Интегральный электростатический способ измерения энергетического спектра @ -частиц

 

Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики и может быть использовано для прецизионного измерения энергетических спектров /J -частиц радиоактивных ядер. Целью изобретения является уменьшение фона, а также массогабаритных характеристик устройств , реализующих данный способ. Такое устройство содержит источник 1 электронов , сверхпроводящие соленоиды 2 источника 1, систему соленоидов 3-7, систему электростатических потенциальных электродов 8-10. детектор 11 /5-частиц, кож/х 12, крайние магнитные силовые линии 13, вакуумные насосы 14. Способ позволяет уменьшить фон в 10 раза, по сравнению с прототипом, что позволяет выполнять измерения статистически слабо обеспечиваемых участков спектра. 2 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

CO{1{" ДЛИСТИ IECI{VIX

РЕСПУБЛИК

{5I)5 Н 01 J 49/44

ГОСУДАРСТВЕ)НЬ|И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

C I

| ,О (Л

1л)

74

Б9 Р5IZ! /

4 Р 9 70 7Ç

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (71) 4418616/21 (22) 03.05.88 (46) 23,01.92 Бюл. 14. 3 (71) Институт ядерных исследований АН

СССР (72) В.M.Ëoáà.лев П.F.Ñnèâàê. В,И.Парфенов, Н.А.Голусбев, О.В.Казаченко, Б.M.Oâчинников, А.А. Голубев, Е.В.Гераскин, А.М,Белесев, А.П,Солодухин, И.В.Секачев, Н, А.Тито в и Ю.Э. Кузн е цо в (531 621.384 (08Я.8) (56) Beamson et al. The Coillmatlng and

Magnifying Рropert; cs of à Superconductlng г- |..!с{ Р |otnelecu sп Spectrometer, — J. Phys.

Е; Scl, Instrum. 1980, ч, 13, hk 1, р. 64-66.

Sii W. 2 et а!. Focusing of Multiply

С . rheo Епег1е .:,г Jons Using Solenoidal В э.." "ad ai Е I eпse., — Rev. Scl. Instrum. 1987, v. 5P. N. 2, р. 220-222, Hsu Т. et а| Electrostatic Energy Analyzer

Using а 71опun;form Axial Magnetic Fleld.—

Pev. Sci. Ins;rum. 1976, v. 47,М 2, р. 236-238.,,« Ы„, 1707652 А1 (54) И Н ТЕ ГРАЛ Ь Н Ы Й ЭЛ Е КТРО СТАТИ Ч ЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА 73-ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики и может быть использовано для прецизионного измерения энергетических спектров ф -частиц радиоактивных ядер. Целью изобретения является уменьшение фона, а также массогабаритных характеристик устройств, реализующих данный способ. Такое устройство содержит источник 1 электронов, сверхпроводящие соленоиды 2 источника 1, систему соленоидов 3-7, систему электростатических потенциальных электродов 8-10, детектор 1 l 73- |астиц, кожух 12, крайние магнитные си..|оьые линии 13, вакуумные насосы 14. Спoco5 позьо: яст уменьМ шить фон в 10 раза, по сравнению с прототипсм, что позволяет выполнять измерения статистически слабо обеспечиваемых участков спектра. 2 ил.

1707652

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и предназначено для прециэион нога измерения энергетических спектров Р-частиц радиоактивных ядер. 5

Цель изобретения — уменьшение фона, а также массогабаритных характеристик устройств, реализующих данный спссоб.

На фиг, 1 изображено устройство, которое реализует и иллюстрирует данный спо- 10 соб; на фиг. 2 — его функция пропускания.

Нв фиг. 1 показаны: 1 — источник электронов, 2 — сверхпроводящие соленоиды источника, 3-7 — система соленоидов, 8-10— система электростатических потенциаль- 15 ных электродов, 11 — детектор бета-частиц, 12 — кожух, 13 — крайние магнитные силовые линии, 14 — вакуумные насосы.

Электроны (бета-частиц) вылетают из распределенного газового тритиевого источника 1 и попадают в магнитное поле со- 20 леноида 2.

