Способ определения термоупругих характеристик материала

)5 ЕНИЯ иий.198 сапазонеце. 1 з астносованизичестермоупруалов, в част а конденсио ег бсти аз- темции ИППИ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ОПЙОАНИЕ ИЗ(71) Харьковский государственный университет им. А.М.Горького (72) А.И.Калиниченко и Г.Ф. Попов (53) 536.41.08 (088.8)(56) Воловик В.Д. и др. О природе упругих волн от потоков быстрых частиц в жидкостях и об акустическо" регистрации частиц высоких энерг Препринт ИЯИ АН СССР, П. Г 1., с, 10-14.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМОУПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК Г 1 АТЕРИАЛА(57) Изобретение относится к физиче ким методам исследования термоупруГгих характеристик материалов, в ч ти параметра Грюнайзена конденсир Изобретение относится к фки 1 методам исследованиягих характеристик материности параметра Грюнайзенрованных сред и газов.Цель изобретения - снижение врени определения температурной зависмости параметра Грюнайзена.На фиг. 1 показан вариант схемыреализации способа в случае сканирвания импульсным пучком проникающизлучения (ИППИ) по стержневому оразцу; на фиг. 2 - формы термоакуческих сигналов, возбуждаемых в рличных точках неоднородного поляператур исследуемого образца ИППИна фиг. 3 - вариант схемы реализаспособа в случае, когда диаметр ных сред и газов. Цель изобретения - снижение времени определения температурной зависимости параметра ГрюнайзенаДля этого в исследуемом образце создют неоднородное температурное поле илокально облучают импульсным пучкомпроникающего излучения по всей длинетемпературного поля путем относительного перемещения Образца и пучка, получая ряд термоакустпческих сигналовпо амплитудам которых Определяют искмую зависимость. В другом вариантешироким пучком облучают Образец навсей длине температурного поля и паформе зарегистрированного термоакустйческого сигнала судят о температурной зависимости параметра Грюнайзенав дт перепадя температур в образ . и. ф-лы. 4 ил. ен пространственной области не нородного поля температур в исследуемом образце; на фиг. 4 - форма термоакустического сигнала, возбуждаемого в образце ИППИ с диаметром, равным пространственной области неоднородного поля температур.Способ осуществляется следующим образом.Пусть в образце 1 (Фиг. 1), имеющем форму квазиодномерного стержня, непосредственно перед облучением в заданном интервале температур создано неоднородное пространственное поле 2 температур Т(х) известного профиля, которое не меняется со временем. Импульсным пучком 3 проникающего излучения (ИППИ) облучают всю пространст 1539618венную область температур в исследуемом образце путем сканирования ИППИ по образцу 1, т.е, в последовательные моменты времени ИППИ взаимодейст 5 вует с образцом в зонах 4, 5, б, характеризующихся координатами Х Х, ХВозбуждаемые термоакустические сигналы регистрируются широкополосным акустическим детектором 7. Эле-,0 ктрический сигнал с акустического детектора поступает на вход регистрирующего устройства, например на экран осциллографа (не показан). По амплитудам термоакустических сигналов определяют температурную зависимость параметра Грюнайзена. Температурное поле Т(х) создают, например, с по" мощью нагревателя 8, контактирующего с одним концом стержневого образца 1.Последовательное создание зон взаимодействия 4, 5, 6обеспечивается сканированием ИППИ вдоль неоднородного пространственного поля температур исследуемого образца или перемещением образца относительно неподвижного ИППИ.Диаметр пучка Й, определяющий размер каждой из областей взаимодействия, предполагается настолько малым,Э 30 что температурное поле в пределах каждойобласти можно считать постоянным и равнм Т= Т(Х 4); Т= Т(Х 5) у Т = Т(Х)для областей 4, 5, 6 соответственно. При выполнении условия С ( Й/Б, где ь- . длительность импульса пучка проникающего излучения; Б - скорость звука вещества исследуемого образца, в областях 4, 5, б генерируются термоакустические сигналы, осциллограммы которых40 приведены на Фиг. 2, с амплитудойЬ,(г ) = -- Е ( Х -х -Б ), (1)Г(Т;)2где (Х-х - Бг.) - плотность поглощен. 45ной энергии ИНПИ ввеществе исследуемого образца;Х - координата расположения акустическо 50го детектораПунктиром на фиг2 показано распределение плотности поглощенной энергии (х) в каждой из областей взаимодействия, которая в процессе всего измерения остается постоянной,Из уравнения (1) получаемГ(Т ) = 2 (2)Е маркс что позволяет по максимумам термоакустических сигналов, генерируемых в областях 4, 5, 6, образца, характеризующихся различными температурами Т 4, Т, Т , определить значение параметра Грюнайзена образца Г(Т ), Г(Т), Г(Т), Облучив последовательно всю пространственную область неоднородного поля температур исследуемого образца, по амплитудам термоакустических сигналов определяют температурную зависимость параметра Грюнайзена. В этом варианте реализации способа время снятия температурной зависимости параметра Грюнайзена определяется временем сканирования ИППИ по образцу либо временем перемещения образца от его начала до конца в поле неподвижного пучка и может составлять величину порядка 1-1000 с.