DE3832117A1 - Tragbares radiographisches system unter verwendung eines relativistischen elektronenstrahls - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Neutronen und Röntgen­ strahlradiographie sowie Vorrichtungen dafür, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Verwendung bei der nicht zerstörenden Radiographie für die Erzeugung von Neutronen und Röntgenstrahlen mit einem relativistischen Elek­ tronenstrahlimpuls.

Schweißungen an Gebilden, wie beispielsweise Schiffskörpern, Brücken, Metallbaurahmen und dgl. sollten hinsichtlich Inte­ grität aus Gründen der Sicherheit untersucht werden. Eine Vor­ richtung gemäß der Erfindung kann dazu verwendet werden, um solche Strukturen durch eine nicht zerstörende Radiographie zu untersuchen, um deren Schweißungen und andere gewünschte Merk­ male als sicher zu bestätigen. Die Erfindung kann mit tragba­ ren Vorrichtungen ausgeführt werden, was die Inspektion gegen­ über bekannten Vorrichtungen erleichtert, die groß, kompli­ ziert und teuer sind. Die bekannten Vorrichtungen machen auch eine zugängliche externe Leistungsquelle erforderlich, wohin­ gegen die erfindungsgemäße Vorrichtung ihre eigene Leistungs­ versorgung besitzt. Es ist daher leicht, die erfindungsgemäße Vorrichtung an entfernt gelegenen Stellen zu verwenden.

Konventionelle Radiographievorrichtungen erzeugen durchdrin­ gende Strahlung durch Bombardement eines Anodentargets mit von einer Kathode emittierten Hochenergieelektronen. Die US-Pa­ tentschriften 36 43 094 und 37 83 288 zeigen tragbare, eine relativ niedrige Spannung verwendende Röntgenstrahlvorrichtun­ gen sowie Betriebsspannungen von ungefähr 150 kV bis 350 kV. Die Erzeugung von höheren Spannungen macht jedoch üblicherwei­ se nicht tragbare Ausrüstungsgegenstände erforderlich.

Magnetflußkompressionsgeneratoren (MFCG's) können für Tragbar­ keit ausgelegt sein und erzeugen relativ hohe Spannungen. Eine Reihe von explosiv betriebenen Magnetkumulationsgeneratoren, verwendet zur Erzeugung einer hohen Spannung, wird von A. I. Pavlovski und anderen in der folgenden Literaturstelle be­ schrieben: "Transformer Energy Output Magnetic Cumulative Generators". Proceedings of the Second International Confe­ rence on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics (Plenum Press, New York, 1980). Eine Kondensatorreihe oder ein Permanentmagnet wird verwendet, um ein erstes Magnetfeld zu erzeugen. Dieses erste Magnetfeld und darauffolgende Felder werden schnell zum Zusammenfallen gebracht, und zwar unter Verwendung von Explosivstoffen zur Erzeugung einer Hochspan­ nungsausgangsgröße, die mit einer Last mit einem Transformator gekoppelt ist. Pavlovski und andere lehren die Kaskadenanord­ nung von MFCG's zur Energieverstärkung. Keine spezielle Last­ anwendung wird gelehrt und Spannungspegel bis nur ungefähr 400 kV werden gelehrt.

Eine relativ hohe Leistungsdiode ist eine Diodenstruktur, die einen relativistischen Elektronenstrahl erzeugt. Solch eine Vorrichtung erfordert typischerweise eine Betriebsspannung von ungefähr 1 MV zur Erzeugung des relativistischen Strahls. Kon­ ventionelle relativistische Strahldioden haben jedoch die Ten­ denz, eine Plasmaschicht, benachbart zur Kathode, zu erzeugen, und zwar infolge Arbeitsfunktionserwärmung, wenn Elektronen aus der Kathode emittiert werden. Der mit dem Plasma in Bezie­ hung stehende niedrige Widerstandswert wird in konventioneller Weise einen Flußkompressionsgenerator daran hindern, die für relativistische Strahloperation erforderlichen hohen Span­ nungspegel zu erreichen.

