IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Все чаще в местах досмотрового контроля для проверки грузов используют источники ионизирующего излучения. Данный выбор обосновывается рядом преимуществ перед другими методами контроля, а именно:

• Высокая информативность;

• Экономическая целесообразность использования данного метода неразрушающего контроля по сравнению с другими методами;

• Быстрота получения информации и др.

В качестве источников ионизирующего излучения используются ускорители прямого действия, синхротроны, бетатроны, микротроны, линейные ускорители. Наибольшее распространение как источников получили бетатроны. Выбор бетатронов позволяет контролировать изделия и конструкции большей толщины при меньшем времени экспозиции. Кроме этого, бетатроны обладают рядом преимуществ, которые подробно указаны в статье ученых Томского Политехнического университета – Горбунова В.И., Куницина Г.А. и Соколова О.В.[1].

При проектировании бетатронов остается актуальна задача уменьшения массогабаритных характеристик при сохранении фокусирующих и мощностных свойств магнитного поля излучателя бетатрона. Также изменение массогабаритных характеристик электромагнита неминуемо приведет к перераспределению температур, что может привести к перегреву составных частей излучателя.

Решение данной мультифизической задачи состоит в одновременном изучении магнитного и теплового поля излучателя бетатрона. В настоящее время учеными Томского политехнического университета проводится внедрение компьютерных программ конечно-элементного анализа для моделирования физических полей излучателя бетатрона[2].

При моделировании магнитного и теплового поля бетатрона необходимо учитывать такие свойства электромагнита, как кривая намагничивания и кривая зависимости потерь в стали от индукции. Электромагнит излучателя бетатрона набирается из листовой электротехнической стали марки 3408 толщиной листа 0.3 мм. Ниже приведены характеристики электротехнической стали 3408 толщиной 0.3 мм, взятые из каталога продукции Новолипецкого Металлургического комбината[3].

Рисунок 1 – Кривая намагничивания для листовой электротехнической стали марки 3408 толщиной листа 0.3 мм при частоте F=50 Гц

Рисунок 2 - Кривая зависимости потерь на килограмм от индукции для листовой электротехнической стали марки 3408 толщиной листа 0.3 мм при частоте F=50 Гц

Необходимо учитывать, что бетатрон работает в однополярном импульсном режиме при частоте импульсов 150 Гц. По этой причине, использование характеристик, взятых из каталога, не представляется возможным.

Для снятия кривой намагничивания и кривой потерь в стали был сконструирован броневой трансформатор, представленный на рисунке ниже. Длина средней линии трансформатора составляла 380 мм. Сечение сердечника 480 . Для обеспечения такого же магнитного режима, что и в бетатроне, в магнитной цепи трансформатора имелся воздушный зазор. На сердечник трансформатора были намотаны 2 обмотки: возбуждающая (178 витков) и измерительная(50 витков). Между слоями обмоток для уменьшения потерь в меди в качестве изоляции прокладывалась электротехническая крафт-бумага толщиной 0,14 мм. При помощи схемы питания специально спроектированной для данного эксперимента на возбуждающую обмотку подавались импульсы тока той же частоты и длительности, что и в реальной конструкции бетатрона.

Рисунок 3 – Конструкция броневого трансформатора из листовой стали марки 3408

Для измерения тока в цепь обмотки подключался шунт с сопротивлением 1 Ом. Мгновенные значения тока и напряжения возбуждающей обмотки регистрировались при помощи осциллографа. Другой осциллограф был подключен в цепь измерительной обмотки для определения напряжения обмотки. Полученные результаты выводились на экран.

После математической обработки полученных результатов, были построены графики намагничивания и потерь для электротехнической стали 3408 при однополярном импульсном режиме. Результаты представлены ниже.

Рисунок 4 – Экспериментальная кривая намагничивания для листовой электротехнической стали 3408 толщиной 0.3 мм при однополярном импульсном режиме

Рисунок 4 – Экспериментальная кривая зависимости потерь в стали от индукции для листовой электротехнической стали 3408 толщиной 0.3 мм при однополярном импульсном режиме, где: 1- полученная экспериментальная кривая; 2- проаппроксимированная кривая

Таким образом, полученные кривые в дальнейшем можно использовать при моделировании магнитного и теплового поля бетатрона.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Горбунов, Владимир Иванович. Бетатроны НИИ ЭИ для промышленной дефектоскопии и медицины [Электронный ресурс] / В. И. Горбунов, Г. А. Куницын, О. В. Соколов // Известия Томского политехнического института [Известия ТПИ] / Томский политехнический институт (ТПИ) . — Изд-во Томского ун-та , 1974 . — Т. 279 : Бетатроны . — [С. 117-122] .

2. Zatonov, Ivan Andreevich. Numerical simulation of the betatron magnetic field using ELCUT software [Electronic resource] / I. A. Zatonov, M. M. Shtein // MATEC Web of Conferences . — Les Ulis : 2016 . — Vol. 48 : Space Engineering . — [03007, 7 p.] .

3. Каталог Новолипецкого металлургического комбината. – URL: http://nlmk.com/ru/our-business/products-and-innovations/products/?product=2224

Код для цитирования: Скопировать