ОТЧЕТ о выполнении НИОКР по теме: "Разработка, изготовление, тестирование и доработка опытно-экспериментального образца миниатюрного пьезоэлектрического ускорителя электронов и генератора рентгеновского излучения, работающего в импульсном режиме" (Договор: 3837ГС1/63121 от 22.12.2020) (заключительный)

Заключительный научно-технический отчет изложен на 83 страницах, состоит из введения, основной части из 2 разделов и 29 подразделов, заключения, содержит 44 рисунка и 5 таблиц. Ключевые слова: рентгеновское излучение, пьезоэлектрический эффект, импульсная генерация, высокий электрический потенциал, пьезоэлектрическая керамика, вольфрамовая нить накаливания, генерация электронов. Целью работы является: разработать, изготовить, выполнить тестирование и доработать опытно-экспериментальный образец миниатюрного пьезоэлектрического ускорителя электронов и генератора рентгеновского излучения, работающий в импульсном режиме. Для достижения данной цели на всех этапах выполнения проекта решаются следующие задачи: Этап 1. 1) Разработка теоретической базы исследования возможности импульсной генерации рентгеновского излучения при реализации пьезоэлектрического эффекта в вакууме; 2) Исследование импульсной генерации рентгеновского излучения вследствие пьезоэлектрического эффекта в вакууме; 3) Анализ полученных спектров рентгеновского излучения, генерирующегося в импульсном режиме при реализации пьезоэлектрического эффекта в вакууме. Этап 2. 1) Исследование и анализ зависимости спектральных характеристик рентгеновского излучения, генерирующегося в импульсном режиме при пьезоэлектрическом эффекте в вакууме, от давления остаточного газа, напряжения питания нити накала, сорта пьезоэлектрической керамики. 2) Изготовление опытно-экспериментального образца импульсного пьезоэлектрического источника рентгеновского излучения и ускорителя заряженных частиц. 3) Тестирование работы опытно-экспериментального образца импульсного пьезоэлектрического источника. 4) Доработка и устранение недостатков разрабатываемого опытно-экспериментального образца. По результатам выполнений НИОКР на первом этапе исследований можно сформулировать следующие выводы: 1) Разработана теоретическая модель, позволяющая рассчитать величину импульсной мощности рентгеновского излучения, генерирующегося в импульсном режиме при предварительном механическом воздействии на пьезоэлектрические образцы и последующей разрядки центрального электрода, на котором образуется высокий потенциал, в условиях высокого вакуума. 2) Впервые обнаружена импульсная генерация рентгеновского излучения вследствие пьезоэлектрического эффекта в вакууме. 3) Анализ полученных спектров рентгеновского излучения, генерирующегося в импульсном режиме при реализации пьезоэлектрического эффекта в вакууме, показал хорошее согласие экспериментальных данных величины высокого электрического потенциала и импульсной мощности рентгеновского излучения, генерирующегося в импульсном режиме при реализации пьезоэлектрического эффекта в вакууме, с расчетными. По результатам выполнений НИОКР на втором этапе исследований можно сформулировать следующие выводы: 1) Исследование и анализ зависимостей спектральных характеристик рентгеновского излучения, генерирующегося в импульсном режиме при пьезоэлектрическом эффекте в вакууме, от давления остаточного газа, напряжения питания нити накала, сорта пьезоэлектрической керамики позволили определить оптимальные условия для импульсной генерации высокоинтенсивного и высокоэнергетического рентгеновского излучения при реализации пьезоэлектрического эффекта в вакууме в случае как положительной так и отрицательной полярности центрального высоковольтного электрода. 2) Изготовлен опытно-экспериментальный образец импульсного пьезоэлектрического источника рентгеновского излучения и ускорителя заряженных частиц. 3) Тестирование работы опытно-экспериментального образца импульсного пьезоэлектрического источника позволило выявить его недостатки и конструктивные несовершенства. 4) Доработка и устранение недостатков разрабатываемого опытно-экспериментального образца выполнены в полном объеме. Исходя из функциональных характеристик разработанного в рамках проекта опытно-экспериментального образца можно судить об областях его применения: 1) проведение экспресс-анализа химического состава образца различного материала. 2) проведение калибровки полупроводниковых детекторов рентгеновского излучения. Разработка отпаянной версии данного устройства позволит значительно расширить его области применения. На основе разработанного в рамках проекта опытно-экспериментального образца возможным становится разработка и создание рентгеновского мобильного импульсного электрически независимого анализатора наличия примесей в продукции нефтегазодобывающих компаний. Использования такого прибора вместо существующих на сегодняшний день аналогов позволит снизить общее энергопотребление, сократить временные и материальные ресурсы, необходимые на изготовление подобных устройств, а также уменьшит циркуляцию экологически вредных веществ в природе более чем на 5 %. В результате выполнения работы была подготовлена и подана заявка на полезную модель. На данный момент от ФИПС поступило уведомление о положительном результате формальной экспертизы заявки на полезную модель. В конце 2021 года или в начале 2022 ожидается получение патента на полезную модель. Все задачи, сформулированные в календарном плане работ на всех этапах исследований решены в полном объеме. Основные технические параметры и конструктивные характеристики разработанного в рамках проекта опытно-экспериментального образца соответствуют заявленным в техническом задании Договора 3837ГС1/63121 от 22.12.2020.