Детектор для регистрации мощных пучков заряженных частиц

 

Изобретение относится к приборам для регистрации пучков заряженных частиц. Целью изобретения является повышение точности измерений и срока службы. Это достигается тем, что на поверхности конической сужающейся выемки цилиндрического коллекторного детектора выполнены концентрические ребра с треугольным поперечным сечением, вершина которого направлена к пучку. Внутренняя поверхность ребер параллельна оси детектора, а внешняя сформирована образующей, направленной под углом α к оси детектора. Высота ребер h не менее (0,3 - 1) пробега детектируемых частиц в материале детектора, угол a выбирался из соотношения a ≅ arctgD/2L , где D - максимальный диаметр выемки детектора, L - ее глубина. Ширина ребер Δ определяется из D = htgα , их внешний диаметр последовательно уменьшается с шагом 2Δ от D до 2Δ . 4 ил.

Изобретение относится к области радиационной техники и может быть использовано в науке и технике для регистрации мощных мегаамперных пучков заряженных частиц. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет уменьшения доли обратно рассеянных детектором частиц и увеличение срока службы за счет перераспределения части энергии пучка на боковые стенки. На фиг.1 изображен поперечный разрез предлагаемого детектора; на фиг.2 изображено на примере электронов распределение потоков частиц в элементе конструкции детектора; на фиг. 3 - результаты расчета доли электронов, поглощенных в ребре; на фиг.4 - пример конкретного исполнения детектора. На фиг. 1 изображен детектируемый пучок частиц (здесь и в дальнейшем - электроны 1), детектор 2, на поверхности которого сформированы ребра 3 с треугольным поперечным сечением. Внутренняя поверхность 4 ребер параллельна падающему пучку и оси детектора, образующая 5 внешней поверхности направлена под углом α к оси пучка. Падающие на поверхность детектора электроны частично поглощаются в ребре, а частично отражаются на стенку и поглощаются в ней. Преимущественно направления потоков частиц изображены на фиг.2. Здесь учтено, что наиболее вероятный угол отражения равен углу падения частиц на поверхность. При L = D/2 α = 45^о и максимум отраженных ребром электронов направлен перпендикулярно стенке и вторичное отражение минимально. При α > 45^о максимум вторично отраженных частиц направлен во внешнюю относительно детектора полусферу, чем и обусловлена утечка. При α < 45^о отраженные стенкой частицы будут двигаться, в основном, опять к детектору, в частности - к ребру, т.е. не будут теряться, будут регистрироваться. Аналитически условия резкого уменьшения утечек запишутся в виде L ≥ D/2 и α≅ arctg D/2L. Высота ребер h выбирается из условия h > (0,3-1) пробега регистрируемых частиц в материале детектора. Это обусловлено тем, что именно на таких глубинах наступает насыщение коэффициента обратного рассеяния. Как следствие, ширина ребер, равная половине шага изменения их диаметра, определяется из Δ = h tg α. Расчет параметров конкретной конструкции может быть выполнен, как и в реальном техническом случае, двумя путями. В первом случае исходным параметром является угол α , от величины которого зависит соотношение между числом частиц, поглощенных в ребре и стенке. На фиг.3 приведены результаты расчета доли электронов δ , поглощенных в ребре для металлов с малым атомным номером (до алюминия) и начальной энергией 400 кэВ в зависимости от угла при вершине ребра (расчет является оценочным и двух и более кратные рассеяния не учитываются). Видно, что изменение угла при вершине позволяет задавать необходимое соотношение тепловых нагрузок в ребре и стенке. Выбрав необходимый угол α (например, при α≈ (12-13)^о соотношение потоковых нагрузок на стенку и ребро равно примерно 1: 1), по известному диаметру пучка выбирают L ≥ D/2, исходя из энергии частиц в пучке и их пробега в материале детектора R определяют h ≥ (0,3-1)R, находят Δ = h tg α . Возможен и другой путь. Например, если за исходные данные взять диаметр пучка D = 100 мм, L = 100 мм, регистрировать необходимо пучок электронов с энергией 2,5 мэВ. Для таких частиц пробег в алюминии R ≈ 1 г/см² = 0,37. Тогда α≅ arctg D/2L ≈ 27^о, h = 2,7 ˙ 3,7 = 10 мм, Δ = h tg α = 5 мм. На фиг. 4 изображен рассчитанный по этим данным детектор. Видно, что поверхность предлагаемой конструкции намного больше, чем у простого конического детектора. Кроме того, излучаемый выигрыш не связан с увеличением числа отраженных частиц. Наоборот, при уменьшении угла α, т.е. с увеличением поверхности, доля отраженных частиц уменьшается.

Формула изобретения

ДЕТЕКТОР ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ МОЩНЫХ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий цилиндр с облучаемой поверхностью в виде конической выемки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения доли обратно рассеянных детектором частиц и увеличения срока службы за счет перераспределения части энергии пучка на боковые стенки, на облучаемой поверхности детектора выполнены концентрические ребра с треугольным осевым поперечным сечением, внешний диаметр которых последовательно уменьшается с шагом 2Δ отD до 2Δ , где D - максимальный диаметр выемки детектора, так, что совокупность ребер образует в теледетекторе коническую выемку с глубиной L ≥ D / 2, причем внутренняя поверхность ребер параллельна оси детектора, а внешняя поверхность сформирована образующей, направленной относительно оси детектора под углом α , определяемым из соотношения α ≥ arctgD / 2L , высота ребер h не меньше (0,3 - 1) пробега детектируемых частиц в материале детектора, а ширина ребер равна величине Δ , определяемой из соотношения Δ = h˙tg α . .

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4