Устройство для определения энергетичных заряженных частиц

 

Изобретение относится к приборам для регистрации заряженных частиц , в частности к устройствам для определения энергии частиц. Целью изобретения является обеспечение возможности проведения измерений в сильном магнитном поле в термоядерных установках и расширение энергетического диапазона регистрирующего устройства . Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем детектор частиц и защитный элемент, последний выполнен в виде микроканальной пластины , характерные размерыкоторой удовлетворяют определенному соотношению . Заряженные частицы в магнитном поле движутся по спиральной траектории . Поэтому, так как радиус кривизны траекторий таких частиц намного больше длины каналов пластины, которая обычно составляет у существующих образцов d 0,5-1 мм, магнитное поле не затрудняет прохождения энергетических частиц через защитное устройство . Начиная с некоторого критического радиуса кривизны траектории, частицы не смогут пройти через каналы пластины, чем и достигается защита детектора от низкоэнергетических ионов плазмы. 1 ил. о (0 .«j..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,80„„1325391

yg g G 01 Т l/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTGPCHGMV CBMP EYEËÛ:TBÓ

Э(/i»

1 и.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4043383/40-25 (22) 10 ° 01,86 (46) 23,07.87. Бюл. Ф 27 (72) Н.Е.Карулин, С.В.Коновалов, В.Х.Лихтенштейн и С.В.Путвинский (53) 621.387.424 (088.8) (56) ПТЗ, 1973, М - 1, с. 43-45.

Приборы для научных исследований.

Пер. с англ. 1967, И 11, с.51-54. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3НЕР-ГЕТИЧНЫХ ЗАРЯ)КЕНЕ1ЫХ ЧАСТИЦ (5?) Изобретение относится к приборам для регистрации заряженных частиц, в частности к устройствам для определения энергии частиц. Целью изобретения является обеспечение возможности проведения измерений в сильном магнитном поле в термоядерных установках и расширение энергетического диапазона регистрирующего устройства ° Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем детектор частиц и защитный элемент, последний выполнен в виде микроканальной пластины, характерные размеры которой удовлетворяют определенному соотношению. Заряженные частицы в магнитном поле движутся по спиральной траектории. Поэтому, так как радиус кривизны траекторий таких частиц намного больше длины каналов пластины, которая обычно составляет у существующих образцов d = 0 5-1 мм, магнитное поле не затрудняет прохождения энергетических частиц через защитное устройство, ° Начиная с некоторого критического радиуса кривизны траектории, частицы не смогут пройти через каналы пластины, чем и достигается защита детектора от низкоэнергетических ионов плазмы. 1 ил.

1325391

d {MMJ

d а

37 х визны соответствует энергия:

20 1 отсечкя(кэВ) = 0,72 х

E отсечки ГКэК х — — — — — —,—-Е В fTsr) Щ

9 и протон где d — толщина MKII; а — диаметр каналов; К, m — заряд и масса регистри- 5 руемых частиц,  — магнитное поле установки. МКП представляет собой матрицу из свинцово-силикатного стекла, содержащую большое число тонких прямых каналов и помещается вместе с датчиком в магнитное поле термоядерной установки перед детектором, На чертеже схематически представлено регистрирующее устройство.

Устройство содержит защитный элемент 1 в виде микроканальной пластины из свинцово-силикатного стекла и полупроводниковый детектор 2 частиц.

На чертеже показаны также траектория

3 регистрируемой частицы и траектория 4 фоновой частицы.

Заряженная частица в магнитном поле движется по спиральной траектории, радиус кривизны которой равен

Р 45

, „2 где о„ = цшс/Ке — радиус ларморовского вращения заряженной частицы в магнитном поле В; m, v, Š— масса, скорость и заряд частицы; Х вЂ” угол между направлением магнитного поля и скоростью частицы — питч-угол. Например, для типичных магнитных полей термоядерных установок с магнитным удержанием и заряженных частиц, являющихся продуктами термоядерных реакций, величина ларморовского радиуса составляет р„ а 2 — 7 см. ПоэИзобретение относится к области диагностики высокотемпературной плазмы и может быть использовано для регистрации энергетичных заряженных частиц, например продуктов термоядерных реакций.