В другом варианте способа (фиг. 3) ИППИ 3 создает единственную зону 4 взаимодействия с образцом, в которой температурное поле Т(х) существенно изменяется в диапазоне Тмин ТТ акс В этом случае в зоне взаимодействия генерируется один акустический импульс1о(г.) =ГТ (Х-Б) Е(х - БС), (3)2осциллограмма которого приведена на фиг. 4. Пунктиром на фиг. 4 показано известное распределение плотности поглощенной энергии в области взаимодействия ИППИ с образцом. Из уравнения (3) получаем:Г Т(хЦ =6(-- )/(х) (4) Б в диапазоне температур Т( Т ( Т ,.минЭтот вариант реализации способа позволяет обеспечить минимальное время снятия зависимости Г(Т) путем однократного облучения широким пучком проникающего излучения исследуемого образца, перекрывающего своим диаметром всю пространственную область неоднородного поля температур известного профиля. В этом случае время измерения температурной зависимости Г(Т) определяется временем формирования акустического сигнала 7,= Й/Б+ С и временем задержки прихода акустического сигнала 2= 3/Б, где Ь - расстояние от области взаимодействия ИППИ с образцом до акустического детектора, и может составлять величину2 + ь =10 - 10 с.5 1539В качестве импульсных пучков проникающего излучения для генерациитермоупругих колебаний в конденсированных средах и газах можно использовать импульсные пучки ионизирую 5щих частиц: электроны, протоны,кванты, нейтроны, многозарядные ионыи т.д а также импульсное лазерноеизлучение. 10П р и м е р, Исследована температурная зависимость параметра Грюнайзена для гадолиния на пучках релятивистских электронов в области фазовоГо превращения (переход из ферромагнитного состояния в парамагнитноебез изменения агрегатного состояния).Исследуемый стержень из гадолинияпомещали в терйостат, в котором с помощью спирального нагревателя и потока испаряемого жидкого азота устанавливали неоднородное по длине стержняполе температур. На одном конце стержня температура была равна 260, а надругом 320 К. Распределение температуры по длине стержня контролировали медь - константановымн термопарамн,Стержень длиной 200 мм и диаметром5 мм облучали импульсным пучком электронов с энергией 12 МэВ, длительностью импульса Г -1 мкс, диаметром"ипучка Й = 1 см, с количеством частицв импульсе М 10" . Стержень вместес термостатом посредством механической системы перемещали вдоль его осив поле неподвижного пучка. Возбуждае- З 5мые одномерные термоакустические сигналы Ь(С) регистрировали акустическим детектором на основе пьезокерамики типа ЦТСс полосой пропуска 40ния .йй = 10 МГц. Время снятия зависи 618 6мости Г (Т)составило. 1,5 мин, что определяется скоростью перемещения стержня механической системой.Формула изобретения1. Способ определения термоупругих характеристик материала, заключаю-. щийся в облучении образца исследуемого материала, находящегося в заданном температурном режиме, импульсным пучком проникающего излучения, регистрации термоакустических колебаний и определении параметра Грюнайзена по сигналу термоакустических колебаний, о т л и ч а ю щ и й с я тем,очто, с целью уменьшения времени определения температурной зависимости параметра Грюнайзена, перед облучением в образце исследуемого материала создают неоднородное поле температур с известным распределением и облучают всю область неоднородного поля температур.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что область неоднородного поля температур облучают в режиме сканирования пучком излучения и о температурной зависимости параметра Грюнайэена судят по совокупности амплитуд сигналов термоакустических колебаний.3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что производят облучение области неоднородного поля температур пучком излучения с размерами, не меньшими размеров укаэанной области, и о температурной зависимости параметра Грюнайзена судят по форме сигнала термоакустических колебаний.оставитель К.Кононовехред М, Ходанич Корректо едактор А овска,Пали аказ 21 Тираж 48 Подпис НИИПИ Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 сударственного комитета113035, Москва,изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС5, Раушская наб д, 4/5