Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для получения пучков отрицательных ионов в источниках поляризованных частиц.
Отрицательные поляризованные ионы получают способом двойной перезарядки положительных ионов в отрицательные при прохождении пучка через газовую мишень. Мишень находится в магнитном поле, которое препятствует деполяризации ионов.
Аналогичный способ используют в лазерных источниках, где на газовой мишени перезаряжают в отрицательные ионы пучок поляризованных нейтральных атомов с энергией около 5 кэВ.
Интенсивность пучков отрицательных ионов, получаемых данными способами, определяется эффективностью перезарядки, под которой понимают отношение потока
отрицательных ионов после перезарядной мишени к потоку частиц, инжектируемых в мишень.
Для получения поляризованных отрицательных ионов водорода чаще всего используют перезарядку пучка поляризованных протонов на натриевой мишени. Эффективность перезарядки для этогр случая равна 5-10 %. Поэтому интенсивность пучков поляризованных отрицательных ионов водорода, получаемых данным способом, более чем на порядок меньше интенсивности пучков поляризованных протонов. Такое же со- отношение имеется и в лазерных источниках поляризованных отрицательных ионов водорода.
В источниках классического типа с атомарным пучком для получения поляризованных отрицательных ионов водорода
VI
ю о о о VI
используется способ встречных пучков, заключающийся в том, что в область с продольным магнитным полем инжектируются пучки поляризованных атомов водорода с тепловой энергией и нейтральных атомов цезия с энергией 50 кэВ 3. Этот способ принят за прототип предлагаемого изобретения. ...
Выданном способе поляризованные отрицательные ионы водорода получаются в рёз ль а рё а кции захвата атомом водорода с вяз§Шбгв электрона у атома цезия:
H°t + Cs° H-t+Cs+.
Возникающие в результате реакции перезарядки поляризованные отрицательные ионы водорода ускоряются слабым электрическим полем, создаваемым в области стол- кновения пучков, по направлению к ионно-оптической системе, в которой они ускоряются до энергии порядка 10 кэВ и затем выводятся из источника. Сечение реакции (1) (TQ равно 3-10 1бсм2. Эффективность ионизации / поляризованных атомов водорода в данном способе равна:
1 - 1о о0 т,
где 10 - плотность потока атомов цезия в области столкновения пучков;
т L/V - , в течение которого атом водорода находится в области столкновения пучков;
L - длина области столкновения пучков;
V - средняя скорость атомов водорода.
По данным работы jo 6-101 , а0 3-10 16см2, 30см, V 105см-с 1 и из формулы (2) имеем: / , то есть в отрицательные ионы в данном способе конвертируется лишь малая часть (0,5%) поляризованных атомов водорода. Интенсивность пучков, получаемых данным способом, равна 30 мкА и, несмотря на относительно низкую эффективность, ионизации, сравнима с интенсивностью источников, работающих на основе других вышерассмотренных способов. Это связано с тем, что в данном способе отрицательные поляризованные ионы генерируются непосредственно из интенсивного пучка тепловых поляризованных атомов водорода.
Целью изобретения является повышение интенсивности пучка поляризованных отрицательных ионов водорода.
Способ заключается в том, что в область с продольным магнитным и электрическим полями в вакууме инжектируются встречные пучки поляризованных атомов водоро
да с тепловой энергией и нейтральных щелочных атомов; образующиеся в области пересечения пучков поляризованные отрицательные ионы направляются к иоино5 оптической системе, в которой ускоряются до кэвных энергий, причем в области пересечения пучков щелочные атомы переводятся в возбужденное состояние излучением, длина волны которого выбирается исходя из
10 того, чтобы потенциал ионизации возбужденного атома был близок по абсолютной величине к энергии сродства к электрону атома водорода (0,754 эВ).
Изобретение иллюстрируется следую15 щим примером, в котором в качестве донор- ного пучка щелочных атомов рассматривается пучок атомов цезия.
На чертеже показан способ получения отрицательных поляризованных ионов.