Цель изобретения — обеспечение воэможности проведения измерений в сильном магнитном поле в термоядерных установках и расширение энергетического диапазона регистрирующего устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что защитный элемент выполнен на основе микроканальной пластины (МКП), характерные размеры которой удовлетворяют соотношению тому, так как радиус кривизны траектории таких частиц много больше длины каналов микроканальной пластины, которая обычно составляет у существующих образцов МКП d 0,5 — 1 мм, магнитное поле не затрудняет прохождение энергетичных частиц через защитное устройство на основе МКП (траектория 3). Частицы низких энергий, например фоновые частицы плазмы, с энергией от единиц до десятков килоэлектронвольт движутся в магнитном поле по более искривленным траекториям (траектория 4). Так, начиная с некоторого критического радиуса кривизны траектории R < К = d /8а, частицы не смогут пройти через каналы

МКП. Этому критическому радиусу крих 10 (— — — — ) (! Z В (Тл)й (мм)

-3 ш ротона Й 4

m 3 где ш протона масса протона; а — диаметр каналов NKII, обычно составляющий 10-20 мкм.

Заряженные частицы с энергией

Е Еот ец„, не смогут пройти через каналы МКП, чем достигается защита детектора от низкоэнергетичных ионов плазмы.

Магнитное поле установки является отклоняющим, с его помощью отсекаются паразитные фоновые частицы, что существенно упрощает конструкцию защитного экрана. Подбирая параметры MKII, можно измечять энергетический .порог отсечки в диапазоне

50 кэВ, что существенно превосходит характеристики известных устройств.

Предлагаемый защитный элемент на основе МКП является также высокоэффективным коллиматором частиц ввиду малой угловой апертуры каналов.

Численные расчеты, выполненные с учетом возможного отражения частиц от стенок каналов, показывают, что коллимация определяется геометрическими размерами NIGI, причем угол коллимации составляет gо и a/d -" 0,01-0,04, Предлагаемое устрдйство также обладает по сравнению с известным в десятки раз меньшими размерами, а также значительно более высокой (до

75%) геометрической прозрачностью защитного элемента.

Пример, Выполнение устройства для защиты детектора, работающего

132

Согласно выражению, приведенному в формуле изобретения, размеры МКП определяются следующим образом:

d IOJzsB) й(мм) — — 37 - -- — - —-х а 2 -5 (Тл) l6,б. прогона ношению

d (мм) ° — -- 37 х а целям.

Составитель В.Дрыгин

Техред Л.Олийнык

Редактор Е.Папп

Корректор А.Зймокосов

Заказ 3103/40 Тираж 730

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул. Проектная, 4 в магнитном поле с индукцией В = 5Тл от низкоэнергетичных дейтонов (Е

1, m = 2m...) с энергиями Е(!О кэВ.

Удовлетворяющая поставленным целям стандартная МКП толщиной d = 0,5 мм должна иметь калибр не менее

d 166

33.

0,5

Таким образом, стандартная пластина толщиной d = 0,5 мм и калибром

50 удовлетворяет поставленным а

5391 4

Формула изобретения

Устройство для определения энергетичных заряженных частиц, включающее детектор частиц и защитный элемент, предназначенный для предотвращения детектирования фоновых частиц, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цель1о обеспечения возможности проведения измерений в сильном магнитном !

О поле в термоядерных установках и расширения энергетического диапазона регистрирующего устройства, защитный элемент выполнен на основе микроканальной пластины (NKII) характерные размеры которой удовлетворяют соот. .,;,... .;ю

К -В (Тл) ш прог она где d — толщина МКП; а — диаметр каналов, Е, m — заряд и масса регистрируемых частиц,  — магнитное поле

25 установки.