Магнитный ахроматический селектор энергий ионов Советский патент 1986 года по МПК G01T1/36 H01J49/44 

Изобретение относится к ускорительной технике, может быть использовано при экспериментальном исследовании энергетических спектров ионов, вылетающих из в1шени в ядерных реак- 1ЩЯХ под действием пучка ионов, полученных из ускорителя, под малыми углами к направлению первичного пучка.

Цель изобретения - повьшение оперативности и достоверности измерений.

В мишенную камеру магнитного ахроматического селектора энергий ионов для измерения энергетических спектров продуктов ядерных реакций введены поглотитель энергии ионов, толщина которого X изменяется во времени i по линейному закону

kl+x

о )

где

30

35

k - коэффициент пропорциональности}

х,., - минимальная толщина поглотителя,

и допрлнительньй детектор для регистрации энергетического спектра.

Установка погл.отителя в мишенной камере селектора на вр«мя контроля Достоверного энергетического спектра допо-пнительным детектором приводит к преобразованию сШектра квазиомоно- энерге.тическогр пучка ускорителя в спектр, где интенсивность частиц в диапазоне измеряемьк в эксперименте энергий практически не зависит от энергии этих частиц. Дополнительный детектор, размещенньй в мишенной камере под углом 10° к поглотителю (так как при установке детектора под углом, менышм 10 , фон упругорассе- янных первичнь1х частиц настолько пе- регружает регистрирующую аппаратуру, что делает измерения практически невозможными), служит для регистрации энергетического спектра, получившегося после поглотителя энергии ионов, с целью дальнейшего сравнения этого спектра с энергетическим спектром, проанализированным магнитным селекто- 50 ром и зарегистрированным телескопом детекторов установки. Таким образом, почти вдвое уменьшится время, затрачиваемое на проведение ядерно-физического эксперимента и оптимизацию.

На Фиг. 1 представлена схема магнитного ахроматического селектора энергий частиц; на фиг. 2 и 3 - пре 5

40

55

0

0

5

0

образование энергетического спектра первичного пучка в известном устрой-, стве; на фиг. 4 - развертка огибак - щих траекторий пучка в плоскости дисперсии магнитного анализатора на Фиг. 5-7 - преобразование энергетического спектра первичного пучка в анализаторе во время оперативного контроля Ширины достоверного спектра.

Предлагаемая установка состоит из мишенной камеры 1, в которой размещены тонкая прострельная мишень 2, поглотитель 3 энергии ионов и дополнительный детектор 4. .С мищенной каме- 5 рой соединены вакуумный ионопровод 5, на котором установлена магнитооптическая система, состоящая из последовательно расположенных магнитной Фокусирующей линзы 6, анализирующего магнита 7, симметризующей магнитной линзы 8, двустворчатой анализирукнцей диафрагмь 9, собира;ющего магнита 10, фокусирующей магнитной линзы.11. На конце вакуумного ионопровода разме- щен телескоп Детекторов 1, служащий для идентификации типа исследуемых частиц и их энергетического спектра На выбор схе№1 установки влияют следующие факторы.: ограничение габаритов магнитооптических элементов; величина ;допустимого энергетического разрешения селектора и максимальный диапазон селектируемь1Х энергий, параметры пучков ионов циклотрона.

Ввиду отсутствия промышленных образцов магнитооптических элемёнтой, удовлетворяклцих выбранной схеме установки, был проведен их расчет и оптимизация;.

Основные параметры квадрупрльных магнитов представлены в таблице.

Основные параметры анализирукщего и собирающего магнитов спедунмще: Угол поворота, град 30 Магнитная индукция, Т 1,05 Ток электропитания, А 800 Напряжение, В26

Вес магнита, кг235

Предлагаемая установка работает следующим образом.

Пучок ионов из ускорителя проходит через тонкую прострельную мишень 2 и вызывает появление в результате ядерных реакций вторичных ионов с меньшими энергиями. И первичные, и вторичные ионы в некотором телесном угле, определяемом аксептансом установки, с помощью фокусирующей линзы 6

