Способ сепарации по зарядам пучка частиц высокой энергии

 

СПОСОБ СЕПАРАЦИИ ПО ЗАРЯДАМ ПУЧКА ЧАСТИЦ ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ, заключающийся В коллимации пучка и отклонении положительно заряженных частиц пучка от первоначального направления , отличающийся тем. что, с целью упрощения способа и исключения энергетических затрат, отклонение положительно заряженных частиц пучка от первоначального., направления осуществляют путем направ ления пучка частиц на изогнутый монокристалл с длиной в неизогнутом состоянии oi , большей дек « меньшейЕ к , , - длина деканалирования соответственно отрицательно и положительно заряженных частиц в данном Кристалле, по касательной к выходящим на переднюю поверхность кристаллографическим осям, а положительно заряженные частицы отбирают; по направлению касательной к выходящим на заднкио поверхность кристалла jg этих же кристаллографических осей. СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ll) .3(Ю G 21 K108

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21 ) 3365103/18-25 (22) 11.12,81 (46} 28.02.84» Бюл. 9 8 (72) С.A.Âîðîáüåâ, Е.И.Розум и Пак Сен Де

71) Томский ордена Октябрьской Рево,люции и ордена Трудового Красного

Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова (53) 539.1 ° 06(088.8) (54)(57) СПОСОБ СЕПАРАЦИИ ПО ЗАРЯДИ4

ПУЧКА ЧАСТИЦ ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ, заключающийся в коллимации пучка и отклонении положительно заряженных частиц пучка от первоначального направления, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и исключения энергетических затрат, отклонение положительно заряженных частиц пучка от первоначального: направления осуществляют путем направ ления пучка частиц на изогнутыймонокристалл с длиной в неизогнутом состоянии Ы, большей (Ае„ и меньшей1 „, гдеВ щi ек - длина деканалирования соответственно отрицательно и положительно заряженных частиц в данном кристалле, по касательной к выходящим на переднюю поверхность кристаллографическим осям, а положительно заряженные частицы отбирают; по направлению касательной к выходящим на заднюю поверхность кристалла Е

Ф этих же крнсталлографических осей.

1037786

Изобретение относится к области техничекской физики, к разделу формирования пучков высокоэнергетических заряженных частиц, создаваемых на базе ускорителей заряженных частиц и высокоэнергетических изотопов и может найти применение в радиа- . ционной физике, материаловедении, радиационной химии и биологии, для диагностики качества материалов и объектов.

Существующие способы разделения заряженных частиц основаны на раз-личном отклоняющем действии внешних электрических или магнитных полей на разноименно заряженные частицы.

Наиболее близким техническим решением является способ сепарации по зарядам пучка частиц высокой энергии, заключающийся в коллимации пучка и отклонении положительно за- 20 ряженных частиц пучка от первоначального направления. Пучок, состоящий из разного рода заряженных частиц и нейтральных частиц с энергиями Е, Eg, ..., Е, формируется 25 входным коллиматором и попадает в магнитное поле.напряженностьюй, в котором положительно заряженные частицы поворачиваются на определенный угол и формируются в пучок боко- 30 вым коллиматором, нейтральные.частицы движутся в первоначальном направлении и формируются вторым коллиматором, соосным входному коллиматору. Данным способом можно отделить З5 и отрицательно заряженные частицы, так как они в этом же магнитном поле отклоняется в сторону, противо-и положную отклонению положительных частиц, Недостатком данного способа явля- 40 ется конструктивная сложность и гро-. моздкость, зависимость угла поворота частицы от ее энергии, т,е. необходимость точного соблюдения соотношения между энергией частицы, на" 45 пряженностью магнитного поля и расположением бокового формирующего коллиматора. Кроме того, наличие сложных питающих систем магнита, обуславливает значительные энергети- 50 ческие затраты.

