Реферат Отчет 142 стр., 13 рис., 7 таблиц, список литературы 2 наименования
Скачать 1.46 Mb.
|
| §3.1. Метод кодированной апертуры в широкоапертурном гамма-телескопе. Как было отмечено выше, для локализации гамма-квантов в широкоапертурном гамма-телескопе использется метод кодированной апертуры, основанный на сочетании кодирующей маски и позиционно-чувствительного детектора (ПЧД). При этом используется конфигурация прибора в виде моноблока, имеющего форму додекаэдра, по верхним граням которого расположены элементы кодирующей маски, а по нижним – блоки ПЧД. Таким образом, сегмент кодирующей маски широкоапертурного гамма-телескопа имеет форму правильного пятиугольника. Его размеры соответствуют размерам грани несущей крепежной фермы моноблока. Толщина сегмента маски определяется требованием достаточно эффективного поглощения гамма-излучения в рабочем диапазоне энергий – вплоть до 1.0 МэВ. Эскиз габаритного чертежа сегмента кодирующей маски приведен на рис. 3.1. Был проведен анализ материалов, обеспечивающих поглощение гамма-излучения с энергиями квантов в диапазоне 0.05 – 1.0 МэВ. В качестве возможных материалов рассматривались свинец, вольфрам, тантал, рутений, осьмий. С точки зрения технологии изготовления поглощающих элементов кодирующей маски и стоимости материалов в качестве наиболее подходящих были выбраны свинец, вольфрам и тантал. Их физические характеристики, определяющие поглощающую способность представлены в табл. 3.1. В плане поглощения гамма-квантов определяющими параметрами являются плотность материала и его порядковый номер в периодической таблице элементов Менделеева Z. Таблица 3.1.
 Рис. 3.1. Габаритный чертеж сегмента кодирующей маски НА «Гаммаскоп».  Рис. 3.2. Эскиз габаритного чертежа сегмента кодирующей маски НА «Гаммаскоп». Как следует из таблицы, выбранные материалы обладают приблизительно одинаковой поглощающей способностью к гамма-излучению. Однако, тантал и вольфрам характеризуются большей плотностью по сравнению со свинцом, что позволяет использовать более тонкие слои вещества при обеспечении заданной эффективности поглощения. Кроме того, следует учитывать более высокую технологичность тантала и вольфрама, как более твердых веществ. Таким образом, ввиду более высокой плотности и технологичности в качестве предпочтительного материала для изготовления поглощающих элементов кодирующей маски следует выбрать вольфрам или тантал. При этом сегмент кодирующей маски может быть изготовле меньшей толщины и будет обладать большей жесткостью, что делает его более удобным для крепления. Поглощение гамма-квантов с более чем 90% эффективностью в указанном диапазоне энергий обеспечивает слой вольфрама или тантала толщиной 0.5 см. Эскиз габаритного чертежа сегмента кодирующей маски приведен на рис. 3.2. Как видно из рисунка, сегмент кодирующей маски представляет собой пятиугольную плиту с крепежными отверстиями диаметром 0.65 см по углам пятиугольника и отверстиями диаметром Таким образом поглощающие элементы кодирующей маски должны представлять собой отверстия размером 1.50.5 см по всему полю плиты. Эти отверстия образуют, так называемый узор кодирующей маски, который собственно и дает проекцию изображения источника на плоскость ПЧД. Ранее [1] был рассмотрен вариант кодирующей маски с использованием вольфрама в качестве поглощающего вещества. Ввиду невозможности изготовить вольфрамовую пластину требуемых размеров (см. рис.3.2) рассматривалась, так называемая антимаска, в которой кодирующий узор формируется не отверстиями, а наоборот поглощающим веществом. В этом случае сегмент кодирующей маски представлял собой пластину из легкого вещества, максимально прозрачного для гамма-излучения (рассматривался алюминиево-скандиевый сплав), в который были вкраплены вольфрамовые шайбы соответствующих размеров (1.50.5 