Diese und weitere Probleme des Standes der Technik werden durch die folgende Erfindung aufgegriffen und gelöst, und es wird eine tragbare Radiographievorrichtung vorgesehen mit Flußkompressionsgeneratoren zur Lieferung hoher Spannung an eine relativistische Strahldiode.

Es ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Kom­ pressionsflußgenerator mit einer relativistischen Strahlelek­ trode zu laden. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Erzeugung des Diodenelektronenstrahls so lange auszu­ schließen, bis eine Maximalspannung von dem Kompressionsfluß­ generator abgegeben wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung be­ steht darin, die tragbare nicht-zerstörende Neutronen- und Röntgenstrahlen-Radiographie vorzusehen.

Zusammenfassung der Erfindung. Zur Erreichung der genannten sowie weiterer Ziele kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen tragbaren radiographischen Generator aufweisen. Ein Magnet ist dabei vorgesehen, um ein Feld zu erzeugen, welches magnetischen Fluß mit Magnetflußkompressionsmitteln aufweist, um einen Hochspannungsimpuls zu erzeugen, der zur Erzeugung eines relativistischen Elektronenstrahls wirksam ist. Eine Diode mit einer Kathode und einer Anode spricht auf den Span­ nungsimpuls an, wobei die Kathode und die Anode so geformt sind, daß ein relativistischer Elektronenstrahlimpuls erzeugt wird, nachdem die Spannung einen vorgewählten Wert erreicht, und woraufhin ein Umschalten auf einen niedrigen Impedanzwert zur Erzeugung des relativistischen Elektronenstrahls erfolgt.

Weitere Vorteile, Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch ein Neutronenimpulserzeugungs-Ausführungs­ beispiel der Erfindung unter Verwendung einer kapazi­ tiven anfänglichen Magnetflußfelderzeugung;

Fig. 2 schematisch beispielhaft ein erstes Ausführungsbeispiel eines MFCG gemäß der Erfindung;

Fig. 3 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines MFCG gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ist eine weggeschnittene Endansicht eines Transforma­ tors, verwendet bei einem Ausführungsbeispiel der Er­ findung;

Fig. 5 ist ein Querschnitt einer Elektronenstrahlimpulserzeu­ gungskathode zur Verwendung im Ausführungsbeispiel der Fig. 1;

Fig. 6 zeigt schematisch ein Neutronenimpulserzeugungs-Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung eines Per­ manentmagneten zur anfänglichen Magnetflußfelderzeu­ gung;

Fig. 7 ist ein Röntgenradiographie-Ausführungsbeispiel der Er­ findung unter Verwendung einer kapazitiven Anfangsma­ gnetflußfelderzeugung; und

Fig. 8 ist ein Querschnitt durch eine Elektronenstrahlimpuls­ erzeugungs-Kathode zur Verwendung beim Ausführungsbei­ spiel der Fig. 7.

Im folgenden sei die Erfindung im einzelnen beschrieben. Es sei zunächst Bezug auf die Fig. 1 genommen, wo schematisch ein Neutronenimpulserzeugungs-Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, und zwar zur Verwendung bei der nicht-zerstö­ renden Neutronenradiographie. Man erkennt, daß die Neutronen­ erzeugungsvorrichtung 10 eine Kondensatorreihe oder -bank 12 aufweist, ferner einen ersten MFCG 16, einen zweiten MFCG 18, einen Transformator 38 und eine Radiographievorrichtung 11.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen MFCG's 16 und 18 und einen Trans­ formator 38 im einzelnen. Wie man in Fig. 2 erkennt, weist der MFCG 16 einen inneren zylindrischen Leiter 22 auf, umgeben von einem äußeren schraubenlinienförmigen Leiter 20, verbunden mit Schalter 29 und dem zweiten MFCG 18 über seine erste Platte 26. Ein Innenleiter 22 steht mit der Kondensatorserie 12 in Verbindung und über einen Nasenkonus 25 mit einer zweiten Platte 27 des MFCG 18. Die Elemente 20, 22 und 25 und auch die elektrische Stromübertragungsstruktur dafür weisen im bevor­ zugten Ausführungsbeispiel Kupfer auf. Der zylindrische Leiter 22 ist an seinem Eingangsende erweitert und umgibt ein Explo­ sionsmittel 24, welches während des Betriebs zur Detonation gebracht wird, und zwar durch Zünden eines Detonators 19, ver­ bunden über eine Verzögerungsschaltung 17 mit dem Schalter 29.

