ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Создание транспортабельного малогабаритного источника радиации на основе трехсантиметрового микротрона»

Рекомендуемая область пременения

Неразрушающий контроль изделий (дефектоскопия) в стационарных и полевых условиях (машин, устройств, трубопроводов), в медицине – интероперационное облучение в процессе хирургической операции онкологических больных.

Назначение, цели и задачи проекта

Создание малогабаритного источника радиации на основе трехсантиметрового микротрона с целью замены источников радиации, работающих на основе радиоактивных изотопов.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Использование источника радиации на основе радиоактивных изотопов представляло угрозу облучения населения, так как постоянно облучают окружающую среду.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Освоение 3-хсантиметрового диапазона на микротроне  началось с поиска новых режимов ускорения. Были рассчитаны режимы ускорения в плоском цилиндрическом резонаторе с термокатодом (третий тип ускорения) с траекторией электрона внутри резонатора близкой к траектории во втором типе ускорения [1] . Лучшие параметры режим ускорения имеет при толщине резонатора l=1,2 (в единицах ?/2p) с приростом энергии за оборот от 275 КэВ ( ?=0,54 ? 0,7). Коэффициент захвата электронов в режиме ускорения при ?=0,58 примерно в 2,5 раза выше коэффициента захвата в первом типе ускорения.

Вертикальный размер катода в рассчитанном режиме примерно в 2 раза больше, чем в первом типе ускорения, а это означает, что для получения одинакового тока ускоренных электронов, плотность тока с катода должна быть в 2 раза ниже. Это позволило при наличии источника  с ВЧ энергией сравнительно небольшой мощности   240 КВт в импульсе, запустить трехсантиметровый микротрон на 18 орбит с максимальной энергией 5,8 МэВ и импульсным током 3 мА.

Снимок орбит на плитах соли NaCl, полученные методом, разработанным нами  [2] , и сечение пучка электронов приведены на рис.1 и рис.2.

Рис.1 Снимок орбит.                               

Рис.2. Профили пучка.

На основе результатов, полученных на первом микротроне 3-х сантиметрового диапазона, был разработан и построен малогабаритный передвижной микротрон на 14 орбит, предназначенный для дефектоскопии  элементов трубопроводов в полевых условиях.

Параметры микротрона:

Энергия ускоренных электронов - 5 МэВ;

Средний ток ускоренных электронов- 3 мкА

Мощность экспозиционной дозы тормозного излучения на расстоянии 1 м от мишени – 15 Р/мин

Диаметр электронного пятна на мишени – 1,5 мм

В состав установки входят четыре блока: 1) излучающий блок, 2) блок охлаждения, 3) пульт управления, 4) блок модулятора с преобразователем.

Излучающий блок

В состав излучающего блока входят электромагнит с вакуумной камерой, СВЧ система и высоковакуумный насос. С блоком модулятора СВЧ генератора излучающий блок связан высоковольтным кабелем, длина которого позволяет перемещать ее на расстоянии до 10 м от блока модулятора. Так как к излучающему блоку передвижных установок предъявляется требование минимальности веса и компактности, то при разработке все узлы, входящие в блок, рассматривались с учетом этих требований.

Электромагнит

Требование минимальности веса в первую очередь относится к электромагниту микротрона, так как на него падает основная часть веса излучающей головки.  Электромагнит микротрона изготовлен из стали 10 и состоит из двух симметричных относительно медианной плоскости частей (рис.3). Основными его элементами являются полюса, магнитопровод и обмотки возбуждения. Диаметр полюсов равен 220 мм, межполюсной зазор составляет 32 мм. Конструкция электромагнита обеспечивает получение в межполюсном зазоре рабочего значения индукции магнитного поля 2100 Э при неоднородности поля   0,3%. Для компенсации рассеяния и уменьшения  неоднородности поля используются кольцевые краевые шиммы высотой 10 мм и радиальная размером 5 мм. Расчет окна под обмотку возбуждения проводился исходя из требования минимальности массы электромагнита. Масса магнита получилась равной 38 кг.

Рис.3. Магнитопровод электромагнита.

Рис.4. Вакуумная камера.

