Устройство для определения энергетичных заряженных частиц Советский патент 1987 года по МПК G01T1/36 

113

Изобретение относится к области диагностики высокотемпературной плазмы и может быть использовано для регистрации эпергетичных заряженных частиц, например продуктов термоядер- ных реакций.

Цель изобретения - обеспечение возможности проведения измерений в сильном магнитном поле в термоядерных установках и расширение энерге- тического диапазона регистрирующего устройства.

Сутцность изобретения заключается в том, что защитный злемент выполнен на основе микроканальной пластины (МКП), характерные размеры которой удовлетворяют соотношению

d мм ---

О.

37 X

Ертсе чкиГКзВЗ

Z В Тл

f

протонем

где d - толщина МКП; а - диаметр каналов; Е, m - заряд и масса регистри- руемых частиц, В - магнитное поле установки, МКП представляет собой матрицу из свинцово-силикатного стекла, содержащую большое число тонких прямых каналов и помещается вместе с датчи- ком в магнитное поле термоядерной установки перед детектором.

На чертеже схематически представлено регистрирующее устройство.

Устройство содержит защитный элемент 1 в виде микроканальной пластины из свинцово-силикатного стекла и полупроводниковый детектор 2 частиц. На чертеже показаны также траектория 3 регистрируемой частицы и траекто- рия 4 фоновой частицы.

Заряженная частица в магнитном поле движется по спиральной траектории радиус кривизны которой равен

РА.

- г -где рд vmc/ZeB - радиус ларморовско- го вращения заряженной частицы в магнитном поле В; т, v, Z - масса, ско- рость и заряд частицы; X - угол между направлением магнитного поля и скоростью частицы - питч-угол, Н.ап- ример, для типичных магнитных полей термоядерных установок с магнитным удержанием и заряженных частиц, являющихся продуктами термоядерных реакций, величина ларморовского радиуса составляет д 2-7 см. Поэ

е

O

5

0

5 эп

45

c., ее

1 2

тому, так как радиус кривизны траектории таких частиц много больше длины каналов микроканальной пластины, которая обычно составляет у существующих образцов МКП d 2:0,5 - 1 мм, магнитное поле не затрудняет прохождение знергетичных частиц через защитное устройство на основе МКП (траектория 3). Частицы низких знергий, например фоновые частицы плазмы, с энергией от единиц до десятков кило- злектронвольт движутся в магнитном поле по более искривленным траекториям (траектория 4), Так, начиная с некоторого критического радиуса кривизны траектории R R р , частицы не смогут пройти через каналы МКП, Этому критическому радиусу кривизны соответствует энергия:

отсечки зВ 0,72 х

,0-()(

о

где mпротона масса протона; а - диаметр каналов МКП, обычно составляющий 10-20 мкм.

Заряженные частицы с энергией E EQ-YceuKM смогут пройти через каналы МКП, чем; достигается защита де- тектора. от низкознергетичных ионов плазмы.

Магнитное поле установки является отклоняющим, с его помощью отсекаются паразитные фоновые частицы, что существенно упрощает конструкцию защитного экрана. Подбирая параметры МКП, можно изменять энергетический порог отсечки в диапазоне 1 - 50 кэБ, что существенно превосходит характеристики известных устройств.

Предлагаемый защитный злемент 1 . на основе МКП является также высокоэффективным коллиматором частиц ввиду малой угловой апертуры каналов. Численные расчеты, выполненные с учетом возможного отражения частиц от стенок каналов, показывшот, что коллимация определяется геометрическими размерами М1Ш, причем угол коллимации составляет ,,0,

Предлагаемое устрбйство также обладает по сравнению с известньм в десятки раз меньшими размерами, а также значительно более высокой (до 75%) геометрической прозрачностью з-ащитного элемента,

Прим е р. Выполнение устройства для защиты детектора, работающего

в магнитном.поле с индукцией Б 5Тл от низкоэнергетичных дейтонов (Е

1, m 2m...) с энергиями кэВ, I

Согласно выражению, приведенному в формуле изобретения, размеры МКП определяются следующим образом:

а

у

X У., ,

го протона Удовлетворяющая поставленным целям

стандартная МКП толщиной

должна иметь калибр не

d.

а 0,5

33.

Таким образом, стандартная пластина толщиной d 0,5 мм и калибром

50 удовлетворяет поставленным

а

целям.

25391

fO

f5

Ф

4

ормула изобре тения Устройство для определения энерг о- тичных заряженных частиц, включающее детектор частиц и защитный элемент, предназначенный для предотвращения детектирования фоновых частиц, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности проведения измерений в сильном магнитном поле в термоядерных установках и расширения энергетического диапазона регистрирующего устройства, защитный элемент выполнен на основе микроканальной пластины (МКП), характерные размеры которой удовлетворяют соотношению J

d мм - -- ir 37 X - -J п

X

L § ic iiiii. J ni Z В ГТлТ т Гой

f Тл m npoi она

где d - толщина МКП; а - диаметр каналов, Z, m - заряд и масса регистрируемых частиц, В - магнитное поле установки.

Редактор Е.Папп

Составитель В.Дрыгин Техред Л.Олийнык

Заказ 3103/40 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открыти 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, Д

Корректор А.Зймокосов

Изобретение относится к приборам для регистрации заряженных частиц, в частности к устройствам для определения энергии частиц. Целью изобретения является обеспечение возможности проведения измерений в сильном магнитном поле в термоядерных установках и расширение энергетического диапазона регистрирующего устройства. Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем детектор частиц и защитный элемент, последний выполнен в виде микроканальной пластины, характерные размеры- которой удовлетворяют определенному соотношению. Заряженные частицы в магнитном поле движутся по спиральной траектории. Поэтому, так как радиус кривизны траекторий таких частиц намного больше длины каналов пластины, которая обычно составляет у существующих образцов d 0,5-1 мм, магнитное поле не затрудняет прохождения энергетических частиц через защитное устройство. Начиная с некоторого критического радиуса кривизны траектории, частицы не смогут пройти через каналы пластины, чем и достигается защита детектора от низкоэнергетических ионов плазмы. 1 ил. о (0 .«j..