см). Следует отметить, что такая компоновка вызвала определенные трудности, связанные, как со сложностью надежного крепления вольфрамовых шайб, так и с существенным поглощением в материале пластины гамма-квантов с энергиями менее 50 кэВ, что в случае использования такой «антимаски» приведет к увеличению энергетического порога регистрируемых фотонов. В результате проведенного анализа результатов испытаний и калибровочных измерений поглощения гамма-квантов с макетом сегмента кодирующей маски на основе вольфрама в качестве поглощающего вещества, было принято решение оптимизировать технологию изготовления элмента кодирующей маски широкоапертурного гамма-телескопа, рассмотрев в качестве поглощающего материала тантал. §3.2. Оптимизация технологии изготовления элементов кодирующей маски широкоапертурного гамма-телескопа. Среди других элементов тантал занимает 54-е место, что характеризует его как редкий металл. В природе почти всегда встречается вместе с ниобием. Тантал (как и ниобий) входит в состав около 100 минералов, основными из которых являются танталит и колумбит. Танталит и колумбит почта всегда содержат примеси титана, олова, вольфрама и ряда других элементов. Плотность минералов сильно зависит от соотношения содержания в них тантала и ниобия. Плотность танталита 8,200 Мг/м3. Колумбит, не содержащий тантала, имеет плотность 5,000 Мг/м3. По соотношению этнх величин можно ориентировочно определять содержание в минерале тантала в ниобия. Основным способом обогащения руд, содержащих танталит и колумбит, является гравитационное обогащение (мокрая отсадка, обогащение на столах). В результате получают обычно коллективный концентрат, содержащий, кроме танталита и колумбита, касситерит, вольфрамит и некоторые другие минералы. Дальнейшее обогащение ведут, применяя флотацию и электромагнитное разделение. По техническим условиям, принятым в нашей стране, танталитовые концентраты 1 сорта должны содержать 60-65% Та2О5 и не более 10% Nb2O5, 2 сорта – не менее 40% Та2О5. Кроме рудных концентратов, существенным источником тантала (и ниобия) служат шлаки оловянных заводов, получаемые при выплавке олова из касситеритовых концентратов. Шлаки содержат от 3 до 15% (Та, Nb)205. Переработку концентратов обычно осуществляют в три стадии: 1) вскрытие или разложение; 2) разделение тантала в ниобия в получение их чистых химических соединений; 3) восстановление и рафинирование тантала. Для вскрытия танталового концентрата применяют сплавление со щелочами (NaOH, КОН) или разложение плавиковой кислотой. В первом способе в результате плавления концентрата при 750-8000С с избытком щелочи образуются ортосоль (Na3TaO4) и оксиды железа, марганца. После обработки сплава водой образуются малорастворимые политанталиты (Na8Ta6O19.25Н20), которые разлагают соляной кислотой, получая гидратированные оксиды тантала, которые затем перерабатывают на чистые соединения. Разложение плавиковой кислотой в настоящее время является основным способом; в этом случае тонко измельченный танталитовый концентрат при нагревании разлагают концентрированной плавиковой кислотой. Лопаритовые концентраты перерабатывают, используя два способа — хлорирование н сернокислотный. Сущность первого состоит во взаимодействии рудного концентрата с газообразным хлором при 749-8500С в присутствии древесного угля или кокса. Различие в летучесть хлоридов позволяет разделить основные ценные составляющие концентрата. Сернокислотный способ основан на разложении лопаритового концентрата серной кислотой и разделении ценных составляющих с использованием различий в растворимости двойных сульфатов титана, ниобия и тантала, редкоземельных элементов со щелочными металлами или аммонием. Разделение тантала я ниобия из-за сходства свойств их химических соединений является сложной задачей: Известны следующие