Wenn somit der Detonator 19 gezündet wird, so brennt das Ex­ plosionsmittel 24 schnell vom erweiterten Ende des zylindri­ schen Leiters 22 zum Nasenkonus 25 hin, um den Leiter 22 nach außen zum schraubenlinienförmigen Leiter 20 zu treiben. Wenn im Betrieb der Schalter 29 geschaltet wird, so wird ein Ma­ gnetflußfeld zwischen den Leitern 20 und 22 aus einem elektri­ schen Impuls von der Kondensatorserie 12 aufgebaut. Eine kon­ ventionelle Verzögerungsschaltung 17 zündet den Detonator 19 zu einem geeigneten Zeitpunkt, nachdem der Schalter 29 ge­ schaltet ist, und zwar annähernd 50 µs später, was das Explo­ sionsmittel 24 in Gang setzt, um den zylindrischen Leiter 22 nach außen zum schraubenlinienförmigen Leiter 20 hin zu trei­ ben. Das Magnetflußfeld dazwischen wird zusammengedrückt, um einen ersten elektrischen Ausgangsimpuls von ungefähr 50 kV in den zweiten MFCG 18 zu erzeugen, und zwar durch seine Platten 26 und 27. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Explo­ sionsmittel 24 ein 165 g Rohr aus Cyclotol (Warenzeichen) ent­ halten, und zwar hergestellt von der Firma Dupont.

Es sei nunmehr auf Fig. 3 Bezug genommen, wo ein zweiter MFCG 18 erste und zweite mit Abstand angeordnete parallele Treiber­ platten 30 und 28 aufweist, und zwar verbunden mit Platten 26 und 27. Die Treiberplatten 28 und 30 erzeugen ein durch Pfeile 32 angedeutetes Magnetfeld. Erste und zweite Explosionskissen 36 und 34 sind auf den ersten und zweiten Treiberplatten 30 und 28 angeordnet, und im dargestellten Ausführungsbeispiel weist jedes Kissen ungefähr 6 kg Cyclotol (Warenzeichen) auf. Der zweite MFCG 18 weist zusätzlich ein zylindrisches Aus­ gangselement 44 auf, um seinen elektrischen Ausgangsimpuls in den Transformator 38 (Fig. 4) zu übertragen.

Im Betrieb wird der MFCG 16 (Fig. 2) zur Detonation gebracht, um einen ersten Stromimpuls zu erzeugen, der bei Übertragung zum MFCG 18 ein Magnetfeld, repräsentiert durch Pfeile 32, zwischen Treiberplatten 28 und 30 erzeugt. Die Ausgangsimpulse von dem ersten MFCG 16 initiieren über Platten 26 und 27 die Explosionskissen 36 und 34, wodurch bewirkt wird, daß sich die Treiberplatten 30 und 28 aufeinander zu bewegen, um den Fluß im Magnetfeld 32 zu komprimieren. Dies erzeugt einen elektri­ schen Ausgangsimpuls in der Größenordnung von ungefähr 15 kV vom zylindrischen Ausgangselement 44 des MFCG 18 in den Trans­ formator 38 (Fig. 4) hinein.

