Способ транспортировки продуктов ядерных реакций

 

8436I4

СоЮ СООИб101К боциалистическик

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.02.80 (21) 2000604/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (5 ) „ц К- з

О 21 К 1/08

Госудорстееииый комитет

Опубликовано 23.04.82, Бюллетень ¹ 16

Дата опубликования описания 23.04.82. (3 -УДК 621.384.6 (038-.8)-по делам изобретений и открытий г

i с с г с с

J с (72) Авторы изобретения

В. Л. Варенцов и В. В. Ящук

Ленинградский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВКИ

ПРОДУКТОВ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ

Способ относится к области физического эксперимента и может быть использован при исследованиях на линейных и пиклнческих ускорителях, ядерных реакторах, различного типа масс-спектрометрах и масссепараторах и других физических приборах, где требуется быстрая и эффективная транспортировка продуктов ядерных реакций от места образования и устройствам пх использования.

Известен способ транспортировки продуктов ядерных реакций с использованием пневмопочты (1). Насыщенный раствор мишенного вещества в концентрированной азотной кислоте, залитой в обогреваему:о до 90 — 100ОС колбу Вюртца, через которую продувается воздух, помещался в протонный пучок. Транспортируемые воздухом пары по стеклянной трубке доставлялись к подложке на торце шпули пневмопочты. На подложке селективно сорбировался осмий.

К недостаткам данного способа следует отнести большое время транспортировки продуктов реакций. Кроме того, этот способ не позволяет проводить сразу же после доставки шпули необходимые измерения из-за довольно длительного времени, затрачиваемого на выделение интересующих продуктов из подложки. Формирование пучков продуктов ядерных реакций в таком

2 способе остается отдельной нерешенной задачей, что существенно ограничивает область применения способа.

Наиболее близким решением поставленной задачи является способ транспортировки продуктов ядерных реакций, заключающийся в предварительном формировании их в пучках с тепловыми энергиями 12).

К недостаткам этого способа следует отl0 нести большое время формирования пучка продуктов ядерных реакций при»х замедлении и всасывании в капилляр, малую скорость транспортировки по капилляру, большие потери из-за осаждения па стенки ми15 щенной камеры и капилляра. Недостатками способа являются сложность системы приготовления и подмешивания к газу-носителю аэрозолей, значительные потери интенсивности и технические трудност, связан2р ные с необходимостью отделения продуктов реакций от аэрозольных кластеров с последующей их ионизацией в ионном источнике при работе с линию с масс-сепаратором илн масс-спектрометром.

Целью изобретения является уменьшение потерь интенсивности и ускорение процессов формирования и транспортировки пучка.

Это достигается тем, что в способе транзО спортировкп продуктов ядерных реакций, 843614 заключающемся в предварительном формировании их в пучок с тепловыми энергиями, источник продуктов ядерных реакций обдувают сверхзвуковой струей газа.

На фиг. 1 представлепа схема, поясняющая работу предлагаемого способа; на фиг. 2 — вариант схемы для пучков низких и средних энергий.

Устройство состоит пз камеры 1 напуска рабочего газа, сверхзвукового сопла Лавалля 2, камеры 3 формирования пучка продуктов ядерных реакций, отводного капала +, сужающегося сопла 5, отсекателя 6, ионнооптического тракта 7 и мишени 8.

Когда первичный пучок частиц обладаег большой проникающей способностью, то вещество мишени может быть нанесено на внутреншою поверхность сверхзвукового сопла 2, выполненного с достаточно толстыми стенками для обеспечения конструкции необходимой жесткости.

В том случае, когда пучок первичных частиц не обладает достаточной проникающей способностью, а это относится к пучкам ионов от ускорителей низкой и средней энергии, то мишень может быть помещена в специальный держатель. При этом используют аксиально-симметричное сопло Лавалля с центральным телом, Здесь (см. фиг. 2) пучок от ускорителя через тонкое окно 9 попадает на мишень 8, укрепленную в держателе на торце стакана 10, который является внутренней частью аксиальносимметричпого сопла Лавалля 11. Рабочий газ в этом случае подают через пространство между стаканом 10 и внешней частью сверхзвукового сопла 11.

