МЕХАНИЧЕСКИЙ СЕЛЕКТОР НЕЙТРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ Советский патент 1971 года по МПК H01J49/40 G01T5/00 

Изобретение предназначено для выделения из потока нейтральных частиц (молекул, атомов, нейтронов), движущихся без столкновений, частиц, скорости которых лежат в заданном узком интервале. Селекторы применяются обычно при определении распределения частиц по скоростям в потоке частиц, движущихся без столкновений.

Известен механический многодисковый селектор. Он состоит из прерывателей-дисков с радиусом R, на периферийной части которых вдоль радиусов прорезаны щели щириной Я и длиной с () для прохождения частиц потока. Диски-прерыватели укреплены на оси селектора (плоскости дисков перпендикулярны оси). Первый (входной) диск находится на расстоянии L от последнего (выходного). Количество щелей Q на диске-прерывателе, количество дисков и их расположение на оси селектора подобраны таким образом, что частицы, попавшие в селектор через входную щель Cm на первом диске, могут выйти из него только через соответствующую выходную щель вт на последнем диске (т 1, 2,..., Q).

Скорость V частиц, для которых селектор прозрачен при заданной угловой скорости вращения соо, лежит в интервале VO+AI задаваемом соотнощениями:

(1а)

L/(Oo/(5-fЯ) Уо+Д (5-Я), (1 б)

где 5 - длина дуги, которую проходит центр щели 8т с момента, когда центр щели Ощ лежит на оси потока, до момента, когда на ось потока попадает сам центр щели вт (в случае, когда ось вращения селектора параллельна оси потока частиц). Отсюда величина скорости Vo частиц, для которых селектор прозрачен при щирине щелей , определяется из выражения:

Vo LR(aolS.(1 и)

Однако многодисковый селектор имеет существенный недостаток: погрещности в юстировке селектора приводят к неустранимым ощибкам при измерении скоростей частиц потока.

20

Действительно, в случае, когда ось потока составляет с осью селектора угол т в касательной к селектору плоскости (селектор неточно съюстирован), при определении скорости частиц Vo и границ интервала скоростей частиц, для которых селектор прозрачен при угловой скорости вращения шо. в выражениях (1а) - (1в) вместо длины дуги 5 необходимо подставлять длину дуги 5i , где

Неопределенная величина Д5, вноснмая при определении скороети частиц за счет погрешностей юстировки, нриводит при использовании многодисковых селекторов к систематической ошибке, имеющей величину 1 - 10о/о.

Кроме того, момент инерции многодисковых селекторов велик, они имеют большие габариты, отличаются сложностью изготовления и сборки.

Цель изобретения - исключение ошибок, вносимых ири определении скоростей частиц потока за счет погрешностей юстировки селектора, умеиьшение габаритов устройства его момента инерции, а также уирощение технологии его изготовления.

Это достигается тем, что прерыватели селектора выполпены в виде двух копцептрических колец, расположепных на несушем диске, радиус внутреннего кольца равен половине внешнего радиуса наружного кольца, и наружное кольцо имеет пары каналов с обн1,ими выходами на внешней поверхности наружного кольца, чнсло которых равно числу щелей во внутреннем кольце.

При определении скоростей частиц потока, проводимом при иомощи предлагаемого селектора, ошибка, вносимая за счет погрешностей в юстировке, может быть либо учтена, либо сведена к минимуму при доиолнительной юстировке в процессе зксперимеита.

Условия и соотношения, полученные при рассмотрении движения частиц с разными скоростями внутри селектора, позволяют определить:

углы, составляемые радиусом, проведенным в центр произвольного выхода нары каналов, с осями каналов;

угол, составляемый тем же радиусом с радиусом, проведепным в центр одной из щелей на внутреннем кольце;

число пар каналов на внешнем кольце и щелей на внутреннем кольце;

относительные размеры элементов селектора.

На фиг. 1 изображена схема селектора.

Селектор состоит из внешнего кольца-прерывателя }, имеющего внешний радиус г, и внутреннего кольца-прерывателя 2, имеющего радиус г/2, расположенных концентрически на несущем диске 3.

Наружное кольцо / имеет q пар прямых капалов 4 с общими выходами 5 на внешней поверхности кольца /. Внутреннее кольцо 2 имеет q щелей 6. Ширина каналов щелей равна /1. Выходы 5 и щели 6 равномерно раснределены на кольцах / и 2.

Каналы 4 прорезаны под углами KI и «2 к радиусам, проведеипым в центры выходов 5 пар каналов.

Угол между радиусом, проведенным в центр произвольного выхода 5, и радиусом, проведенным в центр одной из щелей 6, имеет величину р.

сти аппаратуры, регистрирующей частицы потока, прошедшие сквозь селектор (,0 - ОД).

Впешнее кольцо / имеет толщину /, внутреннее кольцо 2 - толщину 0,01-0,02г.

Радиус несущего диска 3 равен Б ещнему радиусу кольца 1, а его толщина выбирается из соображений ирочиости конструкции и меняется в пределах от 0,03 до 0,08 г в зависимости от выбора величииы гсоо н VQ.

