Устройство дя идентификации тяжелых ионов

 

(»)826856

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фоаз Ьвотских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.05.79 (21) 2770360/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (51) M. Кл 3

G 01 Т I/38 по лелем изабретеиий Опубликовано 30.10.82. Бюллетень № 40. (53 УДК 535.232.61

Трудового Красного Знамени инженернофизический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ТЯ)КЕЛЫХ

ИОНОВ

Изобретение относится к области ядерной спектрометрии и может быть использовано для идентификации тяжелых ионов, например осколков деления тяжелых ядер (1 235 11238 Pg239 и др.)

Известно устройство (1), содержащее масс-сепаратор, детектор полного поглощения энергии иона, пролетный детектор измерения удельных ионизационных потерь, стандартные электронные амплитудные спектрометрические блоки. Недостатками устройства являются высокая сложность и громоздкость, что существенно ограничивает область его применения.

Известно устройство (2) для идентификации тяжелых ионов, содержащее последовательно соединенные детектор удельных ионизационных потерь и электронный амплитудный спектрометрический блок. Кроме того, оно содержит два полупроводниковых детектора: детектор полного поглощения энергии иона Е (E-детектор) и пролетный детектор измерения удельных ионизационных потерь ЬЕ (ЛЕ-детектор). Величина заряда иона Z связана с измеренными величинами Е и ЛЕ зависимостью Z — Е " ЛЕ "2 .

Основным недостатком данного устройства является низкая разрешающая способность по заряду, т. е. невозможность идентификации ионов с зарядом Z более 17. Это свяГосударстееииый камитет (23) Приоритет зано, во-первых, с низкой точностью измерения величины ЛЮ20%, причем основной вклад в дисперсию измеренного значения вносит неоднородность толщины AEдетектора, что связано с трудностью изготовления тонких (1 — 5 мкм) однородных пластин из кремния. Во-BTopbtx, заметный вклад в дисперсию измеренного значения заряда Z вносит и Е-детектор, разрешение

1О которого для тяжелых ионов составляет величину -4%.

Целью изобретения является увеличение разрешающей способности устройства по заряду.

15 Поставленная цель достигается тем, что устройство для идентификации тяжелых ионов, содержащее последовательно соединенные детектор удельных ионизационных потерь и электронный амплитудный спек20 трометрический блок, дополнительно содержит стартовый пролетный детектор, расположенный перед детектором удельных ионизационных потерь со стороны источника тяжелых ионов, электронный вычисли25 тельный блок, один вход которого соединен с выходом электронного амплитудного спектрометрического блока, и электронный блок измерения времени пролета ионов, стартовый вход которого соединен со старЗо товым пролетным детектором, стоповый

826856

5()

5»

Z — t (ЛЕ), 05 вход соединен с детектором удельных ионизационных потерь, выход соединен с вторым входом электронного вычислительного блока, Кроме того, детектор удельных ионизационных потерь выполнен в виде полупроводникового поверхностно-барьерного детектора с толщиной чувствительной области, составляющей 40 — 60 /о полного пробега ионов в веществе детектора.

Блок-схема описываемого устройства представлена на чертеже.

Устройство содержит стартовый, пролетный детектор 1, стоповый непролетный детектор удельных понизационных потерь 2, электронный амплитудный спектрометрпческий блок 3, электронный блок измерения времени пролета 4, электронный вычислительный блок 5. Стартовый пролетный детектор 1 соединен со стартовым входом

Вх. А электронного блока измерения времени пролета 4, стоповый непролетный детектор удельных ионизационных потерь 2 соединен с входом амплитудного спектрометрического блока 3 и со стоповым входом Вх. В электронного блока измерения времени пролета 4. Выход амплитудного спектрометрического блока 3 соединен с первым входом Вх. С электронного вычислительного блока 5, а выход электронного блока измерения времени пролета 4 соединен со вторым входом Вх. D электронного вычислительного блока 5.