Принцип работы предлагаемого способа, когда продуктами ядерных реакций являются быстрые ионы, состоит в следующем.

Первичный пучок от ускорителя или ядерного реактора взаимодействует с веществом мишени, в результате чего продукты ядерных реакций в виде быстрых ионов вылетают из мишени 8 (см. фиг. 1), которая обдувается сверхзвуковой струей рабочего газа. В результате столкновений с атомами рабочего газа происходит быстрое замедление вылетающих из мишени ионов до скорости газа сверхзвуковой струи с энергетическим разбросом, соответствующим темпера- туре расширенной газовой струи. Замедленные ионы продуктов ядерных реакций увлекаются сверхзвуковой струей и поступают вместе с газом в сужающееся сопло, 5, где происходит окончательное формирование пучка ионов. Отводной канал 4 служит для отвода избытка газа, поступающего из камеры 1 папуска. В противном случае может произойти запирание сужающего сопла 5, и как следствие этого, нарушение газодипамического режима истечения сверхзвуковой струи.

Для отделения продуктов ядерных реакций от основной массы рабочего газа на

4 выходе сужающегося сопла ставится отсекатель 6. Прошедший через отсекатель пучок медленных ионов со скоростью порядка скорости звука для рабочего газа поступает в ионно-оптический тракт 7 транспортировки, Такой пучок медленных ионов может быть легко, быстро и без значительных потерь интенсивности транспортирован на любое нужное для исследователя расстоящ пие достаточно простой системой традиционных электростатических и магнитных линз. Возможность подобной транспортировки объясняется тем, что пучок ионов, поступающий на вход ионно-оптического трак та имеет в данном случае маленький эмитта нс.

Транспортировка с большой эффективностью ионов, вылетающих непосредственно из мишени, при помощи ионно-оптиче2р ской системы проводки пучка не представляется возможной из-за слишком больших скоростей и углового разброса этих ионов.

Транспортировка продуктов ядерных реакций предлагаемым способом на любые необходимые для проведения физическчх экспериментов расстояния может быть осуществлена без потерь интенсивности за время 0,1 мс. Это обьясняется тем, что главный и определяющий вклад во время транспор3ð тировки вносит время, которое затрачивает вылетевший из мишени ион на прохождение области формирования пучка 3 (см. фиг. 1) со сверхзвуковой скоростью.

При транспортировке продуктов ядерЗ5 ных реакций при помощи даже самых «оротких капилляров длиной в несколько сантиметров это время составляет для существующих на сегодняшний день установок а лучшем случае -100 мс, так как определя4р ющим здесь является время, за которое просасывается через капилляр весь объем газа мишенной камеры.

При работе такой системы транспортировки в линию с масс-спектрометром илп

4- масс-сепаратором, помимо потерь интенсивности из-за осаждения на стенки, происходят значительные потери (больше чем в

100 раз) из-за необходимости постановки ионного источника на выходе капилляра.

5р Поэтому редкие установки подобного типа имеют эффективность работы больше чем

0,1 — О,ЗА даже для,,олгоживущих продуктов ядерных реакций.

55 Формула изобретения

Способ транспортировки продуктов ядерных реакций, заключающийся в предварительном формировании их в пучок с тепло6р выми энергиями, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения потерь интенсивности и ускорения процессов формирования и транспортировки пучка, источник продуктов ядерных реакций обдувают сверхзвуко65 вой струей газа.

84Çá14

1976, с. 311, ПЕрбичный пу юл

Фие.2

Составитель Е. Медведев

Техред Л. Куклина

Редактор Л. Письман

Корректор Е Хмелева

Заказ 3080

Подписное

Изд. № 126 Тираж 450

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Загорская типография Упрполиграфиздата Мособчиспочкома

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Известия АН СССР, т. XXXV1I, М 1, 1973, с. 126.

2. Н. Wollnik, Мц)<. Iustr. and,Че(11, 139,