Способ измерения интенсивности нейтральной компоненты смещанного пучка Советский патент 1986 года по МПК H05H7/00 

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано при диагностике пучка .ускоренных тяжелых частиц с использ ванием перезарядки в нейтралы, в экспериментах по физике плазмы с ис пользованием потоков нейтральных атомов, при изучении вторично-эмиссионных (ВЭ свойств поверхностей. Известен способ измерения интенсивностй нейтральной компоненты пуч ка, в котором многокомпонентный пучок ускоренньк частиц с энергией (Ю АО))кэВ, содержащий нейтральные атомы водорода Н и ионы Н, , Hj , разделяют на компоненты отклоняющим электрическим полем, поток нейтралов измеряют калориметрически датчиком. Используя данный способ, необходимо учитьшать отвод тепла в окружающее пространство, что осложн ет интерпретацию получаемыхрезультатов. Инерционность калориметричес ких измерений приводит к тому, что способ можно применять только при . низкой частоте посьшой. Наиболее близким к изобретению т техническим решением является спосо измерения интенсивности нейтральной компоненты смешанного пучка, включа щий разделение компонент исходного пучка по зарядам в отклоняющем поле измерение тока вторичной эмиссии, вызываемой нейтралами, преобразован исходного пучка путем перезарядки на мишени-до равновесного состояния измерение абсолютного тока каждой из заряженных компонент и вторичноэмиссионного потока нейтралов преоб разованного пучка. В этом случае отпадает необходимость измерения потока нейтралов, поскольку при зарядовом равновесии соотношение -между числом нейтральных и заряженных частиц в пучке известно,. Поэтому поток нейтралов Зд определяют из соотношения 3. 0 i , где 1 - абсолютный ток протонЪв равновесного пучка; об равновесное соотношение компонент в пучке, привлекаемое из Других экс периментов . f Недостатком этого способа является то, что его можно использовать только в той области энергий и для таких сочетаний пучок-мютень, для которых известны равновесные доли зарядов,. 4to резко ограничивает область применения способа, так как существующая на этот счет информация носит, отрывочный характ..ер. Кроме того, для достижения зарядового равновесия необходимо иметь мишени, сложность создания которых известна. Толщину мишени необходимо измерять, что также осложняет работу. Целью изобретения Является упрощение измерения интенсивности нейтральной компоненты. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения интенсивности нейтральной компоненты смешанного , вклю- чающем в себя разделение компонент исходного пучка по зарядам в отклоняющем поле, измерение .тока вторичной эмиссии, вызываемой нейтралами, преобразование исходного пучка путем перезарядки на , измерение абсолютного тока каждой из заряженных компонент и вторично-эмиссионного тока нейтралов преобразованного пучка, дополнительн.о измер.яют вторично-эмиссионньш и- абсолютный токи каждой из заряженных компонент исходного пучка, а толщину перезарядной мишени изменяют до тех пор, пока будет выполнено условие /l - l / -I-. /J-o-jicj 1-о.np / . -- --Jj,- вторично-эмиссионные токи, вызываемые нейтралами исходного и преобразованного пучков соответственно; полный ВторичноЭмиссионный ток исходного пучка, равный сумме абсолютных значений вторично-эмиссионных токов всех компонент исходного пучка; требуемая относительная точность измерения потока нейтральной компоненты ) относительная точ ность измерения токов, затем определяют величину интенсивности нейтральной компоненты пучка Jo из выражения о, исх lиск пр)/ I . .абсолютные токи kкомпоненты исходно и преобразованного состояний пучка со ответственно; зарядное число k-й компоненты пучка; количество заряжен ных компонент в преобразованном пу ке. На чертеже представлена схема установки, реализующей предложенный способ.Установка состоит из пучка 1, содержащего нейтральные атомы Н и разнозарядные ионы и Н, устройство 2 для перезарядки пучка, вьшол ненного в виде газовой мишени, устройства 3 для разделения компонент отклоняющем поле, регистрирз/ющих да чиков 4 и анализирующей аппаратуры 5. Возможность измерения таким способом следует из закона сохранения числа частиц при перезарядке - И дп , где an , an - изменен количества нейтралов и частиц k-й к поненты в пучке соответственно. Учи тывая, что коэффициент вторичной эм )/ an получим форт.(-io.-JUJi : T.