-Particle Neutron Radiography
Sjölin et al. A method for geometric calibration of edge‐on detectors in a CT‐gantry
Kowaluk et al. Proposed use of Monte Carlo simulated images to evaluate the accuracy of measurements on X-ray computed tomography
Mikeli et al. 3D reconstruction optimization for compton camera events
Schütze et al. Simulation of material budget measurements with beam telescopes