20Область ионизации 1 находится в продольном магнитном поле, создаваемом соленоидом 2. В этой области катушкой 3 создается также электрические поле. В область ионизации инжектируется пучок поля25 ризованных атомов водорода с тепловой энергией и, во встречном направлении, пучок атомов цезия. Коллинеарно с пучком атомов цезия распространяется лазерное излучение от перестраиваемого лазера, ко30 торым в атомах цезия индуцируются резонансные переходы, что приводит к появлению а в цезиевом пучке возбужденных атомов. В данном примере длина волны
о
35 равна 3876,1 А. Излучением такой длины волны в атомах цезия индуцируются переходы 651/2- 8Рз/2. Может быть использовано излучение другой длины волны, например, с о
4Q Я 3888,6 А, при этом будут индуцироваться переходы 6Si/2 - 8Pi/2. В области ионизации происходит образование поляризованных отрицательных ионов водорода путем реакций:
45 H°t+Cs° H t+Cs+,
H°t+Cs° H-t+Cs+,
(3)
где Cs° и Cs° - атомы цезия в основном и возбужденном состояниях соответственно. Образующиеся поляризованные отрицательные ионы водорода имеют низкую энергию (доли электронвольта) и удерживаются
в радиальном направлении магнитным полем соленоида. В аксиальном направлении ионы ускоряются слабым электрическим полем, создаваемым катушкой 3, по направлению к ионно-оптической системе 4, где ионы ускоряются до энергии порядка 10 кэВ. Далее пучок ускоренных отрицательных ионов поворачивается на угол 90° электростатическим зеркалом 5 и выводится из источника.
Эффективность ионизации поляризованных атомов водорода в данном способе и, следовательно, интенсивность пучка поляризованных отрицательных ионов водорода определяется по формуле:
ц rZ a,
нии равна 3,89 эВ, и величина д Е 3,14 эВ. Для возбужденных состояний атомов цезия уменьшается энергия ионизации и величина д Ј. В частности для состояния 8Pi/a:
Ји 0,69 эВ и 6 е 0,06 эВ.
Сечение захвата связанного электрона определяется приближенной формулой:
(4)
а АлеА (кубе1.
(5)
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ИНЖЕКТОР ПУЧКА НЕЙТРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ НА ОСНОВЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ИОНОВ | 2012 |
|
RU2619923C2 |
ИНЖЕКТОР ПУЧКА НЕЙТРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ НА ОСНОВЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ИОНОВ | 2017 |
|
RU2741793C2 |
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ВАКУУМНЫХ УСТАНОВКАХ | 2004 |
|
RU2271550C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПУЧКА ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ИОНОВ | 2007 |
|
RU2368977C2 |
УСТРОЙСТВО, СИСТЕМА И СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПУЧКОВ ЧАСТИЦ НА ОСНОВЕ ЭЦР | 2009 |
|
RU2526026C2 |
ВЫСОКОНАДЕЖНЫЙ, С БОЛЬШИМ СРОКОМ СЛУЖБЫ ИСТОЧНИК ОТРИЦАТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННЫХ ИОНОВ | 2014 |
|
RU2615756C1 |
Способ получения отрицательных ионов | 1981 |
|
SU1067972A1 |
СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАЗЕРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2010 |
|
RU2450398C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭМИТТЕРА ЭЛЕКТРОНОВ ВАКУУМНОГО ИЛИ ГАЗОНАПОЛНЕННОГО ДИОДА | 2013 |
|
RU2526541C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ И ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ИОНОВ ИЗОТОПОВ ТОРИЙ-229 И ТОРИЙ-232 С РАЗЛИЧНОЙ КРАТНОСТЬЮ ЗАРЯДА | 2013 |
|
RU2548158C1 |
Использование: в ускорительной технике. Сущность изобретения: в область с продольными магнитным и электрическим полями в вакууме инжектируются встречные пучки поляризованных атомов с тепловой энергией и нейтральных щелочных атомов. Образующиеся в области пересеченных пучков отрицательные поляризованные ионы направляются в ионно-оптическую систему, в которойус- коряются до кэВ-ных энергий. Причем в области пересечения пучков щелочные атомы переводятся в возбужденное состояние лазерным излучением с частотой перехода атома из основного состояния в возбужденное. 1 ил. со с
где h - плотность потока атомов цезия, находящихся в i-ом возбужденном состоянии;
0j - сечение захвата атомом водорода связанного электрона у атома цезия, который находится в i-ом возбужденном состоянии.