Fig. 4 ist eine weggeschnittene Endansicht des Transformators 38, der im bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Koaxialkabel aufweist, welches eine Folie aufweist, die um eine Luftkern­ sekundärseite oder -wicklung 46 gewickelt ist, und zwar herge­ stellt aus Kupferfilm (Schicht) und Isolierfilm (Schicht), ge­ wickelt in abwechselnden Lagen. Die Luftkernsekundärseite 46, die im bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann von der Firma Pulsed Science, Inc. in Oakland, California, USA, hergestellt sein. Eine Schicht aus Wasser 48 wird durch ein Kunststoffgehäuse 50 an ihrem Platz gehalten und umgibt die Luftkernsekundärseite 46. Wasser besitzt eine dielektri­ sche Konstante, die dazu geeignet ist, einen großen elektri­ schen Feldgradienten in einem kleinen Volumen zu halten. Bei­ spielsweise wurde ein Feldgradient von 420 kV/cm mit einer Spannung von 1 MV erhalten. Der Fachmann erkennt, daß auch andere dielektrische Isolatoren außer Wasser verwendet werden können. Eine Schicht aus Transformatoröl 52, wie beispiels­ weise Dialex, hergestellt von der Shell Oil Company, ist um das Gehäuse 50 herum durch die Metallwand 54 gehalten. Der Transformator 38 paßt in die NFCG-Ausgangsstruktur 44 (Fig. 4), welche die Primärspule des Transformators 38 bildet.

Unter nochmaliger Bezugnahme auf Fig. 1 erkennt man, daß der Leiter 40 den elektrischen Ausgangsimpuls vom MFCG 18 in die radiographische Vorrichtung 11 über eine Büchse 42 leitet, die mit einer Diode 58 über ein leitendes Transferstück 56, bei­ spielsweise eine bearbeitete Aluminiumprallplatte, in Verbin­ dung steht, die auch als eine Tragstruktur innerhalb des ra­ diographischen Vorrichtungsgehäuses 62 dienen kann. Die Diode 58 einschließlich Kathode 66 und einer Anode 74 erzeugt einen relativistischen Elektronenstrahlimpuls infolge des Empfangs einer annähernd 1 MV elektrischen Impulsausgangsgröße des Transformators 38 über den Leiter 40. Die Isolatoren 60 weisen Lucite oder ein anderes geeignetes dielektrisches Material auf und umgeben die Diode 58, um die Bogenbildung zu verhin­ dern und sie sind innerhalb des dielektrischen Diodengehäuses 64 positioniert. Das radiographische Vorrichtungsgehäuse 62 kann Schwefelhexafluorid enthalten, um zusätzliche Isolation vorzusehen.

Die Kathode 66 am Eingangsende 68 stellt die Verbindung her mit und empfängt den elektrischen Impuls von Diode 58 und in­ folgedessen erfolgt eine Elektronenemission, repräsentiert durch Pfeil 72 von der Ausgangsspitze 70. Im Ausführungsbei­ spiel der Fig. 1 kann die Kathode 66 eine hochqualitative strahlemittierende thermionische Kathode sein oder eine Feld­ emissionskaltkathode, wobei ein höherer Strahlstrom erzeugt wird.