(), . «.1 Из формулы (1) следует, что для достижения относительной точности а измерения (т,е, аУц/Уо а) необходи мо, чтобы бьшо выполнено условие An /n n b/a где п, полное чис :тиц в пучке. Отсюда, учитывая ЛО частиц п°/п i/T п /п (.J. - Л. ;/l , что л получим условие для преобразованного состояния пучка в виде 1- . аоfktt Ь , (1о.ису - ДО.ПР) Таким образом, достижение необходимой степени перезарядки пучка конт ролируется измерениями только вторично-эмиссионных токов и не требует значения степени приближения к зарядовому равновесию, т.е. измерения собственно толщины мишени и сечений перезарядных процессов. При этом толщина мишени существенно сокращается, поскольку требуется не полная, а лишь частичная перезарядка пучка. Количественно эффект сокращения толщины R легко получить дпя двухкомпонентного пучка Н и Н , наиболее распространенного в экспериментальной практике. В этом случаеК Ь , (,) где F - доля Н в равновесном пучке F - Ь/а. При раззгмных значениях а 0,1, b 0,01 значение К в интервале энергий (1 - 70) кэВ меняется от.7 до 60. При энергиях выше 100 кэБ, когда F - F, необходимо вьщеленный поток нейтралов рассматривать как исходный для изложенной процедуры определения у . При этом F 1 и условие (2) всегда выполнимо. Рассмотрим пример конкретной реализации способа для случая определения потока нейтральной компоненты водородного пучка источника протонов , формируемого при энергии 15 кэВ. Доля отрицательной компоненты П составляла 7, и rie учитьшалась. Пучок направляется в плоский электростатический дефлектор, где компоненты разделяются и далее регистрируются многопроволочным датчиком, содержащим 16 проволок из золоченого вольфрама диаметром 30 мкм, с раздельным измерением тока каждой из них Оба разделенных токовых профиля и Н° одновременно помещаются в апертуре датчика. Измеряются абсолютный ток ионов Н (для чего датчик включется в режиме с подавлением вторичной эмиссии) и вторичноэмиссионные токи, вызьгоаемые нейтралами Н и иоиами Н. Затем включается газовая мишень (Не, Аг), которая формируется электромагнитным затвором в трубке диаметром 60 мм и длиной 100 мм. На мишени пучок частично перезаряжается, компоненты преобразованного пучка разделяются и повторяются токовые измерения. На газо$ 1 вой мишени в зависимости от времеии накопления газа перезаряжается от 15% до 40% Частиц исходного пучка, что удовлетворяет выражение (2) при а 0,1, b 0,01. В этом интервале зарядовых состояний результат определения у не зависит от степени перезарядки и согласно выражению (1) при N 1, qf 1 дает величи.нуУр 4,7 - 0,4, где указана стати; ческая точность в пределах доверительного интервала 95%. Полученная величина позволяет определить поток нейтральной компоненты пучка, исходя из измерений тока вторичной эмиссии, вызываемой нейтралами. 9 6 Использование предложенного способа измерения потока нейтральной компоненты пучка дает следующие преимущества:толщина мишени, необходимой для определения коэффициента вторичной эмиссии датчика существенно сокращается и контролируется только измерением вторично-эмиссионных токов; устраняет зависимость результата измерения от того, какое зарядовое соотношение установится после перезарядки, что позволяет применять способ при любых энергиях и сочетаниях пучок - устройство перераврядки.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ НЕЙТРАЛЬНОЙ КОМПОНЕНТЫ СМЕШАННОГО ПУЧКА, включающий в себя разделение компонент исходного пучка по зарядам в отклоняющем поле, измерение тока вторичной эмиссииi вызываемой нейтралами, преобразование исходного пучка путем перезарядки на мишени, разделение компонент преобразованного пучка, измерение абсолютного тока каждой из заряженных компо-. нент и вторично-эмиссионного тока нейтралов преобразованного пучка, отличающийся тем, что, с целью упрощения измерения, допол-. нительно измеряют вторично-эмиссионный и абсолютный токи каждой из заряженных компонент исходного пучка, a толщину перезарядной мишени измеряют до тех пор, пока не будет выполнено условие - / b -1-. ,t(c% ianj. ir вэ e где Ig,,, lo.np вторично-эмиссионные токи,, вызьтаемыс нейтралами исходного и преобразованного пучков соответственно; .89 полный вторично. эмиссионный ток исходного пучка, равный cjTMMe абсолютных значений вторичноэмиссионных токов всех компонент исходного пучка; a - требуемая относительная точность из(Л мерения потока нейтральной компоненты; b - относительная точность измерения токов, a затем определяют величину интенсивности нейтральной компоненты пучка 1о из выражения о.исх|,

. П

А, ,

.H

v