способы разделения тантала и ниобия: дробная кристаллизация комплексных фтористых солей, экстракция органическими растворителями, разделение с помощью ионнообменных смол, ректификация хлоридов, избирательное восстановление пятихлористого ниобия. Способ дробной кристаллизации в настоящее время вытеснен более совершенным — экстракцией. Экстракционное разделение тантала и ниобия с одновременной их очисткой от примесей других элементов (Si, Ti, Fe, Мn н др.) большей частью ведут из растворов фтористых соединений тантала и ниобия, содержащих плавиковую и серную кислоты (растворы получают в результате разложения рудных концентратов). Экстракционное разделение тантала и ниобия состоит из трех стадий: 1) совместной экстракции тантала и ниобия с целью отделения их от сопутствующих элементов (Fe, Мn, Ti, Sn, Si и др.): 2) избирательной реэкстракции ниобия из экстракта водой; 3) реэкстракции тантала из растворителя водой или водными растворами солей, например фтористого аммония. Разделение тантала и ниобия ректификацией целесообразно использовать в том случае, когда рудные концентраты перерабатывают хлорным методом, получая конденсат хлоридов тантала и ниобия (лопаритовые концентраты). При разделении смеси хлоридов технологическая схема разделения состоит из следующих стадий: 1) предварительной ректификации для отделения хлоридов тантала и ниобия от сопутствующих примесей; 2) основной ректификации (получения чистого NbCl5 и концентрата ТаСl5; 3) ректификации танталовой фракции (получение чистого TaCl5. Метод ректификации отличается высокой производительностью и эффективностью разделения. Металлический тантал получают восстановлением его соединений высокой чистоты. Применяют восстановление тантала из Та205 сажей в одну или две стадии (с предварительным получением ТаС из смеси Та2О5 с сажей в атмосфере СО или Н2 при 1800 — 20000С) — карботермический способ. Электрохимическое восстановление из расплава, содержащего фторотанталат калия K2TaF7 и оксид Та2О5 — электролитической способ. Восстановление натрием K2TaF7 при нагревании — натриетермический способ. Возможны такие процессы термической диссоциации хлорида или восстановление из него тантала водородом. Обычно получают металл в виде танталового порошка чистотой 98 — 99 %. Получение металла в компактном виде осуществляют путем спекания предварительно спрессованных из порошка заготовок прямым пропусканием тока при 2500 — 27000С или косвенным нагреванием при 2200 — 25000С в вакууме. При этом чистота металла повышается до 99,9 — 99,95 %. Для получения больших слитков и для рафинированно применяют электровакуумную плавку в дуговых печах с расходуемым электродом и в электронно-лучевых печах. В процессе вакуумного переплава общее содержание кислорода, азота я углерода снижается от 0,1 — 0,5 до 0.01 — 0,05%. Особо чистый компактный тантал (монокристаллы) получают бестигельной электронно-лучевой зонной плавкой. Первичный танталовый порошок, получаемый в результате натриетермического восстановления в применяемый для изготовления твердых сплавов, должен иметь следующий химический состав, %: ~99.0 Х (Ta+Nb). в том числе <0.5Nb; <0,08Fe; <0,06Si; <0,03Ti; <0,2С. Порошок комплектуют в партии массой до 100 кг в упаковывают в пластиковые мешки. Физические свойства тантала [2]. Атомные характеристики. Атомный номер 73, атомная масса 180,948, атомный объем 10,88*10-6 м3/моль, атомный радиус 0,146нм, ионный радиус Та5+ 0,066 нм, Та4+ 0,077 нм, Та2+ 0,088 нм. Конфигурация внешних электронных оболочек 5d36s2. Значения потенциалов ионизации J (эВ): 7,7; 16,2; 22. Электроотрицательность 1,5. Природный тантал состоит из стабильного изотопа 181Та (99,9877 %) и радиоактивного 180Та (0,0123%) с периодом полураспада 1012 лет. Известны 15 радиоактивных изотопов тантала, указанные в табл. 3.2. Таблица 3.2.
