Магнитный ахроматический селектор энергий ионов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

: СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕаж ЛИК (1Ю (И) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

+à

7Py (.(,,, ф,",„

1jg

Фд, / х-М+х,, (21): 3813080/24-25 (22) 15. 11.84 (46) 15.06.86. Бюл . Ф 22 (72) В.В.Буранов, Н.И.Веников, Ю.Ф.Тарасов и В.Н.Унежев (53) 621.374.32(088.8) (56) Онуфриев В.Д., Сокурский Ю.Н.,:

Чуев В.И. Исследование влияния гелия на свойства материалов с помощью имплантационных экспериментов. И., 1978, с. 13 (прецринт/ИАЗ, В 8070). .Котов В.И., Миллер В,В. Фокусировка и разделение по массам частиц .высоких энергий. N. Атомиздат, 1969,. c... 75. (54) (57) МАГНИТНЫЙ АХРОМАТИЧЕСКИЙ СЕЛЕКТОР ЭНЕРГИЙ ИОНОВ для измерения энергетических спектров. продуктов. ядерных реакций, состоящий нз миюенной камеры, магнитооптических систем, (51) 4 6 01 Т 1 36 Н: 01 ) 49/44 анализирующей диафрагма, телескопа детекторов, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативнасти н достоверности измерений, в . мишенную камеру введен поглотитель энергии ионов с переменной толщиной, изменяющейся в процессе измерения по

> линейному закону где У вЂ” толщина поглотителя, время изменения толщины поглотителя;

k - коэффициент пропорциональности

)(, — минимальная толщина поглотителя, идополнительный детектор,располокенный под углом не менее 10 к поверхности поглотителя.

1238013

Изобретение относится к ускорительной технике, может быть использовано при экспериментальном исследовании энергетических спектров ионов, вылетающнх из мишени в ядерных реак- 5 циях под действием пучка ионов, полученных из ускорителя, под малыми углами к направлению первичного пучка.

Цель изобретения †:повышение опе1О ративности и достоверности измерении.

В мишенную камеру магнитного ахроматического. селектора энергий ионов для измерения энергетических спектров продуктов ядерных реакций введены поглотитель энергии ионов, толщина

f5 которого изменяется во времени 1 по линейному закону где k — коэффициент пропорциональности минимальная толщина поглотителя, 25 и дополнительный детектор для регистрации энергетического спектра.

Установка поглотителя в мишенной камере селектора на время контроля

30 достоверного энергетического спектра дополнительным детектором приводит к.преобразованию спектра квазиомоноэнергетического пучка ускорителя в спектр, где интенсивность частиц в диапазоне измеряемых в эксперименте энергий практически не зависит от энергии этих частиц. Дополнительный детектор размещенный в мишенной каФ о мере под углом )10 к поглотителю (так как при установке детектора под 40 о углом, меньшим 10, фон упругорассеянных первичных частиц настолько перегружает регистрирующую аппаратуру, что делает измерения .практически невозможными), служит для регистрации 45 энергетического спектра, получившегося после поглотителя энергии ионов, с целью дальнейшего сравнения этого спектра с энергетическим спектром, проанализированным магнитным селекто- 50 ром и зарегистрированным телескопом детекторов установки. Таким образом, почти вдвое уменьшится время, затрачиваемое на проведение ядерно-физического эксперимента и оптимизацию.

На фиг. 1 представлена схема магнитного ахроматического селектора энергий частиц; на фиг. 2 и 3 — преобразование энергетического спектра первичного пучка в известном устройстве, на фнг. 4 — развертка огибающих траекторий пучка в плоскости дисперсии магнитного анализатора, на фиг. 5-7 — преобразование энергетического спектра первичного пучка в анализаторе во время оперативного контроля ширины достоверного спектра.

Предлагаемая установка состоит из мишенной камеры 1., в которой размещены тонкая прострельная мишень 2, поглотитель 3 энергии ионов и дополнительный детектор 4. С мишенной камерой соединены вакуумный ионопровод 5, на котором установлена магнитооптическая система, состоящая из последовательно расположенных магнитной фокусирующей линзы 6, анализирующего магнита 7, симметриэующей магнитной линзы 8, двустворчатой анализирующей диафрагмы 9, собирающего магнита 10, фокусирующей магнитной линзы 11. На конце вакуумного ионопровода размещен телескоп детекторов 14., служащий для идентификации типа исследуемых частиц и их энергетического спектра.

На выбор схемы установки влияют следующие факторы,: ограничение габаритов магнитооптических элементов; величина

;допустимого энергетического разрешения селектора и максимальный диапазон селектируемых энергий; параметры пучков ионов циклотрона.

Ввиду отсутствия промышленных образцов магнитооптических элементов, удовлетворяющих выбранной схеме установки, был проведен их расчет и оптимизация.

Основные параметры квадрупольных магнитов представлены в таблице.

Основные параметры анализирующего и собирающего магнитов следующие: .Угол поворота, град 30

Магнитная индукция, Т 1,05

Ток электропитания, A 800

Напряжение, В 26

Вес магнита, кг 235

Предлагаемая установка работает следующим образом.