Die Elektronen im Strahl 72 treffen auf die Anode 74 auf, die mit Abstand angeordnet ist gegenüber der Kathodenspitze 70. Die Anode 74 kann Titan aufweisen oder rostfreien Stahl oder dgl. und kann deuteriertes Polyethylen umfassen, um Deuteronen infolge des Auftreffens von Elektronen von Strahl 72 zu emit­ tieren. Vorzugsweise ist die Anode 74 jedoch mit Tritium bela­ den und emittiert Tritonen infolge der Elektronen im Strahl 72. Das Tritium kann chemisch mit der Anode 74 verbunden sein oder darauf plattiert sein. Die Anode 74 weist vorzugsweise eine ringförmige Öffnung 78, die eine Folie 76 enthält, die aus Kupfer hergestellt sein kann. Die Anode 74 definiert ein erstes Ende einer Driftkammer 80, die eine evakuierte Drift­ zone 82 enthält. Ein Neutronen erzeugendes Target oder Ziel 84 ist am äußeren Ende der Driftkammer 80 angeordnet und emit­ tiert Neutronen, wie sie durch Pfeil 86 dargestellt sind, in­ folge des Auftreffens von Tritonen oder Deuteronen von der Anode 74. Das Neutronen erzeugende Target oder Ziel 84 kann Kohlenstoff oder deuteriertes Polyethylen oder tritiatiertes Material, wie beispielsweise Titan, enthalten.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird dadurch betätigt, daß man den Schalter 29 schließt, was zur Folge hat, daß die Kon­ densatorbank oder -reihe 12 einen Strom erzeugt, um ein Ma­ gnetfeld in dem MFCG 16 zu erzeugen, wie dies in Fig. 2 darge­ stellt ist. Die Verzögerungsschaltung 17 zündet den Detonator 19 in dem MFCG, wodurch der Explosionskern 24 gezündet wird, um den inneren zylindrischen Leiter 22 nach außen zu dem äu­ ßeren schraubenlinienförmigen Leiter 20 zu leiten, um das da­ rinnen befindliche Magnetfeld zu komprimieren und um einen er­ sten elektrischen Impuls von ungefähr 50 kV zu erzeugen. Die­ ser erste Impuls wird zu dem MFCG 18 übertragen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, um ein intensiviertes Magnetfeld innerhalb der Treiberplatten 34 und 36 zu erzeugen und um die Detonator­ kissen 36 und 34 des MFCG 18 zu zünden, wodurch die Platten 30 und 28 zusammengezwungen werden, um dazwischen das Magnetfeld zusammenzudrücken und einen relativistischen Ausgangsimpuls in der Größenordnung von ungefähr 1 MV an der zweiten oder Sekun­ därspule 48 zu erzeugen. Der Transformator 38 gibt diesen Im­ puls ab, der sich darinnen aufbaut über eine Periode bis zu ungefähr 14 µs, wobei kein Strom im Transformator 38 während dieses Spannungsaufbaus geführt wird, da die Diode 58 so aus­ gelegt ist, daß sie anfangs nicht leitet.

Zu einem vorgewählten Zeitpunkt des Spannungsaufbaus zündet die Diode 58 zwischen ungefähr 0,02 und 0,10 µs und dient als ein Plasmaschalter, um in effizienter Weise Energie vom Trans­ formator 38 zur Kathode 66 zu liefern. Wie weiter unten erläu­ tert wird, ermöglicht die Funktion der Diode 58 als ein Plas­ maschalter der Diode 58 die Erzeugung eines relativistischen Elektronenstrahls aus dem durch den Transformator 38 gelie­ ferten Energieimpuls.

Die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt der Kathode 66 und der mit Abstand demgegenüber angeordneten Anode 74. Die Kathode 66 empfängt den Ausgangsimpuls der Diode 58 an ihrem Ende 68 und emittiert Elektronen infolgedessen von ihrer Ausgangsspitze 70, die einen verjüngten Teil 71 aufweist, der eine zylindri­ sche Bohrung 67 enthält. Die zylindrische Bohrung 67 sieht ein relativ großes Oberflächengebiet für die Elektronenemission vor, sobald ein Plasma gebildet ist, für die Impedanzanpas­ sung, wenn Energie aus dem Ausgangsimpuls der MFCG's 16, 18 extrahiert wird. Diese Spitzenstruktur arbeitet in einer Zünd­ verzögerungszeitsteuerung für die Diode 58 zusammen, bis der Spannungsaufbau einen vorgewählten Punkt erreicht, und zwar durch Verhinderung einer Plasmaausbildung an der Spitze, wenn die MFCG-Ausgangsspannung ansteigt.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 hat der zylindrische Teil 69 der Kathode 66 3 cm Durchmesser, der verjüngte Teil 71 neigt sich mit 15° und ist 3,73 cm lang und die Bohrung 67 er­ streckt sich 3 cm und hat 1 cm Durchmesser. Die Ausgangsspitze 70 ist mit 2 cm gegenüber der Folie oder der Schicht 76 der Anode 74 angeordnet. Die bevorzugte Oberflächenendbearbeitung der Kathode 66 gehört der amerikanischen Norm Nr. 4 oder bes­ ser an, um bei der Verhinderung der vorzeitigen Plasmabildung zu helfen. Die Struktur der Kathode 66 und der Anode 74 und der Abstand zwischen Kathode und Anode verzögert die Erzeugung des Elektronenstrahls 72 für annähernd 14 µs, bis der Span­ nungsaufbau im Transformator 38 mindestens ungefähr 1 MV er­ reicht. Die Diode 66 zündet einen Impuls von 0,02 bis 0,1 µs Dauer.