*m — метастабильные состояние ядра Тантал имеет о.ц.к. решетку с периодом а=0,33074 нм, координационное число 8. Эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 21,3*10-26м2, работа выхода электронов для поликристалла 4,12 эВ, для монокристалла 4,352 эВ, положительная ночная эмиссия 10 эВ, энергия кристаллической решетки 775 мкДж/кмоль. Плотность при 298 К р=16,500 Мг/м3. Удельное электрическое сопротивление р и удельная электрическая проводимость тантала чистотой 99,9 % в зависимости от температуры меняются от 0.05 мкОмм (100 К) до 0.71 мкОмм (1800 К) и от 20 МСм/м (100 К) до 1.41 МСм/м (1800 К) соответственно [2]. Механические свойства тантала [2]. Механические свойства тантала зависят от его чистоты (содержания примесей, особенно кислорода) и температуры испытания. Примеси внедрения способствуют повышению твердости по Бринеллю, временного сопротивления, предела текучести, но снижают характеристики пластичность и усиливают хладноломкость. Химические свойства тантала [2]. Нормальный электродный потенциал реакции Та — 5е ↔ Та5+ Φ=— 1,126В. В соединениях проявляет степени окисления — 1, +1, +2, +3, +4, +5; наиболее типична +5. Электрохимический эквивалент 0,3749 мг/Кл. Тантал — самый коррозионностойкий из всех недрагоценных металлов. Он стоек в соляной, серной, азотной, фосфорной и органических кислотах всех концентраций вплоть до 100 — 1500С. В горячих соляной в серной кислотах тантал отличается более высокой стойкостью, чем ниобий. Тантал растворяется в плавиковой кислоте и особенно интенсивно в смеси плавиковой в азотной кислот. В щелочах тантал менее устойчив. Горячие растворы едких щелочей заметно разъедают металл; в расплавленных щелочах с соде тантал быстро окисляется с образованием натриевой соли танталовой кислоты. При нормальной температуре тантал устойчив против окисления на воздухе. При нагревании до 200 — 3000С на его поверхности образуется тонкая прочно сцепляющаяся с основным металлом пленка оксида. Химические реагенты действуют на металл только в тех случаях, когда они вступают в реакцию с этой пленкой или проникают сквозь нее. Ценным качеством является и то, что пленка оксида препятствует протеканию электрического тока от металла к электролиту, если тантал служит анодом. Выше 5000С оксидная плевка становится пористой, расслаивается и склонна к отделению от основного металла. Повышение сопротивления тантала окислению возможно либо путем модифицированная (изменения структуры образующегося на металле оксида), осуществляемого легированием соответствующими элементами, либо путем предотвращения или хотя бы замедления контакта кислорода с металлической поверхностью. В обоих последних случаях требуется применение защитных покрытий на основном металле или сплаве. С кислородом тантал образует твердый раствор и оксид Та2О5 . При увеличении содержания кислорода в тантале до 15% (ат.)м происходит пятикратное повышение прочностных свойств при сильном снижение пластичность и коррозионной стойкости. Растворенный кислород выделяется при нагреве выше 22000С в вакууме. Оксид тантала (V) Та2О5 существует в двух модификациях. Температура плавления Та2О5 16200 C (по другим данным, 18720С). Та2О5 имеет кислотный характер. Тантал слабо реагирует с водородом ниже 3500 С; выше этой температуры скорость реакции растет примерно до 4500С; при этой температуре водород поглощается с максимальной скоростью и, кроме того, образуется химическое соединение —низкотемпературный гидрид тантала (ТаН). Поглощенный водород придает металлу хрупкость, однако при нагревании в вакууме выше 8000 С водород удаляется и механические свойства восстанавливаются. Тантал непосредственно реагирует с азотом с образованием трех фаз твердого раствора азота в тантале и нитридов Та2N и TaN. Реакция начинается около 3000 С, причем скорость ее возрастает с повышением температуры до тех пор, пока при 11000С не образуется TaN. Поглощенный танталом азот вновь выделяется в условиях высокого вакуума при температуре 20000С. Присутствие азота, как и кислорода увеличивает твердость в прочность тантала и снижает его пластичность Фтор действует на тантал при комнатной температуре. Тантал полностью инертен к действию влажных и сухих хлора, брома и иода до 1500С. Воздействие хлора начинается около 2500, а при 5000С реакция протекает практически мгновенно. В присутствия паров воды коррозия, вызываемая хлором, резко замедляется. Бром действует на тантал при 3000С, иод — примерно при той же температуре; в результате образуются TaBr5 и ТаI5 соответственно. Углерод и углеродсодержащие газы (например, CH4, CO) при высокой температуре 1200—14000С взаимодействуют с танталом, образуя твердые и тугоплавкие карбиды ТаС, которые плавятся при 38800С и весьма устойчивы по отношению к кислотам. С бором тантал образует бороды ТаВ2, представляющие собой тугоплавкие и твердые соединения (tплавления, =30000С), устойчивые против воздействия соляной и азотной кислот, а также царской водки, но медленно разлагающиеся