Механический селектор нейтральных частиц

 

ОП И САНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 08.Х.1969 (№ 1359517/26-25) МПК б Olt 5/00 с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 28.IV.1971. Бюллетень ¹ 15

Дата опубликования описания 15Х11.1971

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 539.1.073.3(088.8) Автор изобретения

Э. П, Павлов

Заявитель

МЕХАНИЧЕСКИЙ СЕЛЕКТОР НЕЙТРАЛЬНЬ|Х ЧАСТИЦ

Uo — 6 = LRo>o/(+Н)

1 о+ = LRo>o/(S — H), (1 а) (1 б) (1 в) 1 î = LRo>o/S.

Изобретение предназначено для выделения из потока нейтральных частиц (молекул, атомов, нейтронов), движущихся без столкновений, частиц, скорости которых лежат в заданном узком интервале. Селекторы применяются обычно при определении распределения частиц по скоростям в потоке частиц, движущихся без столкновений.

Известен механический многодисковый селектор. Он состоит из прерывателей-дисков с радиусом R, на периферийной части которых вдоль радиусов прорезаны щели шириной Н и длиной с (c«R) для прохождения частиц потока. Диски-прерыватели укреплены на оси селектора (плоскости дисков перпендикулярны оси), Первый (входной) диск находится на расстоянии L от последнего (выходного).

Количество щелей Q на диске-прерывателе, количество дисков и их расположение на оси селектора подобраны таким образом, что частицы, попавшие в селектор через входную щель а на первом диске, могут выйти из него только через соответствующую выходную щель в на последнем диске (т=1,2,...,Q).

Скорость V частиц, для которых селектор прозрачен при заданной угловой скорости вращения о>о, лежит в интервале Uo — 6(U< (Ро+Л, задаваемом соотношениями: где S — длина дуги, которую проходит центр щели в„с момента, когда центр щели а„, лежит на оси потока, до момента, когда на ось потока попадает сам центр щели в (в случае, когда ось вращения селектора параллельна оси потока частиц) . Отсюда величина скоро10 сти Vo частиц, для которых селектор прозрачен при ширине щелей Н-+О, определяется из выра>ке ия:

15 Однако многодисковый селектор имеет существенный недостаток: погрешности в юстировке селектора приводят к неустранимым ошибкам при измерении скоростей частиц потока.

Действительно, в случае, когда ось потока составляет с осью селектора угол т. в касательной к селектору плоскости (селектор неточно съюстирован), при определении скоро25 стп частиц Vo и границ интервала скоростей частиц, для которых селектор прозрачен при угловой скорости вращения соо, в выражениях (1 а) — (1 в) вместо длины дуги S необходимо подставлять длину дуги S =S+AS, где

30 Л5= Ltg .

302679

Неопределенная величина AS, вносимая при опрсдслении скорости частиц за счет погрешностей юстировки, приводит при использовании многодисковых селекторов к системати 1еской ошибке, имеющей вели1ипу 1 — 10%.

Кроме того, момент инерции многодисковых селекторов велик, они имеют большие габариты, отличаются сложностью изготовления и сборки.

Цель изобретения — исключение ошибок, вносимых при определении скоростей частиц потока за c IeI погрешностей IocI »poFI1 и селек 1ора, уменьшение габаритов устройства его момента инерции, а также упрощение технологии eI o изготовления. 15

Это достигается тем, что прерыватели селек Iopa выполнены в виде двух концентрических колец, расположенных на несущем диске, радиус внутреннего кольца равен половине внешнего радиуса наружного кольца, и наруж- 20 пое кольцо имеет пары каналов с общими выходами па внешней поверхности наружного кольца, число которых равно числу щелей во внутреннем кольце.

При определении скоростей частиц потока, 25 проводимом прп помощи предлагаемого селектора, ошибка, вносимая за счет погрешностей в юстировке, может быть либо учтена, либо сведена к минимуму при дополнительной юстировке в процессе эксперимента. 30

Условия и соотношения, полученные при рассмотрении движения частиц с разными скоростями внутри селектора, позволяют определить: углы, составляемые радиусом, проведенным 35 в центр произвольного выхода пары каналов, с осями каналов; угол, составляемый тем хке радиусом с радиусом, проведенным в центр одной из щелей на внутреннем кольце; 40 число пар каналов на внешнем кольце и щелей на внутреннем кольце; относительные размеры элементов селектора.

На фпг. 1 изобрахкена схема селектора. 45

Селектор состоит из внешнего кольца-прерыватсля 1, имеющего внешний радиус г, и внутреннего кольца-прерывателя 2, имеющего радиус r/2, расположенных концентрически па несущем диске 8. 50

Наружное кольцо 1 имеет q пар прямых каналов 4 с общими выходами 5 на внешней поверхности кольца 1. Внутреннее кольцо 2 имеет q щелей б. Ширина каналов щелей равна h. Выходы 5 и щели б равномерно распре- 55 делены на кольцах 1 и 2.

Каналы 4 прорезаны под углами а1 и а2 к радиусам, проведенным в центры выходов 5 пар каналов.

Угол между радиусом, проведенным в центр 60 произвольного выхода 5, и радиусом, проведенным в центр одной из щелей б, имеет величину

Высота колец и глубина каналов d зависят от диаметра потока частиц и чувствительно- 65 сти аппаратуры, регистрирующей частицы потока, прошедшие сквозь селектор (d — 0,0!—

0,1).

Внешнее кольцо (имеет толщину 1, внутреннее кольцо 2 — толщину 0,01 — 0,02 r.