Магнитное поле, имеющее конфигурацию типа осесимметричного пробкотрона, создается с помощью системы соленоидов

3-7, из которых соленоид 3 создает поле 25 пробки источника, соленоид 7- поле пробки детектора, конусообразные соленоиды 4, 5 — неоднородные л1агнитные поля, а соленоиды б — магнитное поле в центре спектрометра. равное Н<»=15 Гс. Для 30 осуществления адиабатического движения эл тронов в неоднородном магнитном поле пространственные распределения магнитного и электрического полей в этой облас .и О;=-;=ле ы расчетным путем, ис- 35 ходя из условий

Н Р йН/dS dÐ/dS где Н вЂ” величина наг ряжеч„;ти л1а.-нитно- 40

ГО ПОЛЯ;

g Н вЂ” измене".I.= aen. чны .. ага;. :енности Н на одном витке спирали траектории электрона;

P — величина импульса лектрона; 45 P — изменение величины импульса электрона на Одном витке спирали траектории электрона;

S — расстояние по магнитной силовой линии, 50

b, (— ) — изменение величины первой

dH

dS

1Н производной — на одном витке спирали

dS траектооии электрона; 55

Q (†) — изменение величины первой

-, Р

4s производной — на одном витке спирали (Р

Д5 траектории электрона, с расположением на оси симметрии в одной из пробок магнитно о поля Р-источника, а на другой — детектора электронов.

Уменьшение длины спектрометра достигается тем, что электроны начинают тормозить с самого начала их движения в области сильного магнитного поля, а не в области медианной плоскости, как в известном спектрометре. Такое торможение осуществ lABTGII за счет пространственного распределения магнитного и электрического полей. полученного расчетным путем, исходя из укаэанных условий, При распаде трития Р-частиц, испущенные в полусферу, обращенную к спектрометру, движутся по спиралям вдоль магнитных силовых линий в направлении соленоида 3, обеспечивающего внутри себя

1 поле Н =8 Тл. Поскольку Н, т-1 Тл= — Но, 8 то в силу сохранения адиабатического инваз!и а рианта — = const (где a- yron между

Н импульсов электрона и магнитной силовой линией), через поле соленоида 3 пройдут электроны, испущенные тритием в телесный угол 1 стрд, что обеспечивает светимость спектрометра, равную - 0,3 см (для г площади газового источника 20 см ), 2

Таким образом, структура магнитно о поля в пробке соленоида (поле источника + поле соленоида 3) позволяет выделить электроны. испущенные под углами <20 по отношению к оси спектрометра, т.е. исключить электроны, прошедшие большой путь в газообразном тритии и испытавшие большие потери энергии (эти электроны отражаются магнитным полем соленоида 3 обратно в источник). В процессе движения в спадающем магнитном поле вслед";в»е адиабаИЯЕ:I OrO ХаРаКтЕРа ДЕИжЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ происходит ьы" траивание и ил ульсов по напраBnеhèlo магkèтныx силoBüIx лиk.Il1, которые s медианной плоскости спектрометра направлены параллельно оси спектрометра, так же, как и сиговые линии электрического поля, Одноврел1енное с выстраиванием торможение электронов распределенным электрическим полем, Создаваемым потенциальными электродами 8-10, позволяет сократить длину, на которой происходит выстраивание импульсов электронов. Для электрического поля неоднородность в медианной плоскости со ставляет -1ц отн.ед.

-б

Максимальный угол между импульсом частицы и магнитной силовой линией, а следовательно, и электрической силовой линией в медианной плоскости, составляет

1707652, Ннин 1/2 а,,вке - (— гт — ) . Энергия, связанная в посто перечной компонентной импульса в медианной плоскости определяют абсолютное энергетическое разрешение спектрометра. После прохождения медианной плоскости спектрометра (если энергия электрона больше тормозящего потенциала) электрон ускоряется электрическим полем до первоначальной энергии и, двигаясь по спирали вдоль магнитных силовых линий (с увеличением угла а), попадает во вторую пробку (соленоид 7), где расположен детектор электронов — газовый пропорциональный счетчик с тонким окном.