Устройство работает следующим образом. Ион, испущенный источником U, проходит через пролетный стартовый детектор

1 и попадает в детектор удельных ионизационных потерь 2, являющийся непролетным стоповым детектором. Сигнал со стартового детектора 1 поступает на стартовый вход Вх. А электронного блока измерения времени пролета 4, а сигнал со стопового непролетного детектора удельных ионизационных потерь 2 поступает на вход электронного спектрометрического блока 3 и на стоповый вход Вх. В электронного блока измерения времени пролета 4. С выхода электронного амплитудного спектрометрического блока 3 сигнал, пропорциональный удельным ионизационным потерям энерги нона ЛЕ, поступает на вход Вх. С электронного вычислительного блока 5, а с выхода электронного блока измерения времени пролета 4 сигнал, пропорциональный измеренному времени пролета иона t от пролетного стартового детектора 1 до непролетного стопового детектора 2, поступает на вход Вх. D электронного вычислительного блока 5. По измеренным величинам времени пролета t и удельным ионизационным потерям AE однозначно определяется заряд иона Z по формуле )

lO

i >

"0

"5

30 >

uJ !

0 !

5 которая следует из известного выражения

hE Е= ать, где а — постоянная; т — масса иона, путем замены E=mU /2, где V — скорость !! V-t — .

Улучшение разрешающей способности устройства по заряду Л в устройстве достигается, во-первых, за счет того, что детектор удельных ионизационных потерь выполнен в виде непролетного стопового детектора, так как он может быть изготовлен с большой степенью однородности. Так, например, при использовании в качестве непролетного детектора удельных ионизационных потерь поверхностно-барьерного детектора с толщиной рабочей ооласти

40 — 60О/о полного пробега ионов в веществе детектора (оптимальная толщина ЛЕ-детектора), неоднородность толщины рабочей области определяется только неоднородностью материала детектора и может составлять величину менее 1 /о, в то время как изготовление пролетных ЛЕ-детекторов с такой однородностью не представляется возможным. Поэтому ошибка в измерении удельных ионизационных потерь непролетным стоповым детектором определяется, в основном, физическими процессами регистрации ионов в детекторе и составляет величину (4 /о.

Во-вторых, улучшение разрешающей способности по заряду достигается за счет измерения времени пролета ионов вместо измерения их энергии, а время пролета ионов измеряется с существенно большей точностью (так, например, при расстоянии между стартовым и стоповым детекторами в 1 м погрешность в измерении времени современной электронной аппаратурой составляет величину менее 0,2 /о).

Погрешность определения заряда Z тяжелых ионов при помощи описываемого устройства составляет, таким образом, величину т. е. устройство мо>кет быть использовано для идентификации тяжелых ионов, имеющих заряд Z)50.

Таким образом, введение стартового детектора, электронного блока измерения времени пролета и выполнение детектора удельных ионизационных потерь в виде непролетного стопового детектора, а также осуществление вышеописанных связей между блоками позволило повысить разрешающую способность по Z до 2 /о, что дало возможность идентифицировать тя>келые ионы по заряду до величины Z=50.

Формула изобретения

1. Устройство для идентификации тяжелых ионов, содер>кащее последовательно

826856

Составитель 3. Челнокова

Текред В. Рыбакова

Редактор Е. Зубистова

Корректор А. Степанова

Заказ 1672/7 Изд. K" 213 Тираж 719 Подписное

H1IO «11онск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва. Я-35. Раушская наб., д. 4/5

Типография. пр. Сапунова, 2 соединенные детектор удельных ионизационных потерь и электронный амплитудный спектрометрический блок, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью увеличения разрешающей способности по заряду, оно допол- 5 нительно содержит стартовыи пролетный детектор, расположенный перед детектором удельных ионизационных потерь со стороны источника тяжелых ионов, электронный вычислительный блок, один вход 10 которого соединен с выходом электронного =-"амплитудного спектромстрического блока, и электронный блок измерения времени пролета ионов, стартовый вход которого соединен со стартовым пролетным детек- 15 тором, стоповый вход соединен с детектором удельных ионизационных потерь, выход соединен с вторым входом электронного вычислительного блока.

2. Устройство по п. 2, отл и ч а ющс тем, что детектор удельных ионизационнй потерь выполнен в виде полупроводникового поверхностно-барьерного детектора с толщиной ч" вствнтельной области, составляющей 40 — 60% полного пробега ионов в веществе детектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. G. Siegert и др. „Direct determination

of the nuclear charge distribution of mass

separted fission products from взз11 (nIq, f)"

„Physics letters",1974, ч5ЗВ № 1, р.45 — 47.

2. Moretto и др. „Intermediate mass fragments emitted in the reaction Ag+ 4N AT

100, 160 and 250 гпе bombarding energy"

„Nuclear Physics", 1975, v. А 255, р. 491—

508 (прототип).