под действием горячих серной н фтористой кислот. Бориды тантала быстро диссоциируют в расплавленных щелочах, карбонатах, бисульфатах и пероксидных соединениях. С кремнием тантал образует силициды, основной из них дисилицид ТаSi2. Этj соединение имеет температуру плавления 24000С, устойчиво против воздействия минеральных кислот, однако разлагается под действием фтористой кислоты. Со многими металлами, имеющими изоморфную кристаллическую структуру, размер атомов, близкий к размеру атома тантала, а также близко расположенными к нему в ряду электроотрицательности, тантал образует непрерывные твердые растворы. К этом металлам, в частности, относятся ниобий, вольфрам, молибден, ванадий, 8-титан н др. Ограниченные твердые растворы н металлические соединения тантал образует с алюминием, бериллием, золотом, кремнием, никелем, т.е. металлами, которые значительно отличаются по размерам атомов и электроотрицательности. С литием, калием, натрием, магнием н некоторыми другими элементами тантал практически не образует ни твердых растворов, ни соединений. Технологические свойства тантала [2]. Тантал является пластичным тугоплавким металлом. Он хорошо поддается обработке давлением всеми существующими методами. Чистый тантал медленно нагартовывается в процессе пластической деформация ниже температуры рекристаллизации, что позволяет подвергать его холодной деформация с большими (до 95%) обжатиями без промежуточных отжигов. Слитки тантала, подвергаемые холодной деформации для получения листов, прутков и проволоки, предварительно обдирают на токарном ставке. В отличие от тугоплавких металлов Vl группы тантал имеет достаточную пластичность при низкой температуре вплоть до — 1960С.  Рис. 3.3. Макет сегмента кодирующей маски из тантала. Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод, что тантал обладает физико-химическими и технологическими свойствами, позволяющими изготовить из него сегмент кодирующей маски требуемых размеров. Это позволяет оптимизировать технологию изготовления элементов кодирующей маски широкоапертурного гамма-телексопа, так как по сравнению с вариантом «антимаски» из вольфрама снимается вопрос о креплении поглощающих шайб. В порядке методической проработки технологии изготовления элемента кодирующей маски был изготовлен макетный образец центральной части сегмента кодирующей маски с отверстиями, расположенными согласно выбранному оптимальному узору (см. рис. 3.3). |
Похожие:
 | Реферат Отчет стр., рис., таблиц, список литературы 4 наименования Директор научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына мгу имени М. В. Ломоносова | | А. В. Брюханов летопись природы Отчет «Летопись природы национального парка «Зюраткуль» за 2002 год» содержит 187 стр., включая 6 таблиц и 5 приложений. Список использованной... |
| Реферат Отчет 120с., 13 рис., 19 таблиц в тексте, 39 источников Фундаментальные исследования, организация управления фундаментальными исследованиями, масштабы, тенденции развития фундаментальных... | | Реферат Отчет 25 стр., 1 рис Ключевые слова: космология, внегалактическая астрономия, звезды, межзвездная среда, активные ядра |
| Реферат Отчёт изложен на 36 страницах, включает 12 таблиц, 3 рисунка,... «Мониторинг и прогнозирование состояния продовольственной безопасности на территории Калужской области. Практические рекомендации... | | Реферат Требование к структуре реферату Реферат должен быть выполнен самостоятельно каждым студентом на 5 или более листах формата А4 (не включая титульный лист, содержание,... |
| Реферат Отчет: 180 стр., 11 рис., 12 табл., 72 источника ... | | Тематическое планирование стр. 7 2 Требования к уровню подготовки... В числе приоритетных целей изучения музыкального искусства в начальной школе выступают |
| Реферат Баранов К. Г., Игнатенков А. И. Дипломный проект на тему... Общий объем проекта составляет 78 страниц. Дипломный проект содержит 1 рисунок, 16 таблиц. Список литературы представлен 30 источниками... | | Реферат (18 стр., рис., 3 табл.) Объектом исследования являлись системы централизованного и локального водоотведения мо ракитинское |
| Реферат Отчет с. 22, рис., 3 табл Объектом исследования являлись системы централизованного водоснабжения мо г п. Одоев | | Реферат. Отчет…23с., рис., 4 табл Объектом исследования являлись системы централизованного и локального водоотведения мо кожинское |
| Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Отчет о нир 65 с., 2 рис., 1 табл., приложений 2, источников использованной литературы 58 | | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Отчет о нир 65 с., 2 рис., 1 табл., приложений 2, источников использованной литературы 58 |
| Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Отчет о нир 65 с., 2 рис., 1 табл., приложений 2, источников использованной литературы 58 |  | Реферат Отчет 35 с., 3 главы, 16 рис., 1 табл., 12 источников, 5 прил Объектом разработки является программа восстановления каркасных 3D объектов по 2D проекциям |
