Устройство дя идентификации тяжелых ионов Советский патент 1982 года по МПК G01T1/38 

1

Изобретение относится к области ядерной спектрометрии и может быть использовано для идентификации тяжелых ионов, например осколков деления тяжелых ядер

(U235, U238, Pu239 и Др.) .

Известно устройство 1, содержащее масс-сепаратор, детектор полного поглощения энергии иона, пролетный детектор измерения удельных ионизационных потерь, стандартные электронные амплитудные спектрометрические блоки. Недостатками устройства являются высокая сложность и громоздкость, что существенно ограничивает область его применения.

Известно устройство 2 для идентификации тяжелых ионов, содержащее последовательно соединенные детектор удельных ионизационных потерь и электронный амплитудный спектрометрический блок. Кроме того, оно содержит два полупроводниковых детектора: детектор полного поглощения энергии иона Е (-детектор) и пролетный детектор измерения удельных ионизационных потерь Д (Д -детектор). Величина заряда noiiaZ связана с измеренными величинами Е и Д зависимостью Z . Основным недостатком данного устройства является низкая разрешающая способность по заряду, т. е. невозможность идентификации ионов с зарядом Z более 17. Это связано, во-первых, с низкой точностью измерения величины , причем основной вклад в дисперсию измеренного значения вносит неоднородность толщины АЕдетектора, что связано с трудностью изготовления тонких (1-5 мкм) однородных пластин из кремния. Во-вторых, заметный вклад в дисперсию измеренного значения заряда Z вносит и -детектор, разрешение которого для тяжелых ионов составляет величину 4%.

Целью изобретения является увеличение разрешающей способности устройства по заряду.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для идентификации тяжелых ионов, содержащее последовательно соединенные детектор удельных ионизационных потерь и электронный амплитудный спектрометрический блок, дополнительно содержит стартовый пролетный детектор, расположенный перед детектором удельных ионизационных потерь со стороны источника тяжелых ионов, электронный вычислительный блок, один вход которого соединен с выходом электронного амплитудного спектрометрического блока, и электронный блок измерения времени пролета ионов, стартовый вход которого соединен со стартовым пролетным детектором, стоповый вход соединен с детектором удельных ионизационных потерь, выход соединен с вторым входом электронного вычислительного блока. Кроме того, детектор удельных ионизационных потерь выполнен в виде полупроводникового поверхностно-барьерного детектора с толщиной чувствительной области, составляющей 40-60% полного пробега ионов в веществе детектора. Блок-схема описываемого устройства представлепа па чертеже. Устройство содержит стартовый, пролетный детектор 1, стоповый непролетпый детектор удельных ионизационных потерь 2, электронный амплитудный спектрометрический блок 3, электронный блок намерения времени пролета 4, электронный вычислительный блок 5. Стартовый пролетпый детектор 1 соединен со стартовым входом Вх. А электронного блока измерения времени пролета 4, стоповый непролетный детектор удельных ионизационных потерь 2 соедипен с входом амплитудного спектрометрического блока 3 и со стоповым входом Вх. В электронного блока измерения времени пролета 4. Выход амплитудного спектрометрического блока 3 соедипен с первым входом Вх. С электронного вычислительного блока 5, а выход электронного блока измерения времени пролета 4 соединен со вторым входом Вх. D электронного вычислительного блока 5. Устройство работает следующим образом. Ион, пснущенный источником U, проходит через пролетный стартовый детектор 1 п попадает в детектор удельпых ионизационных потерь 2, являющийся непролетным стоповым д етектором. Сигнал со стартового детектора 1 поступает па стартовый вход Вх. Л электроппого блока измерения времени пролета 4, а сигнал со стопового непролетного детектора удельпых иопизационных нотерь 2 цоступает па вход электронного спектрометрического блока 3 и па стоповый вход Вх. В электроппого блока измерения времени иролета 4. С выхода электронного амплитудпого спектрометрического блока 3 сигнал, пропорциональный удельным иопизационным потерям эпергнп пона Af, поступает на вход Вх.С электроппого вычислительного блока 5, а с выхода электронного блока измерения времени иролета 4 сигнал, пропорциональный измеренному времени пролета иона t от пролетпого стартового детектора 1 до пепролетного стопового детектора 2, поступает на вход Вх. D электронного вычислительного блока 5. По измеренным величинам времени пролета t и удельным иопизациопным потерям Д однозначно определяется заряд иона Z по формуле которая следует из известпого выражения E-E-a.mZ где ос - постоянная; т - масса иона, путем замены , где V - скорость иона, и . Улучшение разрешающей способности устройства по заряду Z в устройстве достигается, во-первых, за счет того, что детектор удельпых ионизациоппых потерь выполнен в виде непролетного стопового детектора, так как он может быть изготовлен с большой степенью однородности. Так, например, при использовании в качестве пепролетного детектора удельпых ионизационных потерь поверхностно-барьерного детектора с толщиной рабочей области 40-60% полного пробега ионов в веществе детектора (онтимальная толщина Л -детектора), неоднородность толщины рабочей области определяется только неоднородностью материала детектора и может составлять величину менее 1 %, в то время как изготовление нролетных Д -детекторов с такой однородностью не представляется возможным. Поэтому ошибка в измерении удельпых ионизационных потерь непролетным стоповым детектором определяется, в основном, физическими процессами регистрации ионов в детекторе и составляет величину 4%. Во-вторых, улучшение разрешающей способности по заряду достигается за счет измерения времени пролета ионов вместо измерения их энергии, а время пролета ионов измеряется с существенно большей точностью (так, например, при рассгоянпи между стартовым и стоповым детекторами н 1 м погрешпость в измереипи времени совремеппои электроппои аппаратурой составляет величину менее 0,2%). Погрешпость определения заряда Z тяжелых ионов при помощи описываемого устройства составляет, таким образом, величину V/()H(f) т. е. устройство может оыть использовано для идентификации тяжелых иопов, имеющнх заряд . Таким образом, введепие стартового детектора, электронного блока измерения времени пролета и выполпение детектора удельных ионизационных потерь в виде пепролетпого стопового детектора, а также осуществлепие вышеописанпых связей между блоками позволило повысить разрешающую способность по Z до 2%, что дало возможность идентифицировать тяжелые ионы по заряду до величипы Z 50. Формула изобретения 1. Устройство для идентификации тяжелых иопов, содергкащее последовательно соединенные детектор удельных ионизационных потерь и электронный амплитудный спектрометрический блок, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью увеличения разрешающей способности по заряду, оно дополнительно содержит стартовый пролетпый детектор, расположенный перед детектором удельных ионизационных потерь со стороны источника тяжелых ионов, электронный вычислительный блок, один вход которого соединен с выходом электронного амплитудного спектрометрического блока, и электронный блок измерения времени пролета ионов, стартовый вход которого соединен со стартовым пролетным детектором, стоповый вход соединен с детектором удельных ионизационных потерь, выход соединен с вторым входом электронного вычислительного блока. 2. Устройство по п. 2, отличающс тем, что детектор удельных ионизационньГх потерь выполнен в виде полупроводникового поверхностно-барьерного детектора с толщиной чувствительной области, составляющей полного пробега ионов в веществе детектора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. G. Siegert и др. „Direct determination of the nuclear charge distribution of mass separted fission products from U (щь, f) „Physics letters, 1974, V53B №1, p. 45-47. 2. Moretto и др. „Intermediate mass fragments emitted in the reaction AT 100, 160 and 250 mev bombarding energy „Nuclear Physics, 1975, v. A 255, p. 491- 508 (прототип).

W