Die Fig. 6 zeigt ein Neutronenerzeugungs-Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung eines Permanentmagneten 14 als einem Magnetfeldgenerator. Der Transformator 38 und die radio­ graphische Vorrichtung 11 sind im wesentlichen die gleichen wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1. Der Permanentmagnet 14 erzeugt ein Magnetfeld im MFCG 16.

Der Ausgangsimpuls vom ersten MFCG 16 erzeugt ein Magnetfeld im MFCG 18 und zündet den Detonator 19 des zweiten MFCG, der einen 50 kV Ausgangsimpuls vom MFCG 18 erzeugt, der über den Transformator 38 auf 1 MV erzeugt wird, zur Lieferung an die radiographische Vorrichtung 11 wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1. Neutronen werden durch die radiographische Vor­ richtung 11 erzeugt, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 1 be­ schrieben wurde.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Erzeu­ gung von Röntgenstrahlen zur Verwendung bei der nicht-zerstö­ renden Photonenradiographie. Die elektrische Impulserzeugungs­ struktur ist im wesentlichen, wie dargestellt, so aufgebaut wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert wurde. Die Konden­ satorbank oder -reihe 12, der Schalter 29, die Verzögerungs­ schaltung 17, erste und zweite MFCG's 16 und 18 und der Trans­ formator 38 arbeiten so, wie dies zuvor erläutert wurde. Die in Fig. 6 gezeigte elektrische Impulserzeugungsstruktur kann auch verwendet werden, um Röntgenstrahlen in Verbindung mit der röntgenstrahlradiographischen Vorrichtung 90 der Fig. 7 zu erzeugen.

Der Aufbau oder die Struktur der radiographischen Vorrichtung 90 ist ähnlich der Vorrichtung 11 der Fig. 1, wo dies durch die identischen Bezugszeichen angedeutet ist. Jedoch weist die Driftkammer 80′ in Fig. 7 Wände 81′ auf, welche eine Driftzone 82′ bilden. Die Driftkammer 80′ ist 5 cm lang und besitzt einen Durchmesser von 7,5 cm. Somit bewirken die durch die Driftkammerwände 81′ festgelegten Grenzbedingungen und das Selbstzusammenbrechen des Elektronenstrahls 72′ über seine längere Traverse oder Transversalrichtung hinweg die Fokus­ sierung des Strahls auf einen Durchmesser von ungefähr 1 bis ungefähr 2 mm zur Zeit, wo er ein Bremsstrahlungskonverter­ target 92 erreicht, welches das Ende der Driftkammer 80′ bil­ det. Das Bremsstrahlungskonvertertarget 92 besitzt eine hohe Atomzahl und erzeugt einen Röntgenstrahlimpuls, repräsentiert durch Pfeil 94, und zwar infolge des Auftreffens der Elektro­ nen im Strahl 72′.