Даже если атомы цезия возбуждаются изучением в одно состояние, в пучке будут находиться атомы цезия в разных возбужденных состояниях из-за того, что атомы цезия будут испытывать спонтанные ступенчатые переходы из верхнего возбужден- ного состояния в основное. Если (J 0Ь (для i 1), то ff0 (2 ii а а0 ) 0 а0 , то есть в данном способе эффективность ионизации поляризованных атомов больше, чем в способе принятом за прототип, если сечение захвата связанного электрона поляризованным атомом у возбужденных щелочных атомов больше, чем сечение захвата электрона у щелочных атомов в основном состоянии.
Сечение рассматриваемого процесса зависит от величины д к еи - ЕС , где еи - энергия ионизации щелочного атома; Јс - энергия сродства к электрону поляризованного атома водорода.
Для атома водорода Јс 0,75 эВ, энергия ионизации атома цезия в основном состояФормула изобретения
Способ получения пучка отрицательных поляризованных ионов водорода, заключающийся в инжектировании в область ионизации поляризованных атомов водорода с тепловой энергией и нейтральных атомов щелочного металла, направлении образующихся отрицательных поляризованных ионов водорода в ионно-оптическую систе0
0
5
0
где е - заряд электрона;
I (/с) - некоторая функция безразмерного параметра /с.
И з формулы (5) следует, что сечение захвата увеличивается при уменьшении величины дЈ, поэтому, в частности, для возбужденных атомов цезия сечение процесса захвата связанного электрона больше, чем для атома цезия в основном состоянии. Следует отметить также, что атомы цезия имеют наименьший потенциал ионизации, чем j. объясняется использование именно пучка атомов цезия в рассматриваемом способе встречных пучков.
Следовательно, эффективность ионизации атомов водорода в предлагаемом способе больше, чем в способе, принятом за прототип.
При этом для высоковозбужденных атомов цезия, в том числе и для атомов цезия в состоянии 8Р, реакция захвата связанного электрона атомом водорода становится экзотермичной, то есть она протекает с выделением энергии и является беспороговой, поэтому возбужденные атомы цезия могут иметь низкую энергию, в частности пучок возбужденных атомов может быть тепловым.
му и их ускорении в ней до энергий в диапазоне кэВ, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсивности получаемого пучка, атомы щелочного металла переводят в возбужденное состояние
излучением, длина волны которого выбрана из условия близости потенциала ионизации возбужденного атома по абсолютной величине к энергии сродства атома водорода к электрону.
W.Haeberli | |||
Proc | |||
Int | |||
Workshop on Polarized Sources and Targets | |||
HPACAK, v | |||
Устройство для охлаждения водою паров жидкостей, кипящих выше воды, в применении к разделению смесей жидкостей при перегонке с дефлегматором | 1915 |
|
SU59A1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТОВ КОНДЕНСАЦИИ ФЕНОЛОВ С ФОРМАЛЬДЕГИДОМ ИЛИ ЕГО ПОЛИМЕРАМИ | 1925 |
|
SU513A1 |
W | |||
Gruebler | |||
Proc | |||
Sixth Int | |||
Symp | |||
Polar | |||
Phenom | |||
in Nucl | |||
Phys | |||
Osaka, 1985, J.Phys | |||
Soc | |||
of Japan, v | |||
Устройство двукратного усилителя с катодными лампами | 1920 |
|
SU55A1 |
Способ получения твердых неплавких и нерастворимых продуктов уплотнения формальдегида с фонолами | 1925 |
|
SU435A1 |
W.Haeberli Nuel | |||
Instr | |||
and Meth., v | |||
Способ крашения тканей | 1922 |
|
SU62A1 |
Авторы
Даты
1993-01-23—Публикация
1990-04-06—Подача