Способ сепарации по зарядам пучка частиц высокой энергии Советский патент 1984 года по МПК G21K1/08 

n.

СО ч1 N

00

Изобретение относится к области техничекской физики, к разделу формирования пучков высокоэнергетических заряженных частиц, сочдаваемых на базе ускорителей заряженных частиц и высокоэнергетических изотопов и может найти применение в радиа- . ционной физике, материаловедении, радиационной химии и биологии, для диагностики качества материалов и объектов.

Существующие способы разделения заряженных частиц основаны на pas--личном отклоняющем действии внешних электрических или магнитных полей на разноименно заряженные частицы.

Наиболее близким техническим решением является способ сепарации по зарядам пучка частиц высокой энергии, заключающийся в коллимации пучка и отклонении положительно заряженных частиц пучка от первоначалного направления. Пучок,состоящий из разного рода заряженных частиц и нейтральных .частиц с энергиями Е , Е , ,.,,Е, формируется входным коллиматором и попадает в магнитное поле .напряженностьюИ , в котором положительно заряженные ч частицы поворачиваются на определенный угол и формируются в пучок боковым коллиматором, нейтральные.частицы движутся в первоначальном направлении и формируются вторым коллиматором, соосным входному коллиматору. Данйым способом можно отделит и отрицательно заряженные частицы, так как они в этом же магнитном поле отклоняется в сторону, противоположную отклонению положительных частиц.

Недостатком данного способа является конструктивная сложность и громоздкость, зависимость угла поворота частицы от ее энергии, т,е, необходимость точного соблюдения соотношения между энергией частицы, напряженностью магнитного поля и расположением бокового формирующего коллиматора. Кроме того, наличие слоясных питающих систем магнита, обуславливает значительные энергетические затраты.

Цель изобретения - упрощение способа и исключение энергетических затрат,

Это достигается тем, что отклонение положительно заряжённых частиц пучка от первоначального направления осуществляют путем направления пучка частиц на изогнутой монокристалл (.с длиной в неизогнутом состоянии 1- , большей дек и меньшей дек / гдебдд, , длина деканалирования соответственно отрицательно и положительно заряженных частиц в данном кристалле) по касательной к выходящим на переднюю поверхность кристаллографическим осям (плоскостям , а положительно заряженные частицы отбирают по направлению касательной к выходящим на заднюю поверхность кристалла этих же кристаллографических осей плоскостей),

При падении пучка, состоящего из положительно, отрицательно заряженных и нейтральных частиц, на изогнутый монокристсьпл по касательной к выходящим на облучаемую поверхность изогнутым кристаллографическим направлениям, происходит захват заряженных частиц в изогнутые плоскостные

5 или осевые каналы (эффект каналирования). Движение заряженных частиц при каналировании в зогнутом монокристалле осуществляется вдоль изогнутых кристаллических направлений и в результате, пройдя по изогнутому по дуге радиуса Кцзг каналу длиной , отклоняется от первоначального направления на уголо6 6/Кигг положительно заряженные частицы движутся в областях с минимальной электронной плотностью, а отрицательно заряженные частицы движутся вблизи .атомных плоскостей или цепочек. Учет деканалирования при движении частиц в изогнутом кристалле показывает, что длина устойчивого каналирования электроновб ек и положительно заряженных частицбдек относятся как

1:100, Таким образом, если на изогнутый по радиусу R монокристалл длиной (Х- , большей и меньшей Бдек , бросать пучок положительно и отрицательно заряженных частиц определенной энергии Б , то электроны пройдут в режиме каналирования вдоль

0 изогнутого канала расстояниеб ок и

-- - «чл

отклонятся на угол .доста изг

точно малый), далее выйдут из изогнутых каналов и будут двигаться в

5 направлении, касательном к изогну- . тому каналу в точке, отстоящей по дуге от поверхности кристалла, на которую падает пучок, на расстояние. &дек Положительно заряженные

0 части ; проходит весь кристалл

в режиме каналирования в изо1Ч1ут ом

канале и отклонятся на уголо -р--,

ПЭР

т,ё. на угол, почти на два порядка больший, чем для электронов. Таким образом, положительно заряженные частицы будут выделены из общего пучка частиц.

Предлагаемый способ реализуется 0 устройством, показанном на чертеже.

Сформированный коллиматором 1 пучок различного рода частиц направляют на изогнутый монокристалл 2, например Ge, почти параллельно к изогнутым кристаллографическим осям

(плоскостям). При этом положительно заряженные частицы захватываются в режим канапирования, движутся вдоль изогнутых каналов, выходят из кристалла и коллимируются коллматором 3. Эффективность захвата в режим каналирования положительно заряженных частиц составляет величину до 50%/ тогда как для электронов это значение л, 25-30%. Такие же величины имеют.эффективность захвата частиц в изогнутые каналы при выполнении условия RHW f Крит гдеЙ1 риг характерный для данного кристалла критический радиус.

Эффективность предлагаемого способа сепарации (50%) меньше, чем эффективность сепарации с помощью магнитного поля (), т.е. при падении/ например, на изогнутый кристалл пучка частиц с Nj 1ч+ +N .из пучка вьвделится 0,5Н4. частиц. тогда как при сепарации магнитным полем , выделятся все Н. частиц. Однако с экономической точки зрения

предлагаеко й способ сепарации значительно эффективней/ так как для сепарации используется только изогнутый монокристалл с достаточно совершенной структурой, тогда, как в 2 используются трудоемкие и сложные в изготовлении и энергоемкие в эксплуатации электромагниты.

Использование предлагаемого способа сепарации пучков положитель0но заряженных частиц обеспечивает по сравнению со способами 1 и следующие пpeи iyцэcтвa:

упрощение способа сепарации вследствие исключения необходимости

5 точного соответствия энергии сепарируемых частиц и напряженности магнитного поля;

упрощение конструкции сепаратора вследствие замены электромагнита и питающих его устойств изогнутым

0 монокристаллом;

исключение энергетических затрат, необходимых на создание отклонякяцего магнитного поля.

СПОСОБ СЕПАРАЦИИ ПО ЗАРЯДАМ ПУЧКА ЧАСТИЦ ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ, заключающийся В коллимации пучка и отклонении положительно заряженных частиц пучка от первоначального направления, отличающийся тем. что, с целью упрощения способа и исключения энергетических затрат, отклонение положительно заряженных частиц пучка от первоначального., направления осуществляют путем направ ления пучка частиц на изогнутый монокристалл с длиной в неизогнутом состоянии oi , большей дек « меньшейЕ к, , - длина деканалирования соответственно отрицательно и положительно заряженных частиц в данном Кристалле, по касательной к выходящим на переднюю поверхность кристаллографическим осям, а положительно заряженные частицы отбирают; по направлению касательной к выходящим на заднкио поверхность кристалла jg этих же кристаллографических осей. СО