Пучок ионов из ускорителя проходит через тонкую прострельную мишень 2 и вызывает появление в результате ядерных. реакций вторичных ионов с меньшими энергиями. И первичные, и вторичные ионы в некотором телесном угле, определяемом аксептансом установки, с помощью фокуснрующей линзы 6

1238013 образованию квазимоноэнергетического пучка ускорителя в спектр, где интенсивность частиц в диапазоне измеряемых в эксперименте энергий практически не зависит от энергии частиц. Преобразованный пучок. с энергетическим спектром, заданным толщиной и материалом поглотителя и зарегистрированным дополнительным детектором 4, по0 падает в вакуум-провод магнитного анализатора. Поглотитель представляет собой металлическую фольгу, протягиваемую поперек пучка ионов так, чтобы ее толщина изменялась во времени

5 по линейному закону х-й х,, х -ay+x б

3 и анализирующего магнита 7. собирают,ся в фокальной плоскости системы, т.е, анализирующий магнит осуществляет разделение в плоскости дисперсии по импульсам (для одинаковых типов ионов — по энергиям), а с помощью фокуснрующей линзы 6 осуществляется фокусировка моноэнергетических пучков в фокальной плоскости. Путем установления определенной ширины окна между створками анализирующей диафрагмы 9 во вторую половину установки ггроггускаются.лишь ионы с такими энергиями, которые необходимо регистрировать в эксперименте. Вторая половина маг. нитооптической системы, собираияцего . магнита 10 и фокусирующей магнитной линзы 11 зеркально симметрична первой

H лент д я фокусировки на телескоп .детекторов 12 ионов во всем диапазо- Ю не энергий, пропущенных через окно в анализирующей диафрагме 9. Этот телескоп детекторов осуществляет измерение энергии и идентификацию . типа частиц. В центре симметрии установки расположена симметризующая магнитная линза 8, осуществляющая симметризацию траекторий в плоскости дисперсии анализатора (фокусировку по энергии), на фиг, 3 приведена З0 развертка огибающих пучка в плоскости дисперсии анализатора, причем штрихами показана огибающая моноэнергического пучка со средней энергией из пропускаемого энергетического диа- 35 пазона, а сплошной линией — для всего .пропускаемого диапазона. 1Иирина достоверного энергетического спектра равна ширине пропускаемого через окно в .анализирующей диафрагме энерге- 40 тического спектра минус энергетическое разрешение как при максимальной энергии пропускаемого спектра, так и при минимальной. Без поглотителя 3 энергии ионов и детектора 4 дополни- 4S тельного оперативный контроль за шириной достоверного спектра отсутствует, хотя энергетическое разрешение меняется как при изменении параметров ускоренного пучка ионов, падающего 50 на мишень, так и из-эа нестабильностей токов питания элементов магнитооптической системы установки. Установка поглотителя вместо прострельной мишени в районе минимальных размеров 55 пучка из ускорителя на время контро;ля достоверного энергетического спектра детекторами 4 и 12 приводит к преr где k — коэффициент пропорциональности, „- минимальная толщина поглотителя, выбираемая из требований ядерно-физического эксперимента.

Конструктивно поглотитель может, например, представлять из себя диск, ось вращения которого паралельна оси пучка ионов, вращающийся с постоянной скоростью. Толщина кольцевой части диска, через которую проходит пучок при вращении диска, меняется с азимутом у по линейному закону где a — коэффициент пропорциональности, выбираемый из требований потерь энергии ионов., необходимых во время проведения контроля работы установки;. — некоторая толщина,. определяющая минимальный сброс . энергии в данном эксперименте.

На фиг. 5 показан квазимоноэнергетический спектр пучка ионов до прохождения через поглотитель, на фиг.6энергетический спектр после нрохождения коглотителя, зарегистрированный детектором 4.

При указанном законе изменения толщины поглотителя со временем полученное энергетическое распределение будет монотонным. Величина Е первичное

Е определяется минимальной толщиной поглотителя у о

1238013

На фиг. 7 представлен спектр, который может быть зарегистрирован телескопом. детекторов 12. Этот спектр определяется как аксептансом,установ *— 5 ки (Е„„-Е „„) так и- величинами энергетических разреаений (E»„ -E„„„ ) и (Eìoêñ - Ема"с ) Величина д---р-ro энергетического спектра (т.е. диа:пазона энергий, в котором ядерно-ФИ-. зические измерения проводятся с необходимой точностью и достоверностью) будет равна (E „ — Е „„,„ ) и находится из сравнения двух спектров, зарегистрированных детекторами 4 и 12.

Такого рода контроль можно проводить с любой частотой, определяемой статис гйческими данными измерений. При указанном конструктивном исполнении наглотителя:. в. виде диска можно за время контроля заставить диск сделать больаое (-" 500) число оборотов с посКвадрупольный магнит

Показатели бК21-2500 38К21-3500 38К13-3500

Диаметр апертуры,см

3.8

13.21

13,7, 21,7

22,7

Вес магнита, кг

24,5

Ток, А

1000

1000

1000

Напряжение, В

Градиент поля, Т/м

25 Отклонение градиен та от постоянного на пред. радиуса, Х, Длина полюса, см

Эффективная длина,см тоянной скоростью..Предполагается, что на одно контрольное измерение достоверного энергетического спектра будет затрачиваться около 5 мин.

Предлагаемое устройство позволит по .мере необходимости (с минимальными затратами времени) контролировать вирину достоверного энергетического спектра, оразу отбрасывать экспозиции с плохим,энергетическим спектром и осуществлять по. результатам контроля оптимизацию работы ускорителя и магнитного ахроматического селектора энергий.

Предлагаемая установка предназначена для исследования гигантских мультинольных резонансов, возбуждаемых в неупругом рассеянии ионов, а также для поиска ядер с болыпим избытком нейтронов, 1238013

1238013

Е атм Евами En E Е.нема фее. 7

Составитель Б.Рахманов

Техред Д.Олейник Корректор Л.Пилипенко

Редактор И.Дылын

Заказ 3285/46 . Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

7.

Производственно-полигpа@mecкоe предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4