Радиус несущсго диска 1 равен внешнему радиусу кольца 1, а его толщина выбирается из сообра1кепий прочности конструкции и меняется в пределах от 0,03 до 0,08 r в зависимости от выбора величины reo u vo.

Радиус г наружного кольца, ширина, г щелей и каналов, толщина l IIapyo«IIoI кольца, число q щелей и выходов пар каналов, величина s дуги закрутки, а также величины о.1, по и р определяются из следующих условий и соотношений между параметрами селектора, его размерами и величинами, задающими расположение элементов селектора: у=4/9п; т1=1/9; s=2r âo vo; д=2Хп (ив четное число; Л вЂ” целое число); Л = — лг/s;

1 =s/9ï; 1= (2 — 3) r/4; p=s/8r; tgn1,2 ——

= +t(2+ (3) rcoo4vo где у= (б+Л)/vo — относительная ширина полосы пропускания селектора; т! — максимально возможный коэффициент прозрачности селектора; п — характерное число селектора;

Л вЂ” число кратности селектора;

s — величина дуги закрутки, определение которой дауи вЂ-Описании сера в д11нами1еском пии.

Для нормал1, р селектора необходимо, чтобь1,перед ним и позади него находились коглиматоры 7 и 8 со щелями, лежащие в плоскостях, перпендикулярных оси no IoKa частиц. Ширина щелей коллиматоров должна быть равна ширине h щелей селектора, а их оси симметрии должны быть параллельны осям симметрии 1целей б и выходов 5 пар каналов 4 селектора и пересекаться с осью потока частиц.

При работе селектора его ось вращения совпадает с осью симметрии концентрических колец-прерывателей, перпендикулярна оси потока нейтральных частиц и пересекается с ней.

При вращении селектора с угловой скорость1о с00 частицы потока, скорость которых 11 лежит в интервале vo — 6< v (оо+Л, пройдя через щель коллиматора 7, попадают в выход 5 пары каналов 4, находящийся в этот момент FIaпротив щели коллиматора 7 (выход 9) (на фиг. 1). Залее по одному из пары каналов 4 (в зависимости от направления вращения селектора) частицы попадают внутрь кольца 1, Пройдя через соответствующие щели сквозь кольцо 2, частицы по одному каналу 4 из пары с выходом 5 (обозначенному па фиг. 1, как выход 10), который в момент вылета частиц из

302679 (2 в) Вид выражений (2 а) — (2 в) не зависит от 25 направления вращения селектора.

Выражения (2 а) — (2 в) верны в случае, когда ось вращения селектора пересекается с осью потока частиц. Однако за счет погрешностей, имеющих место при юстировке, ось 30 вращения селектора может находиться на расстоянии р от оси потока частиц.

Тогда для получения верных значений границ интервала скоростей, а также скорости Vo в выражения (2 а) — (2 в) вместо величи- 35 ны s необходимо подставлять величину

s1=s+2p, причем знак р меняется при изменении направления вращения селектора.

Функция распределения частиц потока по скоростям, как правило, имеет максимум. 40

Этот факт позволяет получить из соотношения селектора подошел к щели коллиматора Я, покидают селектор и через щель коллиматора 8 попадают в датчик регистратора частиц.

Частицы, скорость которых лежит вне указанного выше интервала, сталкиваются со стенками каналов или с кольцом 2 и выбывают из потока.

Дуга, которую проходит центр выхода 10 с момента, когда центр входа 9 лежал на оси потока, до момента, когда сам центр выхода 10 попадает на ось потока, названа «дугой закрутки» селектора.

Границы интервала скоростей частиц, для которых селектор прозрачен при заданной угловой скорости вращения соо, определяются 15 следующими выражениями;

uo — 6=2r îo/(s+2h) (2 а) оо+Л =2гоо/(s — 2h) (2 6)

Следовательно, величина скорости Vo ча- 20 стиц, для которых селектор прозрачен при й-+О, определяется из выражения:

vo = 2гао/s. (2в) вь!ражение для величины «ошибки юстировки»

p= s (<о„— 1о1) /2 (!о,+!о;), (3) где ж„ив! — угловые скорости вращения селектора против часовой стрелки и по часовой стрелке, при которых сквозь селектор проходит максимальное число частиц потока.

Имя возможность определить величину р, можно учесть ее при определении скоростей чения числа М в свободной струе смеси гелия щения селектора в процессе эксперимента равенства величины о, и 1о1, свести ошибку за счет погрешностей юстировки к малой величине.

На фиг. 2 приведены результаты экспериментов, проводимых с поMoùhiî предложеш1ого селектора. Определялись предельные значения числа Ч в свободной струе смеси гелия и аргопа, истекающей через сходящееся сопло в вакуум (псследовались смеси с отношенияМ1! КОНЦЕНтрации ГЕЛПЯ ILIIo К КОНцЕНтрацпп аргона л „равными 20,5 и 1).

Предмет изобретения

Механический селектор нейтральных частиц, движущихся без столкновений, содержащий прерывателп со щелями, отличаюшийся тем, что. с целью повышения точности эксперимента и уменьшения габаритов, прерыватели селектора выполнены в виде двух концентрических колец, расположенных на несущем диске, радиус внутреннего кольца равен половине внешнего радиуса наружного кольца, и наружное кольцо имеет пары каналов с общими выходами на внешней поверхности наружного кольца, число которых равно числу щелей во внутреннем кольце.

302679

Фиг 1

10

0 1О 20 Re

20,70

0 10 20 Beg 0 10

Quz.. 2

Корректор В. И. )Колудева

Редактор Ю. Полякова

Заказ 1961!19 Изд. № 667 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 3-35, Раушская паб., д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2

20L

Составигсль Е. Николаев

Тскред Л. Л. Евдонов