0

5

и анализирующего магнита 7 собирают- .ся в фокальной плоскости системы, т.е. анализирующий магнит осуществляет разделение в плоскости дисперсии по импульсам (для одинаковых типов ионов - по энергиям), а с помощью фокусирующей линзы 6 осуществляется фокусировка моноэнергетических пучко в фокальной плоскости. Путем установления определенной ршрины окна створками анализирующей дйафраггла 9 во вторую половину установки пропускаются лишь ионы с такими энергиями , крторше необходимо регистрироват в эксперименте. Вторая половина маг- нитроптической системы, собирающего магнита 10 и фокусирующей магнитной линзы 11 зеркально симметрична первой и служит для фокусировки на телескоп дет.екторов 12 ионов во всем диапазоне энергий пропущенных через окно в анализирующей диафрагме 9. Этот телескоп детекторов осуществляет измерение энергии и идентификацию типа частиц. В центре симметрии установки расположена симметризующая магнитная линза 8, осуществлякщая симметрчза1дию траекторий в плоскости дисперсии анализатора (фокусировку по энергии), на фиг. 3 приведена развертка огибающих пучка в плоскости дисперсии анализатора, причем штрихами показана огибающая моноэнергического пучка со средней энергией из пропускаемого энергетического диапазона, а сплошной линией - для всег пропускаемого диапазона. Ширина достоверного энергетического спектра равна пшрине пропускаемого через окно в анализируимцей диафрагме энерге- тического спектра минус энергетичее- кое разрещение как при максимальной энергий пропускаемого спектра, так и при минимальной. Без поглотителя 3 энергии ионов и детектора 4 дополнительного оперативньвй контроль за шириной достоверного спектра отсутст- вует, хотя энергетическое разрешение меняется как при изменении параметров ускоренного пучка ионов, падающего на мишень, так и из-за нестабштьнрс- тей токов питания элементов оптической системы установки. Установка поглотителя вместо прострельной мишени в районе минимальных размеров пучка из ускорителя На время контрр - |ля достоверного энергетического спектра детекторами 4 и 12 приводит к пре

образованию квазимоноэнергетического пучка ускорителя в спектр, где интенсивность частиц в диапазоне измеряемых в эксперименте энергий практически не зависит от энергии частиц. Преобразованный пучок с энергетическим спектром, заданным толщиной и материалом поглотителя и зарегистрированным дополнительным детектором 4, попадает в вакуум-провод магнитного анализатора. Поглотитель представляет собой металлическую фольгу, протягиваемую поперек пучка ионов так, чтобы ее толпщна изменялась во времени по линейному законуX 1 - 5 о ,

20

5

5« 0 5 0 5 0

где

k акоэффициент пропорциональности; -. минимальная толщина поглотителя, выбираемая из требований ядерно-физического эксперимента.

Конструктивно поглотитель может, например, представлять из себя диск, ось вращения которого паралельна оси пучка ионов, враща ощ 1ся с постоянной скоростью. Топтана кольцевой части диска, через которую проходит пучок при вращении диска, меняется с азимутом (f по линейному закону

x.,,

где а - коэффициент пропорциональности, выбираемый из требований потерь энергии ионов, необходимлх во вреьет проведения контроля работы установки;, Хд - некоторая ,. определяющая минимальный сброс . энергии в данном эксперименте .

На фиг. 5 показан квазимоноэнер- гетический спектр пучка ионов до прохождения через поглотитель на фиг.6- энергетический спектр после прохождения поглотителя, зарегистрированный детектором 4.

При указанном законе изменения толщины поглотителя со временем полученное энергетическое распределение будет монотонным. Величина Е„ Е,

первиино определяется минимальной толщиной

поглотителя х.

На фиг. 7 представлен спектр, который может быть зарегистрирован телескопом детекторов 12. Этот спектр определяется как аксептансом устанрв кн ( -Е,, )так и величинами энергетических разрешений (E мйм дакс №аис Величина дортоверно го энергетического спектра {т.е. диа- пазона энергий, в котор ом ядерно-фи-. зические измерения проводятся с необходимой точностью и достоверностью)

будет равна (Е

мокс

мин

) и находится из сравнения двух спектров, зарегистрированных детекторами 4 и 12. Такого рода контроль можно проводить с частотой, определяемой ста- тистическш в1 данными измерений. При Указанном конструктивном исполнении поглотителя в виде диска можно за время контррля заставить диск.сделать большое ( 500) число оборотов с пос

Отклонение градиента от постоянного на пред.радиуса, %

тоянной скоростью. Предполагается, что на одно контрольное измерение достоверного энергетического спектра будет затрачиваться около 5 мин.

Предлагаемое устройство позволит по мере необходимости (с минимальны- м затратами времени) контропировать ширину достоверного энергетического спектра, сразу .отбрасывать экспозиции с плозшм,энергетическим спектром и осуществлять по результатам контроля (зацию работы ускорителя и магнитного ахроматического селектора энергий.

Предлагаемая установка предназначена для исследования гигантских мультипольных резонансов, возбуждаемых в неупругом рассеянии ионов, а также для поиска ядер с большим из- бьггком нейтронов.

N{B}

f freflWВ.none Bfttpf

фиг.2

Nit 1Q

Btiuti fmnfg fffCHxy fffenee фи.3 .

19

/умА

ff)

а

/ф) S

В nepS

(puff. В

tjpuff.d, f

f/4ftfn fjfUH BO E нот фие.7

Составитель Б.Рахманов

Редактор М.Дылын

Техред Л.Олейник

Заказ 3285/46 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

ПронзводственйО-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Корректор Л.Пипипенко