Fig. 8 ist ein Querschnitt der Kathoden-, Anoden- und Drift- Kammerstruktur der röntgenradiographischen Vorrichtung 90 der Fig. 7. Wie man hier erkennt, weist die Kathode 66′ eine ring­ förmige abgerundete Spitze 70′ auf und enthält eine Bohrung 67′. Die ringförmige abgerundete Spitze 70′ sieht eine gleich­ förmige Elektronenemission während des Elektronenimpulses vor. Die Kathodenspitze 70′ ist in entsprechender Weise mit Abstand gegenüber der Anode 74′ angeordnet, um bei der Verzögerung des Zündens der Diode 58 mitzuwirken, und zwar bis zu einer vorge­ wählten Zeit im Aufbau der Spannung im elektrischen Impuls vom MFCG 18. Daraufhin bewirkt die Plasmabildung um die Spitze 70 das Schalten der Kathode 66 in eine Elektronenemissions-Be­ triebsart für die Elektronenstrahlerzeugung.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 hat die Kathode 66′ einen Durchmesser von ungefähr 6 cm, die Bohrung 67′ hat einen Durchmesser von annähernd 4 cm und ist mindestens 8 cm lang. Die abgerundete ringförmige Spitze 70′ weist eine Lippe auf mit einem Krümmungsradius von ungefähr 1 cm. Die Spitze 70′ ist gegenüber der Anode 74′ um annähernd 3 cm angeordnet. Die­ se bauliche oder strukturelle Konfiguration verzögert auch die Erzeugung des 0,02 bis 0,1 µs relativistischen Elektronen­ strahls 72 für bis zu ungefähr 14 µs, bis der elektrische Im­ puls vom Transformator mindestens ungefähr 1 MV erreicht.

Abwandlungen der Erfindung sind dem Fachmann gegeben.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Ein tragbarer radiographischer Generator wird vorgesehen mit einem Explosionsmagnetfluß-Kompressionsgenerator zur Erzeugung der hohen Spannung, die notwendig ist, um einen relativisti­ schen Elektronenstrahl zu erzeugen. Der relativistische Elek­ tronenstrahl ist mit Targetmaterialien versehen, welche den gewünschten radiographischen Impuls erzeugen. Der Magnetfluß­ kompressionsgenerator kann mindestens zwei konventionelle ex­ plosiv betriebene Generatoren in Serie erfordern, um eine ge­ wünschte Ausgangsspannung von mindestens 1 MV zu erhalten. Die Kathoden- und Anodenkonfigurationen der Diode werden ausge­ wählt, um eine Schaltwirkung vorzusehen, wobei eine hohe Impe­ danzlast dem Magnetflußkompressionsgenerator ausgesetzt wird, wenn die hohe Spannung erzeugt wird, und daraufhin erfolgt die Umschaltung auf eine Niedrig-Impedanzlast, um den relativisti­ schen Elektronenstrahl zu erzeugen. Darüber hinaus können die Magnetflußkompressionsgeneratoren explosiv betrieben werden und sie können vorgesehen werden in einer relativ kompakten tragbaren Form zur Verwendung mit der relativistischen Rönt­ genstrahlenausrüstung.

Claims (16)

1. Tragbarer radiographischer Generator unter Verwendung eines Magneten (16, 18) zur Erzeugung eines Magnetfluß­ feldes und eines Kompressionsgeneratorsystems (16, 18, 38) zur Kompression des magnetischen Flusses zur Erzeugung eines Hochspannungsimpulses, der zur Erzeugung eines re­ lativistischen Elektronenstrahls wirksam ist, gekennzeichnet durch eine Diode (58), die eine Kathode (66, 66′) aufweist, und zwar mit Abstand zu­ geordnet gegenüber einer Anode (74, 74′) und mit einer Spitzenkonfiguration effektiv zur Aufrechterhaltung einer hohen Impedanzbelastung, bis der hohe Spannungsimpuls einen vorbestimmten Wert erreicht, bevor die Zündung zur Erzeugung eines Plasmas in der Diode erfolgt, wobei die Kathode (66, 66′) eine Innenbohrung besitzt und eine Spit­ zengeometrie effektiv zur Freilegung eines zusätzlichen Oberflächengebiets zum Plasma zum Schalten der Diode auf eine niedrige Impedanzbelastung zur Erzeugung des relati­ vistischen Elektronenstrahls.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsgeneratormittel mindestens zwei in Serie ge­ schaltete explosive Magnetflußkompressionsgeneratoren auf­ weisen.

