Способ определения параметров электронно-ионных колец
Оп ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советсиик
Социдиистичесиии
Респубиии (и)943623 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3 »å o 05. 12 . 80 21) 321 3222/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)IN. Кл.
С 01 Т 1/29
3Ъвуааретюпай кемктет
СССР ав аваем кэойретекай и втерытаа (53) УД К621. 387. . 42 (088. 8) О убл ковано 15.07.82. Бюллетень Ме 26
Дата опубликования описания 15 .07 .82 (72) Авторы изобретения
В.Д.Инкин, А.А,Мозелев и В.П.Саранцев
1
Объединенный институт ядерных исследованр
Д о- "l,к р . . (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
ЭЛЕКТРОННО-ИОННЫХ КОЛЕЦ
Изобретение относится к ускори= тельной технике и предназначено для диагностики процесса накопления ионов в электронном кольце.
В коллективном ускорителе ионов
5 с электронными кольцами накопление ионов происходит за счет ионизации электронным ударом нейтралов, попавших в объем кольца из импульсной газовой струи, или при напуске газа в камеру натеканием. Образовавшиеся ионы удерживаются внутри кольца электрическим полем электронного кольца и ускоряются вместе с ним, Для настройки ускорителя и обработки результатов физических экспе. риментов необходимо оперативное измерение числа ионов и их среднего заряда, желательно в каждом цикле ускорителя. го
Известны способы измерения числа ионов по выходу вторичных продуктов ядерных реакцнй(1),ф1,по еторныноэлектронной эмиссии 1 3), 2
Однако они имеют общий недостаток — ионный сгусток гибнет на изме рительном устройстве и не может быть использован для физического эксперимента.
Известен способ измерения числа ионов без разрушения электронно-ионного кольца на основе регистрации тормозного излучения (4).
Однако с его помощью невозможно определить заряд ионов, так как сечение излучения слабо зависит от экранировки кулоновского поля иона электронными оболочками.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения параметров электронно-ионных колец без их разрушения, включающий измерение интенсивности излучения электронноионного кольца и энергетического спектра. Определение полного числа ионов и их среднего заряда без разрушения электронно-ионного кольца производят по характеристическому
3 943б2 рентгеновскому излучению. В результате ионизации электронным ударом нейтронов и ионов, находящихся в объеме электронного кольца, возникает характеристическое рентгеновское у излучение. Энергия этого излучения, например КХ-лучей, зависит от конфигурации электронных состояний и тем самым от степени ионизации, энергетические сдвиги в рентгеновс- tO ких спектрах многозарядных ионов относительно КХ-лучей однократной ионизации дают возможность определения степени ионизации. Изменяя интен" сивность КХ-лучей, можно определить 1$ число ионов в кольцах (5).
Однако для его реализации требу" ется дорогостоящий сверхчистый германиевый детектор с предусилителем, импульсной оптической Ьбратной связью, необходима также защита детектора от фото; ейтронов и строгая коллимация для предотвращения перегрузки предусилителя от -вспышек при высадке электронов на стенки камеры во время инжекции и сбросе кольца на мишень, что приводит к существенному уменьшению числа регистрируемых событий и исключает возможность оперативного определения числа ионов и их среднего заряда в каждом цикле ускорителя.
Цель изобретения - повышение разрешающей способности измерений и определение среднего значения ионов.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способа определе" ния. параметров электронно-ионных колец без их разрушения, включающем измерение интенсивности излучения
Ю электронно-ионного кольца и энергетического спектра, регистрируют ин" тенсивность и спектр гамма"лучей, возникающих при обратном комптоновском рассеянии характеристического рентгеновского излучения ионов на
45 электронах кольца.
Сущность предлагаемого способа закпючается в том, что измеряется интенсивность и энергетический. спектр -излучения, возникающего при столк-® новении высокоэнергетических элект роное с фотонами малой энергииКХ-лучами, и по ним определяют полное число ионов в кольцах и их среднего заряда. В результате так называемого обратного комптоновского рассеяния характеристического рентгеновского излучения ионов получагде E. - энергия рассеиваемых
1 фотонов
Rle и Бе - масса и энергия элект" ронов.
