Спектрометр заряженных частиц - продуктов ядерных реакций Советский патент 1991 года по МПК H01J49/00 

Изобретение относится к области | физики и техники физического эксперимента и предназначено для исследования ядерных реакций, вызываемых у-лучами или нейтронами с испусканием заряженных частиц.

Целью изобретения является повышение точности, чувствительности и расширение функциональных возможно- стей за счет дополнительного измерения угла вылета.

На чертеже изображен общий вид спектрометра, где 1 - корпус ионизационной камеры, 2 - сквозной полый канал .для размещения источника, 3 - источник первичного излучения, 4 - электродная система компенсации искажений электрического поля - изолирующая трубка с кольцами, задающими распределение потенциала, 5 - катод с нанесенной мишенью, 6 - сетка, 7 - анод, 8 - каналы усиления, 9 - амплитудные кодировщики, 10 -ЭВМ, 11 - источник высокого напряжения, подсоединенный через делитель 12-17, 18 - фильтровые конденсаторы, 19 - разделительный конденсатор.

Спектрометр содержит металлически корпус 1, выполненный из двух частей соединенных фланцами с вакуумным уплотнением. Канал 2 является частью крышки корпуса. Источник 3 излучелия вводится снаружи корпуса и устанавливается в канале в центре сфериче- ских электродов. Стенки канала закрыты изолирующей трубкой 4, снабженной электродами,- задающими сферическое распределение потенциала в промежутке между катодом 5 и анодом 7. На внутренней поверхности сферического катода 5 расположена мишень. Между катодом 5 и анодом 7 расположена экранирующая сферическая сетка 6, выполненная в виде пружины переменного диаметра. Анод и катод соединены с входом каналов усиления 8. Выход спектрометрических трактов соединен с входом амплитудных кодировщиков 9, соединенных с ЭВМ 10. Работает спектрометр следующим образом.

Бомбардирующие частицы (Y), испущенные источником 3, падают на митень катода 5 нормально. Погрешность угла падения равна отношению диаметра источника 3 к радиусу катода 5. Продукт реакции (оО, испущенный в заднюю полусферу, тормозится в рабочем газе, образуя трек из ионизованных атомов и электронов. При данной конструкции угол 0 между треком и радиусом сферы, проходящим через точку выпета продукта, является аргументом полиномов Лежандра в выражении для дифференциального сечений. Причем в силу сферической симметрии это справедливо для любой точки мишени.

Под действием электрического поля электронная компонента трека дрейфует сквозь сетку б и собирается на аноде 7. При этом амплитуда сигнала с анода является функцией полной энергии частицы, а амплитуда с катода - функцией полной энергии и угла вылета частицы б относительно радиуса, проходящего через точку вылета. Источник высокого напряжения 11 подключен к электродам через делитель 12-17. Конденсаторы 18 служат для фильтрации пульсаций напряжения, конденсатор 19 служит для разделения переменной и постоянной составляющих на -входе канала усиления 8,

Постоянная времени цепи формирования сигналов много больше времени дрейфа электронов и много меньше времени дрейфа ионов. В случае точечной ионизации амплитуда сигнала с катода сферической камеры с сеткой определяется выражением

у .rcL. Скге (К - гс)

(1)

где R - радиус внешнего электрода

(радиус мишени);

гс - радиус внутреннего электрода (сетки);

Гд - расстояние от центра сфер до места образования ионизации;

Q - суммарный заряд всех ионов (электронов, образовавшихся в результате ионизации); Ск - емкость катода камеры.

В случае протяженной ионизации для элементарного отрезка трека вы ражение (1) записывается в дифференциальной форме:

dY

.й - rt) CKre(R - rc)

(2)

при этом величина элемента заряда выражается через тормозную способность

dQ - К |jf- dr ;

(3)

10

де К - величина заряда на 1 МэВ;

iL e dEdx потери энергии

dr dx dr

частицы на единице длины пробега, выражаемые через тормозную способность т

- ГмэВ и плот- dx I- J

ность газа Р -т™ Јг/см J. j

Если начало трека лежит на внешнем электроде, то

гiu

-}j (r1 R - 2r R cos0) (4) 20 получают

где Е - CQ -

где г - расстояние от начата трека

до элемента dr.

