Caracterización de la producción de rayos X en plasmas densos del tipo X y Z pinch

Abstract

RESUMEN: Se presentan los resultados sobre un estudio de producción de rayos X utilizando plasmas densos Z pinch producidos mediante descargas en alto vacío (1x 10-4 mbar) de impulsos de corriente en el intervalo de 100 a 200 kA y tiempos de frente menores a 150 ns en filamentos metálicos de tungsteno o cobre de 25 μm de diámetro y 20 mm de longitud en configuración Z y X pinch. El material de los electrodos empleados son de bronce. Para producir los impulsos de corriente se utilizó un generador Z pinch de 8 etapas, 36 kJ, 600 kV y 0.2 μF de capacitancia. Para caracterizar las descargas se emplearon dos sondas de tensión, un medidor de corriente eléctrica de una espira, tres diodos PIN con filtros de aluminio, cobre y titanio para medir las emisiones de rayos X suaves y un arreglo serie centellador-tubo fotomultiplicador para medir las emisiones de rayos X duros. Además se emplearon dos cámaras digitales para capturar imágenes a obturador abierto y una cámara de barrido ultrarrápido (streak). También se utilizó una cámara de alfileres (pinhole) para tomar imágenes en papel radiográfico. Los resultados obtenidos muestran una producción inicial de rayos X suaves por el impacto de la emisión electrónica del cátodo contra el ánodo antes del impulso de corriente en las fibras metálicas. El retraso entre los pulsos de tensión y corriente en la cámara de descargas es despreciable (20 ns máximo). Los valores pico de los impulsos de corriente están generalmente en el intervalo de 100 a 200 kA y se alcanzan en el intervalo de tiempo de 300 a 350 ns ( para t=0 al inicio del pulso de tensión en la línea formadora de pulso). Cuando la corriente alcanza su valor pico comienza la emisión de rayos X duros. Los pulsos de rayos X suaves se detectan entre los 350 y 550 ns. Existe la emisión simultánea de rayos X suaves y duros. ABSTRACT: The results of X-rays production in dense Z-Pinch plasmas produced discharging a Marx bank onto tungsten or copper fibers in high vacuum (1x10-4 mbar) are presented. The metallic fibers were 25 μm in diameter and 20 mm length and were mounted in either Z or X configuration. The electrodes holding them were made of brass. To produce the current impulses we used a generator consisting of 8 stages, 36 kJ maximum energy, 600 kV and 0.2 μF erected capacitance. The diagnostics employed included two voltage probes, a current sensor, three soft X-ray diode detectors (filters of aluminum, copper and titanium), hard X-ray detector, two digital cameras, a streak camera and X-ray pinhole camera. The results obtained show an initial emission of soft X-rays due to of electrons emitted from the cathode that hit the anode just before the main current pulse reaches the load of metallic fibers. The delay between the voltage pulses and current in the discharges chamber is negligible (20 ns max). The current impulse reaches its peak value in the interval of time from 300 to 350 ns (with t=0 being the beginning voltage signal in the pulse-forming line). When the current reaches its peak value, the emission of hard X-rays appears. The pulses of soft X-rays are detected between 350 and 550 ns. Simultaneous emission of soft and hard X-ray was observed in most of the shots.