带状电缆的直流X射线辐照响应.pdf

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1、第26卷第1期强激光与粒子束Vo1．26，NO．12014年1月H1GHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJan．，2O14带状电缆的直流X射线辐照响应马良，周辉，程弓I会，吴伟，李进玺，赵墨，郭景海(西北核技术研究所，强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，西安710024)摘要：对真空环境下带状电缆模型直流X射线辐照响应进行了实验和数值模拟研究；研制了电缆直流x射线辐照实验系统；使用蒙特卡罗模拟软件计算了直流x光机产生的x射线能谱、通量等参数；建立了带状电缆x射线辐照响应一维计算模型，该计算模型包括电缆导体与介质层间隙和介质层电导

2、率模型。实验测量了两个带状电缆模型的直流x射线辐照响应电流波形，并对其进行了数值模拟。结果显示，在一定的电缆导体与介质层间隙大小假设条件下，采用带状电缆X射线辐照响应计算模型计算的结果与实验测量结果在波形特征和绝对幅度方面比较接近，说明了利用该模型描述电缆直流X射线辐照响应具有其合理性。关键词：带状电缆；直流x射线；电缆辐照响应；蒙特卡罗中图分类号：O434．14文献标志码：Adoi：IO．3788／HPLPB201426．014002X射线直接辐照电缆可以在电缆芯线及其负载上产生激励电流_l伽。在强x射线环境下，电缆直接辐照响应较大[1,4-5]，可

3、能对与其相连的电子系统造成破坏，因此，有必要研究电缆的X射线直接激励响应机制和规律。电缆的x射线直接激励响应研究可能利用的X射线环境包括直流和脉冲x射线环境。核爆X射线为强脉冲X射线，脉冲宽度几十ns量级府，利用脉冲X射线源模拟核爆X射线辐照是比较直观的途径，但目前的脉冲X射线源强度远小于核爆环境，能量也相对偏高，因此，目前脉冲x射线源主要用于X射线辐照响应或效应规律的研究。直流X射线源相对脉冲X射线源强度弱，但持续时间几乎不受限制，能谱也更接近核爆环境。直流X射线源辐照实验可以成为X射线辐照响应规律研究的另一种手段。国外对X射线直接辐照电缆进行了大量

4、的实验和理论研究。实验使用的x射线源既包括脉冲x射线源也包括直流X射线源，实验对象包含多种型号的电缆；理论研究包含了X射线辐照电缆的线性响应和非线性响应_8]。引起电缆响应非线性效应的因素主要包括：电缆导体和介质间隙内电场导致的导体发射电子减少，间隙内空气的电离效应介质的辐射感应电导率效应，电缆介质的暗电导率影响，电缆介质的极化效应等。同时，作为电缆X射线辐照数值模拟工作的重要内容，国外从2O世纪70，8O年代就开展了理论模型的实验验证和修正研究。。目前国内已开展的电缆x射线辐照响应研究主要针对同轴电缆口]。该模型描述的为电缆X射线辐照产生的线性响应，

5、即响应电流与X射线通量成正比，径向电流波形与X射线通量时间波形一致；该模型不包含电缆导体和介质间隙、介质层电导率等引起的非线性响应。以前国内电缆X射线的辐照响应实验主要在大型脉冲(X，7)射线设备上开展，但由于大型脉冲射线源环境复杂，能谱、注量等参数不确定度较大，实验结果与理论结果比对比较困难，不利于理论模型的修正和发展。为此，本文在直流X光机上开展电缆X射线辐照响应研究，并进行相关的理论计算。1实验电缆直流x射线辐照实验系统如图1所示，主要由实验真空腔体、抽真空设备、测量系统构成。其中抽真空设备采用机械泵级联真空泵的真空泵组；测量系统采用Keithl

6、ey公司的6487B静电计结合自动采集控制程序的设计；而实验真空腔体需要专门设计加工。电缆直流X射线辐照响应实验的总体思路：直流X射线源出射的X射线经由引导段，通过开启装置后进人真空腔体，辐照到位于真空腔体内的电缆，未被电缆吸收的X射线入射到真空腔体后端面被吸收。图1给出了实验系统的整体结构示意图。图中标号1为入射X射线限制窗口，用于限制入射X射线的角度，材料为铅；标号2为x射线辐照开启装置，用于控制真空腔体内受x射线辐照的开始时刻，材料为1mm铅板加2mm不锈钢板；标号3为1cm有机玻璃板和1mm厚铝板制成的窗口，用于密封真空腔体、电磁屏蔽以及过滤前

7、端入射的低能X射线；标号4为抽气孑L，连接真空泵；标号5为被辐照电缆测试端口，用于连接静*收稿日期：20130308；修订日期：20130701作者简介：马良(1981一)，男，助理研究员，博士研究生，主要从事系统电磁脉冲相关l工作；maliang423@ustc．edu。O14002—1强激光与粒子束一。暑_>苫。_【一＼II。暑们。。0_【，Jujcc0J1u—322O43322l1OO5O5O50O50505O5O00510152O253O00510l5202530distancefromshield／10。cmdistancefromshiel

8、di103cm(a)nearshieldedlayer(b)nearcoreFig．7Elec