Разработка системы управления магнитными линзами синхроциклотрона СЦ-1000.

Задание на выпускную квалификационную работу 2
Аннотация 4
Введение 7
1 1 Стенд инспекции и ремонта тепловыделяющих сборок для ВВЭР-1000 9
1.1 Тепловыделяющая сборка ВВЭР-1000 9
1.2 Стенд инспекции и ремонта тепловыделяющих сборок 15
1.3 Принцип действия стенда инспекции и ремонта тепловыделяющих сборок 18
1.4 Система неразрушающего контроля облученных тепловыделяющих элементов 25
1.4.1 Составные части системы 25
1.5 Канал вихретоковой дефектоскопии 32
1.6 Патентный поиск 35
1.7 Патент «Устройство для контроля тепловыделяющих сборок с ядерным топливом» 40
2 Шаговый электропривод 47
2.1 Конструкция и применение шаговых двигателей 49
2.2 Шаговый электропривод СПШ20-34100 51
2.3 Подключение шагового электропривода СПШ20-34100 57
2.4 Программное обеспечение Мотомастер © для шагового электропривода СПШ20-34100 60
2.5 Просмотр и изменение параметров привода 64
3 Математическое моделирование шагового электропривода для устройства вращения тепловыделяющей сборки измерительного модуля 66
Заключение 78
Список литературы 79

Весь текст будет доступен после покупки

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (НИЦ «Курчатовский институт» ? ПИЯФ, ранее ПИЯФ, ЛИЯФ) входит в число ведущих научных институтов России. НИЦ «Курчатовский институт» ? ПИЯФ основан в 1956 году филиалом Ленинградского физико-технического института, а в 1971 году стал самостоятельным институтом Академии наук СССР. В 2010 года институт вошёл в состав Национального исследовательского центра «Курчатовский институт». НИЦ «Курчатовский институт» ? ПИЯФ расположен в городе Гатчина Ленинградской области.
НИЦ «Курчатовский институт» ? ПИЯФ занимается фундаментальными исследованиями в разных отраслях науки: физики конденсированных сред, ядерной физики, области физики элементарных частиц и высоких энергий, молекулярной и радиационной биофизики. Также проводятся исследования в прикладных областях, и применение современных научных решений позволяет найти принципиально новые разработки в области медицины, приборостроения и экологии.
В настоящее время в НИЦ «Курчатовский институт» ? ПИЯФ есть несколько базовых экспериментальных установок — реактор ВВР-М (в длительном останове), реактор ПИК и протонный ускоритель СЦ-1000. Экспериментальная база института позволяет проводить широкий спектр исследований фундаментальных свойств материи и осуществлять разработку и создание новых материалов, устройств и систем, включая системы с биоорганическими наноструктурными компонентами.
Ускорители заряженных частиц, предназначенные для генерации пучков высокой энергии частиц, как с исследовательские реакторы, которые создают мощные потоки нейтронов, составляют экспериментальную базу ядерной физики и физики элементарных частиц.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Основные сведения из теории резонансных циклических ускорителей с постоянным магнитным полем

1.1 Классический циклотрон

Классический циклотрон, построенный в 1932 году Э. Лоуренсом в Берклиевской лаборатории Калифорнийского университета был одним из первых резонансных циклических ускорителей, с него начинается история циклических ускорителей. С момента изобретения первого циклотрона прошел большой период времени, но в настоящее время классический циклотрон имеет большое значения для научных исследований в области ядерной физики низких энергий и для прикладных работ и производства изотопов.
Схема классического циклотрона представлена на рисунке 2. Основа ускорителя ? электромагнит Ш-образной конструкции, у него в зазоре установлена вакуумная камера. Внутри камеры помещены 2 дуанта, на которые от внешнего ВЧ-генератора подают ускоряющее напряжение с амплитудой V0 и частотой ?ген.. В центре камеры есть ионный источник, он подает пучок протонов или тяжелых ионов. Типичная конструкция такого циклотрона показана на рисунке 3.





1 – полюс магнита; 2 – боковая стенка камеры; 3 – крышка камеры;
4 – дуанты; 5 – источник ионов; 6 – траектория движения частиц;
7 – штоки дуантов.

Рисунок 2 ? Конструктивная схема циклотрона.