Для жесткого участка /3-спектра электроны, потерявшие в детекторе только часть своей энергии и рассеянные назад, останавливаются электрическим полем, не доходя до медианной плоскости (поскольку они теряют часть энергии в детекторе) и снова возвращаются в детектор. В результате практически вся энергия электрона выделяется в детекторе, так что эффективность детектора при разрешающем времени детектора т > 0 1 мкс оказывается близкой

v ""00; .

Спектсстлстр, реализующий данный способ бып испытан с искусственным истсчникс эпет.тронов — фотспушкой, обеспечивающей монохроматичный поток электронсв с регулируемой велич..нсй энергии. Энергетическое разрешение спектрометра в области энергий 20 КэВ составило

2,8 эВ, т.е, оказалось близким к расчетной величине. Функция разрешения спектрометра представлена на фиг, 2, Следует отметить, что полученная функция прспускания имеет характер идеальной ступеньки, без "хвостов". Наличие "хвостов" у функций разрешения характерно, например для магнитных спектрометров и является причиной резкого снижения точности получаемых на них результатов.

«Ъ"- н

Одет дет

10 где Н вЂ” величина напряженности магнитного поля, А/м; . Н вЂ” изменение величины напряженности Н на одном витке спирали траектории электрона, А/м;

P — величина итлпупьса электрона, кгх хм/с; сс . P — изменение величины импульса элекб трона на одном витке спирали траектории электрона, кг.м с;

$ — расстояни . по магн1 гной силовой линии, м; (дЕ= Ь sin Пмвкс -Ep = 1,88 10 Lp), Но

Величина фона спектрометра составляет -10 отсчетов в секунду. При выключении тока соленоида б, когда детектор

"видит" потенциальный электрод 10, фон ,составляет 1О отсчетов в секунду. Вклад в этот фон дают электроны, испускаемые поверхностью э. екгрода 10 в результате темновых токов, При включении соленоиде

6 через детектор проходят крайние магнитные силовые линии 13, изображенные на фиг. 1, которые не касаются электрода, т.е магнитное поле не захватывает электроны, испущенные поверхностями электродов, Таким образом, магни гное поле экранирует детектор от электронов. испускаемых

5 электродами или рассеянных электродами.

Для такого исключения влияния электродов необходимо, чтобы диаметр детектора удоЬлетворял условию где 0 — внутренний диаметр любого элемента спектрометра;

Н вЂ” напряженность магнитного поля в месте расположения элемента D;

Ндет — напряженность магнитного поля в месте расположения детектора.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его реализации уменьшают фон в 10 раз по сравнению с известным способом, в котором детектор не экранируется магнитным пспел". с; фона электродов.

Уменьшение фона позволяет выполнять измерения статистически слабо обеспечиваемых участков спектра, например высокоэнергетичного конца /3 -спектра, где количество В-частиц мапо.

Формула изсбсетения

Интегральный электрический способ измерения энергетическсго спектра Р-частиц, включающий прспускание Р-частиц от источника через осe" i.етричнсе магнитное поле с однсвре.- е., ы л торможением в электрическом попе на д тектор, причем величинумагнитного поля увеличивают как вблизи источника, так и вблизи детектора. о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения фона, а также массогабаритных ха40 рактеристик устройств, реализующих данный способ, T0ð÷îêåíèå в полях осуществ".ÿþò при соблюдении у" повий Н/Н <02; л Р Р 502 Л 6 н /d 5 ) d (g Р " -

4с,

1707652 а поле в месте расположения детектора

Hper удовлетворяет условию

Hyena/Н (0 /D pet г

dg,g

Р -1

Составитель К.Меньшиков

Техред М,Моргентал Корректор M.Êó÷åðÿâàÿ

Редактор В.Данко

Заказ Р0 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Н д(- >)- изменение величины первой

d дН производной — на одном витке спирали

ЦЬ траектории электрона; д изменение величины первой

-ДР

ЗР производной д.- на одном витке спирали тракетории электрона, 5 где 0 — минимальный диаметр электродов на пути от источника до детектора, м;

Оя — диаметр входа детектора, м.