3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsimpuls einen Impuls bis ungefähr 14 µs Länge aufweist.

4. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbe­ sondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenmittel die Kathode aufweisen mit einer Konfiguration effektiv zur Erzeugung des Elektronenstrahlimpulses von ungefähr 0,02 bis ungefähr 0,1 µs.

5. Generator nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hochspannungsimpuls in der Größenordnung von 1 MV liegt.

6. Generator nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magnetflußkompressionsmittel Mittel auf­ weisen, um sequentiell explosiv die Magnetflußfelder in den mindestens zwei Magnetflußkompressionsgeneratoren zu komprimieren.

7. Generator nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf den Elektronenstrahlimpuls ansprechende Neutronenerzeugungsmittel vorgesehen sind.

8. Generator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronengeneratormittel eine Anode aufweisen, und zwar eingebettet mit Tritium, welches Tritonen infolge des Auf­ treffens von Elektronen von der Kathode emittiert, und mit einem Ziel oder Target für die Tritonen, welches Neutronen infolge des Empfangs auftreffender Tritonen von der Anode emittiert.

9. Generator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenerzeugungsmittel eine Anode aufweisen, die Deute­ rium enthält, welches Deuteronen infolge des Auftreffens von Elektronen von der Kathode emittiert, und ferner mit einem Target oder Ziel für die Deuteronen, welches Neutro­ nen infolge des Empfangs auftreffender Tritonen von der Anode emittiert.

10. Generator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenmittel eine selbst-fokussierende Kathode aufweisen.

11. Generator nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kathode einen verjüngten zylindrischen Körper aufweist, der eine Bohrung darinnen definiert, wo­ bei die Kathode mit Abstand gegenüber der Anode angeordnet ist, und zwar mit einem Abstand effektiv zur Verzögerung der Erzeugung eines Elektronenstrahls, bis der elektrische Impuls mindestens ungefähr 1 MV erreicht.

12. Generator nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Röntgenstrahlen-Radiographie-Erzeugungsmit­ tel auf den Elektronenstrahlimpuls ansprechen.

13. Generator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenmittel Bremsstrahlungs-Konvertertargetmittel aufweisen zur Erzeugung der Röntgenstrahlen.

14. Generator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode eine Bohrung darinnen definiert, und zwar mit einer ringförmigen abgerundeten Lippe um die Bohrung herum und mit Abstand angeordnet gegenüber der Anode mit einem Abstand effektiv zur Verzögerung der Erzeugung eines Elek­ tronenstrahls, bis der elektrische Impuls mindestens unge­ fähr 1 MV erreicht.

15. Generator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenmittel eine selbst-fokussierende Diode sind.

16. Tragbarer radiographischer Generator, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch Magnetmittel zur Erzeugung eines Feldes, welches Magnetfluß aufweist; Kompressionsgeneratormittel zum Komprimieren des Magnetflusses zur Erzeugung eines Hochspannungsimpulses effektiv zur Erzeugung eines relati­ vistischen Elektronenstrahls; Diodenmittel mit einer Ka­ thode und einer Anode, ansprechend auf den Spannungsimpuls zur Erzeugung eines relativistischen Elektronenstrahlim­ pulses, wobei die Kathode und Anode eine Konfiguration besitzen, die effektiv ist, eine hohe Impedanzlast für den Kompressionsgenerator aufrechtzuerhalten, um die ge­ wünschte hohe Ausgangsspannung zu erreichen und um sodann auf eine niedrige Impedanz umzuschalten zur Erzeugung eines gepulsten relativistischen Elektronenstrahls.