Вакуумная камера (рис.4) состоит из 2х частей цилиндрической формы, которые сварены между собой аргонно-дуговой сваркой.  Материал камеры медь «МБ». В боковую стенку камеры впаяны керамический проходной изолятор для тормозной мишени 1, медный штенгель 3 и медный патрубок с фланцем, через который вводится резонаторный блок 4. Наружный диаметр камеры равен внутреннему диаметру шимм на полюсах магнита, а ее вертикальный размер равен межполюсному зазору. Таким образом, вакуумная камера после  сборки магнита оказывается механически закрепленной в нем и дополнительного крепления не требует. Предварительное обезгаживание вакуумной камеры осуществляется на откачном посту. Соединение вакуумной камеры и откачного поста осуществляется с помощью стыковочного узла. Этот узел выполнен на базе высоковакуумного вентиля, который имеет три канала. Один канал соединяется со штенгелем вакуумной камеры. Уплотнение конусного типа с медным уплотнителем. С противоположной стороны ко второму каналу подключается небольшой электроразрядный насос, который выполняет две функции – поддерживает вакуум в камере порядка 5 10^-6 тор во время работы ускорителя без откачного поста и служит измерителем давления. Третий канал, перпендикулярный первым двум, имеет фланец для подсоединения к вакуумному агрегату и шток с уплотняющим конусом из никеля, который необходим для отсекания вакуумного поста после обезгаживания камеры, резонаторного блока и катода. Описанная конструкция вакуумной камеры и вакуумной системы позволяет прогревать камеру для ее обезгаживания.

Резонаторный блок (рис.5) образует единый узел, состоящий из резонатора, волноводного линейного перехода, керамического СВЧ окна, фланца и коммуникаций. Ускоряющий резонатор- цилиндрический, рассчитанный на режим ускорения с  ? = 0,62 и m = 3. Тип траектории- второй. Резонатор соединен с волноводом со стороны малого сечения. Со стороны большего сечения волновод оканчивается керамическим   СВЧ окном, служащим для разделения вакуумной и не вакуумной частей. Здесь же расположен фланец из нержавеющей стали. Уменьшение сечения волновода со стороны крепления ускоряющего резонатора связано с уменьшением внешнего размера резонатора в направлении ведущего магнитного поля, необходимом для уменьшения межполюсного зазора. Все элементы спаяны между собой припоем ПСР-72. На фланце имеются штуцеры для подвода охлаждающей резонатор воды, а также керамические проходные изоляторы для подачи тока накала на катод резонатора.

В качестве генератора СВЧ мощности используется серийный перестраиваемый магнетрон с импульсной мощностью 250 кВт. Между генератором и резонатором включен ферритовый циркулятор с развязкой, равной 20 дБ. Для лучшей компоновки СВЧ системы в волноводный тракт введены два волноводных изгиба. СВЧ тракт работает при избыточном давлении воздуха   10⁵ Па. Фотография излучающего блока на рис.6.

Рис.6. Излучающий блок микротрона.

Предполагается с целью уменьшения габаритов и массы микротрона заменить электромагнит постоянным магнитом на основе редкоземельного магнитного материала, вакуумную систему с непрерывной откачкой заменить на отпаянную вакуумную камеру, высокочастотную систему выполнить по схеме без развязки между магнетроном и ускоряющим резонатором.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Результатом применения предлагаемого малогабаритного микротрона трехсантиметрового диапазона является снижение радиационной нагрузки на население и улучшение экологической обстановки.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Повышается скорость и точность определения дефектов при дефектоскопии. Решается проблема снижения радиационной нагрузки на окружающую среду и население.

Кроме того внедрение данного проекта позволяет снизить себестоимость продукции промышленных предприятий и строительных организаций, уменьшить экологические платежи.

Новые потребительские свойства продукции

Замена изотопных источников на включаемый ускоритель;
Cнижает уровень облучения населения.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам

Стадия и уровень разработки

Имеется действующий образец малогабаритного микротрона, проводится модернизация с целью улучшения его параметров.

Предлагаемые инвестиции

6 млн. руб.

Рынки сбыта

В настоящее время с ОКБ ОАО «Тантал» достигнута договоренность о разработке макета одного из вариантов совмещенной системы магнетрон-ускоряющий резонатор микротрона, предназначенного для работы в трехсантиметровом диапазоне.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология и оборудование для ее реализации не имеет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

36

Дата поступления материала

29.11.2006