Цель изобретения — упрощение способа и исключение энергетических затрат. это достигается тем, что отклоне- 55 ние положительно заряженных частиц пучка от первоначального направления осуществляют путем направления пучка частиц на изогнутой монокристалл (.с длиной в неизогнутом состоя- Я) нии ", большей р„ и меньшей i*qq

+ где8 8,, О+ к — длина деканалирования соответственно отрицательно и положительно заряженных частиц в данном кристалле1 по касательной к выю ходящим на переднюю поверхность кристаллографическим осям (плоскостям а положительно заряженные частицы отбирают по направлению касательной к выходящим на заднюю поверхность кристалла этих же кристаллографических осей (плоскостей) .

При падении пучка, состоящего из положительно, отрицательно заряженных и нейтральных частиц, на изогнутый монокристалл по касательной к выходящим на облучаемую поверхность изогнутым кристаллографическим направлениям, происходит захват заряженных частиц в изогнутые плоскостные или осевые каналы (эффект каналирования). Движение заряженных частиц при каналировании в зогнутом монокристалле осуществляется вдоль изогнутых кристаллических направлений и в результате, пройдя по изогнутому по дуге радиуса RÄ < каналу длиной 1 отклоняется от первоначального направления на угол Ц3„ „. «днако положительно заряженные частицы движутся в областях с минимальной электронной плотностью, а отрицательно заряженные частицы движутся вблизи, атомных плоскостей или цепочек. Учет деканалирования при движении частиц в изогнутом кристалле показывает, что длина устойчивого каналирования электронов3 „ и положительно заряжен ных частиц 3 е относятся как л 1:100, Таким образом, если на изогнутый по радиусу R монокристалл длиной К, большей0 е и мень+ шей 6 „, бросать пучок йоложительно и отрицательно заряженных частиц определенной энергии Е, то электроны пройдут в режиме каналирования вдоль изогнутого канала расстоянием и дядек отклонятся, на угол сс = * " (доста"и г точно малый), далее выйдут из изогнутых каналов и будут двигаться в направлении, касательном к изогнутому каналу в точке, отстоящей по дуге от поверхности кристалла, на которую падает пучок, на расстояние.6 рк, . Положительно заряженные частицы проходят весь кристалл в режиме каналирования в изогнутом

/ канале и отклонятся на угол Ы

R иэпп т,е. на угол, почти на два порядка больший, чем для электронов. Таким образом, положительно заряженные частицы будут выделены из общего пучка частиц.

Предлагаемый способ реализуется устройством, показанном на чертеже .

Сформированный коллиматором 1 пучок различного рода частиц направляют на изогнутый монокристалл 2, например Ge, почти параллельно к изогнутым кристаллографическим осям

1037786

Редактор Л.Письман

Заказ 1172/б Тираж 414. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 (плоскостям). При этом положительно заряженные частицы захватываются в режим каналирования, движутся вдоль изогнутых каналов, выходят из кристалла и коллимируются коллматором 3 ° Эффективность захвата в режим каналирования положительно заряженных частиц составляет величину до 50%, тогда как для электронов это значение л 25-30%. Такие же величины имеют. эффективность захвата частиц в изогнутые каналы при выполнении условия 4>р К крит i где"крит характерный для данного кристалла критический радиус.

Эффективность предлагаемого способа сепарации (y50%) меньше, чем эффективность сепарации с помощью магнитного поля (" 100%), т.е. при паденйи, например, на изогнутый кристалл пучка частиц с Ng = Nq +К .из пучка выделится 0,5 К частиц. тогда как при сепарации магнитным полем выделятся все Йq частиц.

Однако с экономической точки зрения

I предлагаемый способ сепарации значительно эффективней, так как для сепарации используется только изогнутый монокристалл с достаточно совершенной структурой, тогда как в (2) используются трудоемкие и сложные в изготовлении и энергоемкие в эксплуатации электромагниты.

Использование предлагаемого способа сепарации пучков положительно заряженных частиц обеспечивает по сравнению со способами(4 и 2) следующие преимущества: упрощение способа сепарации вследствие исключения необходимости

15. точного соответствия энергии сепарируемых частиц и напряженности магнитного поля, упрощение конструкции сепаратора вследствие замены электромагнита и питающих его устойств изогнутым монокристаллом; исключение энергетических затрат, необходимых на создание отклоняющего магнитного поля.

ТехРеДТ.Маточка КоРРектоР A.Тяско