Подставляя выражение (ч) в выражение (2), получает

dY

Й- .ЈSf,i,S.:,2rR.coggL rA2

С (R - re) -J (r R1 + 2r R )

u

получают

Интегрируя это выражение вдоль трекп до его конца и учитывая, что амплитуда сигнала с анода не зависит от направления трекя и выражается в виде

X КЕ/Сд ,

где Е - энергия частиц} CQ - емкость анода,

Изобретение относится к области физики и техники физического эксперимента и может быть использовано для исследования ядерных реакций, вызываемых у -лучами или нейтронами. Целью изобретения является повышение рение функциональных возможностей за счет дополнительного измерения угла вылета. Цель достигается тем, что анод 7, катод 5 и сетка 6 ионизационной камеры выполнены в виде концентрических сфер, в общем центре ко торых расположен источник 3 первичного излучения. Источник первичного излучения расположен в полом канале 2, проходящем через центр сферических электродов. На поверхность катод 5 наносится материал-мишень. Благодаря использованию всего телесного угла повышается чуствительность и точность измерений. Угол вылета находится после математической обработки в ЭВМ 10 электрических импульсов, поступающих от катода 5 и анода 7 через каналы усиления 8 и амплитудные кодировщики 9. 1 з.п. (Л 1 ил. 4 00

«ot ХС0 Г

к; |

dE dx

ряются после сборки камеры на Е находится из калибров мерений.

Аналитически задача не

где R - пробег частицы.

Задача состоит в нахождении по измеренным амплитудам с анода (X) и катода (Y) величины cos б. R и г - геометрические размеры камеры; Р 30 плотность газа, измеряется манометром. Величины Сд и Ck - электрические емкости анода и катода вместе с соединительными проводами и входными цепями предусилителей, изме m v XCa f p dE R((.r r (.cosyj i - %-z- I i

EC,

dx

dE и кроме того, функция

в табличном Риде.

Решение задачи проводит ЭВМ методом Ньютона. Строи

(R - г) л|(г + R - 2r R cos0)

затем находится значение Cos9, для которого F(cos9; - 6 , получая тем самым дифференциальные энергетические спектры одновременно для всех продуктов реакции, испущенных в область задних углов.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет измерять дополнительную характеристику ядерной реакции - угловое распределение испускаемых продуктов„

Опытный образец камеры имеет в данном варианте R 12 см, г 6 с наполнение камеры Аг + 5% СН4 до давления 2 атм (Р 1,78 мг/см3). Данный вариант позволяет измерять, например, дифференциальные энергетические спектры oi -частиц с энергией до 12 МэВ либо тритонов до 3 МэВ, либо протонов с -энергией до 1 МэВ.

glJ.ir - g -i-gЈ-S-Ј2 -L:-ЈЈ.L dr,

(R - rc) л (гг + R - 2r R cos0)

ряются после сборки камеры. Величина Е находится из калибровочных измерений.

Аналитически задача не решается,

dE и кроме того, функция задается

в табличном Риде.

Решение задачи проводится на ЭВМ методом Ньютона. Строится функция

R((.r

dr.

(R - г) л|(г + R - 2r R cos0)

Формула изобретения

40

}. Спектрометр заряженных частиц - продуктов ядерных реакций, содержащий источник первичного излу

дом, анодом и расположенной между ними сеткой, два канала усиления, вход одного из которых электрически соединен с анодом, а вход другого - с катодом, два амплитудных кодировщика, входы которых электрически соединены с выходами каналов усиления, и ЭВМ, электрически соединенную с выходами амплитудных кодировщиков, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, чувствительности и расширения функциональных возможностей за счет дополнительного измерения угла вылета, анод, катод и сетка ионизационной ка51478908

меры выполнены в виде концентрических прозрачного для первичного излуче- сфер, в общем центре которых распо-ния, и электрически изолированы от

ложен источник первичного иэлуче-электродов,

нця, а сетка и анод расположены внутри катода,.содержащего материал-ми- 5 2. Спектрометр по п.1, о т л и - шень, причем ионизационная камера чающийся тем, что наружная

содержит полый канал, проходящийповерхность полого канала снабжена

через центр ее электродов, стенкиэлектродной системой компенсации

которого выполнены из материала,10 искажений электрического поля.