Для случая регистрации рассеянных фотонов в телесном угле с раствором
8- - - интенсивность рассеянного
mc с (излучения зависит от j - энергии фотонов степенным образом
g(E>)= 2c le< Ие м (-1) "
"ГИ) Ы6 о) 3 0-COSe)
-О-3)В 0-1(2) 2) где 1 лина и obera элект од р P нов в направлении; совпадающем с осью детектора ("видимая" длина)
r " классический радиус электрона, ие - плотность электронов, j - энергия фотонов после рассеяния в пс ;
Б . и Е - энергия рассеянных фотонов, регистрируеjo мая и максимальная соответственно, с скорость света;
9 - угол между направлением движения электронов и рассеиваемых фотонов", и. плотность фотонов характеристического излучения, ,; = (, 8) H Подставим (3) в (2) и домножим все на время измерения и площадь сечения кольца, получим выражение для интенсивности рассеянного излу3 4 ются f кванты с энергией на три порядке больше энергии рассеиваемых фотонов. Рассеянные фотоны обладают максимальной энергией в случае встречного столкновения электронов с рассеиваемыми фотонами под углом 9=a,, )мОхс (y д. > (1) Е еС /1Ее) +Е1 е 943623 6 ну можно регистрировать с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЗУ). Для работы с приведенными интенсивностями желательно в качестве анали зирующей аппаратуры, испольэовать АЦП с малым "мертвым" временем на линии с мини-ЭВИ, что позволяет производить измерение параметров в каждом цикле ускорителя. 10 Аналогичные расчеты для других тяжелых и средних элементов, ускоряев мых на коллективном ускорителе тяжелых ионов, показывают пригодность данного способа. iS Способ диагностики электронноионных колец по обратному комптоновскому рассеянию отличается от способа, основанного на регистрации характеристического рентгеновского из. щ лучения. где V - объем электронного кольца. Измеряя интенсивность рассеянного излучения по формуле (4), легко определить и Ч - полное число ионо 4 в электронном кольце, зная остальные параметры, входящие в формулу, в настоящее время они .с помощью различных способов и систем измеряются. Измеряя энергетический спектр рассеянных Фотонов и определяя его сдвиг сравнением с рассчитанным по формуле (1), можно определять средний заряд ионов. В качестве примера приведен расчет интенсивности рассеянных фотонов и величины сдвига их спектра для известного коллективного ускорителя 2S тяжелых ионов. Например, возьмем накопление ионов ксенона в электронные кольца. Для ксенона сечение ионизации К т .оболочки имеет значение (= 5 10 см эр Параметры колец ускорителя слеl дующие 11 =1gp< И. =Оь 10, Е -Q.Ohh>p 6 1 =Ч=1см (Е )мсякс -18М р, (и эч Ек,Хр= Формула изобретения =SO K ) Возьмем для примера время измерения Ч = 200 мкс, Ь = 0,1 см и, учи" тывая изотропность характеристического излучения, по формуле (4) получим 1(Е ) = 5 ° 10 6. Интенсивность уменьшается геометрией измерений и коллимацией в соответствии с "мертвым" временем анализирующей аппаратуры. Для ионов ксенона с зарядом 1 = 30 величина сдвига спектра КХ-лучей равна 200 эв, соответственно для рассеянных -квантов по формуле получим значение сдвига Е = 120 кэВ. Зту величиВНИИПИ Заказ 5100/51 Тираж 717 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 чения электронно-ионного кольца за время Г: 3 (Е ) ) - 2t® L 1" < N < /И 6 () х х ((Е 1ЯЕ о>З (1-со Ю -(1-3)le ц i)la Способ определения параметров электронно-ионных колец без их разрушения, включающий измерение интенсивности излучения электронно-ионного кольца и энергетического спектра, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности измерений и определения средне" ro заряда ионов, регистрируют интенсивность и спектр гамма-лучей, возникающих при обратном комптоновском рассеянии характеристического рентгеновского излучения ионов на элект" ронах кольца, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Векслер В.И. и др ° ОИЯИ, Р9-3540-2, Дубна, 1968. 2. Долбилов Г.В. и др. ОИЯИ, Р9 - 11191, Дубна, 1978. 3. Энгель А. Ионизованные газы, 1959, с. 98. 4. Инкин В,Ж. и др. ОИЯИ, Р9 12940, Дубна, 1980. 5. Зиберт Х.У. и др. ОИЯИ, Р99366, Дубна, 1975 (прототип1.