Радиус г иаружного кольца, щирина h щелей и каналов, толщина / наружного кольца, число д щелей и выходов пар каналов, величина S дуги закрутки, а также величины

cci, аа и (3 определяются из следующих условий и соотнощений параметрами селектора, его размерами и величинами, задающими расноложение элементов селектора: y 4/9«; 11 1/9; s 2r mo/vo; q 2Nn (п -

четное число; N - целое число); ;V jT,r/s;

fi s/9n- /(2-1/3)г/4; p s/8r; tgcci,2 ±(2+КЗ)гсоо4оо

где Y(6+) -относительная щирина нолосы пропускания селектора;

г| - максимально возможный коэффициент прозрачности селектора;

п - характерпое число селектора;

Л - число кратности селектора;

S - величииа дуги закрутки, определение которой дается -pii-описании селектора в дина я еском состоянии.

Для нормал йой работы селектора необходимо, чтобьт/перед ним и позади него находились ко.1Йиматоры 7 и 5 со щелями, лежащие в пл-оскостях, перпендикулярпых оси потока частиц. Ширина щелей коллиматоров должна быть равна щирине h. щелей селектора, а их оси симметрии должны быть параллельны осям симметрии щелей 6 и выходов 5 пар каналов 4 селектора и иересекаться с осью потока частиц.

Нри работе селектора его ось вращепия совпадает с осью симметрии копцентрических колец-прерывателей, перпендикулярна оси нотока нейтральных частиц и нересекается с ней. При вращении селектора с угловой скоростью (00 частицы потока, скорость которых v лежит

в интервале vo-б у ио-у-Д, иройдя через щель коллиматора 7, попадают в выход 5 пары каналов 4, находящийся в этот момент напротив щели коллиматора 7 (выход 9) (на фиг. 1). Далее по одному из пары каналов 4

(в зависимости от наиравления вращения селектора) частицы нопадают внутрь кольца /. Пройдя через соответствующие щели сквозь кольцо 2, частицы по одному каналу 4 из нары с выходом 5 (обозначенному на фиг. 1, как

селектора подошел к щели коллиматора 8, покидают селектор и через щель коллиматора 8 попадают в датчик регистратора частиц.

Частицы, скорость которых лежит вне указаппого выше интервала, сталкиваются со стенками каналов или с кольцом 2 и выбывают из потока.

Дуга, которую проходит центр выхода 10 с момента, когда центр входа 9 лежал на осп потока, до момента, когда сам центр выхода 10 попадает на ось потока, названа «дугой закрутки селектора.

Границы интервала скоростей частиц, для которых селектор прозрачен при зада}1ной угловой скорости вращения озо, определяются следующими выражениями:

УО-6 2ra)o/(s-f2/z)(2 я)

Do+A 2rcoo/{s-2/1)(26)

Следовательно, величина скорости Vo частиц, для которых селектор прозрачен при , определяется из выражения:

Do 2rcoo/s.(2 0)

Вид выражений (2 а) - (2s) не зависит от направления вращения селектора.

Выражения (2 а) - (2 в) верны в случае, когда ось вращения селектора пересекается с осью потока частиц. Однако за счет погрешностей, имеющих место при юстировке, ось вращения селектора может находиться на расстоянии р от оси потока частиц.

Тогда для получения верных значений границ интервала скоростей, а также скорости УО в выражения (2 о) - (2 в) вместо величины S необходимо подставлять величину Si: b+2p, причем знак р меняется при изменении направления вращения селектора.

Функция распределения частиц потока по скоростям, как правило, имеет максимум. Этот факт позволяет получить из соотношения

(2 в) выражение для величины «ошибки юстировки

p S((Or-Cu;)/2((Or+CU;),(3)

где ШгИсог - угловые скорости вращения селектора против часовой стрелки

и по часовой стрелке, при которых сквозь селектор проходит максимальное число частиц потока.

Имя возможность определить величину р, можно учесть ее при определении скоростей чения числа М в свободной струе смеси гелия щения селектора в процессе эксперимента равенства величины (Ог и со/, свести ошибку за счет погрешностей юстировки к малой величине.

На фиг. 2 приведены результаты экспериментов, проводимых с помощью предложенного селектора. Определялись предельные значения числа М в свободной струе смеси гелия и аргона, истекающей через сходящееся сопло в вакуум (исследовались смеси с отношениями концентрации гелия Яце к концентрации аргона «лг, равными 20,5 и 1).

Предмет изобретения

Механический селектор нейтральных частиц, движущихся без столкновений, содержащий прерыватели со щелями, отличающийся тем, что, с целью повышения точности эксперимента и уменьшения габаритов, прерыватели селектора выполнены в виде двух концентрических колец, расположенных на несущем диске, радиус внутреннего кольца равен половине внешнего радиуса наружного кольца, и наружное кольцо имеет пары каналов с общими выходами на внешней поверхности наружного кольца, число которых равно числу щелей во внутреннем кольце.