1 – ярмо электромагнита; 2 – вакуумная камера; 3 – мишени; 4 – рельсы для откатки деталей камеры вправо; 5 – коробка зажимов; 6 – тележка для монтажа баков резонансных линий и отката их вместе с дуантами влево при разборке камеры; 7 – выводной изолятор держателя дуантов; 8 – барабан для намотки изоляционной трубки для подвода водяного охлаждения; 9 – баки резонансных линий; 10 – стержень для перемещения закорачивающей пластины; 11 – закорачивающая пластина; 12 – крышка камеры; 13 – виток связи; 14 – дуант; 15 – система регулирования положения закорачивающей пластины; 16 – вакуумный насос; 17, 18 – триммерные устройства и др. элементы камеры; 19 – пробники; 20 – патрубок для вывода пучка; 21 – форвакуумный насос; 22 – источник ионов; 23 – отклоняющая пластина для вывода пучка.

Рисунок 3 ? Конструкция циклотрона:
а) вид сбоку; б) вид сверху.

Ускоряемые частицы летят в средней плоскости зазора электромагнита перпендикулярно магнитным силовым линиям по траекториям, приближенным к раскручивающейся спирали, они за один оборот два раза пересекают ускоряющий промежуток между дуантами, там ориентированно ВЧ электрическое поле дуантов. Если рассчитать частоту ускоряющего напряжения, равную (или кратную) частоте обращения частицы в магнитном поле, то в таком случае частица при каждом обороте будет пересекать ускоряющий промежуток при одинаковой фазе электрического поля ? и была бы ускорена до любой энергии. Резонансное условие, необходимое для обеспечения работы циклотрона, записывается в виде:
(7)
или
Тобр. = k Тген , (8)
где ?обр.,
Тобр. – частота и период обращения ускоряемой частицы;
k – целое число, называемое кратностью ускорения.
В нерелятивистском случае частота обращения частицы в магнитном поле В не зависима от энергии частицы:
(9)
где е – заряд ускоряемой частицы;
m0 – масса покоя частицы;
E0 – энергия покоя частицы;
с – скорость света.
Указанное выше резонансное условие выполняется для частиц с любой энергией.
Вылетая из ионного источника, помещенного в центре ускоряющего промежутка в центре ускорителя, ускоряемая частица подхватывается электрическим полем дуанта и, пролетя ускоряющий промежуток, залетает в дуант, где электрическое поле отсутствует. Совершив полуоборот внутри дуанта под действием магнитного поля, ускоряемая частица подойдет к выходной щели между дуантами. В данный момент электрическое поле между дуантами должно быть направлено вдоль направления движения этой частицы. Тогда эта частица будет ускорена и получит приращение энергии e V0cos?, где ? – фаза пролета частицей середины ускоряющего промежутка. Совершив еще пол-оборота под действием магнитного поля, частица опять подойдет к ускоряющему промежутку и, если за это время фаза электрического поля изменится на 180°, получит такое же приращение энергии и продолжит дальше двигаться.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Тернов И. М. Синхротронное излучение / И. М. Тернов // Успехи физических наук. 1995. Т. 165. № 4. С. 429-456.
2. Зубавичус Я. В. Рентгеновское синхротронное излучение в физико-химических исследованиях / Я. В. Зубавичус Я. В., Ю. Л. Словохотов // Успехи химии. 2001. Т. 70. № 5. С. 429-463.
3. Михеев Г. В. Синхроциклотрон на энергию протонов 1 ГэВ ПИЯФ РАН. Информационные материалы. Библиография / Г. В. Михеев, А. В. Денисова. – Гатчина: ПИЯФ им. Б. П. Константинова РАН, 2000. – 66 с.
4. Пашков П. Т. Физика пучка в кольцевых ускорителях / П. Т. Пашков. – М.: Физматлит, 2006. – 264 с.
5. Фетисов Г. В. Синхронные излучения / Г. В. Фетисов. – М.: Физматлит, 2000. – 672 с.
6. Винокуров Н. А. Лазеры на свободных электронах – достижения и перспективы / Н. А. Винокуров, Г. Н. Кулипанов, А. Н. Скринский // Вестник Российской академии наук. 2011. Т. 81. № 6. С. 520–524.
7. Ткаченко С. И., Калинин Ю. Г., Куксин А. Ю. Исследование вещества по его излучательно-поглощательным характеристикам / С. И. Ткаченко, Ю. Г. Калинин, А. Ю. Куксин // Основные положения: Учебно-методическое пособие. – М.: МФТИ, 2012. – 44 с.
8. Фурс Ф. Н. Потенциалы электромагнитного поля произвольного распределения зарядов и токов в калибровке кулоновского распределения зарядов и токов в калибровке Кулона / Ф. Н. Фурс // Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2017. № 1. С. 43–51.
9. Черняев А. П. Введение в физику ускорителей заряженных частиц: учебное пособие / А. П. Черняев, М. А. Белихин, М. В. Желтоножская. – М.: ООП физического факультета МГУ, 2019. – 112 с.

Весь текст будет доступен после покупки