Способ определения параметров электронно-ионных колец Советский патент 1982 года по МПК G01T1/29 

1

Изобретение относится к ускори- тельной технике и предназначено для диагностики процесса накопления ионов в электронном кольце.

В коллективном ускорителе ионов с электронными кольцами накопление ионов происходит за счет ионизации электронным ударом нейтралов, попавших в объем кольца из импульсной газовой струи, или при напуске газа в камеру натеканием. Образовавшиеся ионы удерживаются внутри кольца электрическим полем электронного кольца и ускоряются вместе с ним.

Для настройки ускорителя и обработки результатов физических экспериментов необходимо оперативное измерение числа ионов и их среднего заряда, желательно в каждом цикле ускорителя.

Известны способы измерения числа ионов по выходу вторичных продуктов ядерных реакций 1,р.,по вторичноэлектронной эмиссии СЗ.

Однако они имеют общий недостаток - ионный сгусток гибнет на изме рительном устройстве и не может быть использован для физического эксперимента.

Известен способ измерения числа ионов без разрушения электронно-ионного кольца на основе регистрации тормозного излучения Однако с его помощью невозможно определить заряд ионов, так как сечение излучения слабо зависит от экранировки кулоновского поля иона электронными оболочками.

15 Наиболее близким к предлагаемому является способ определения па; аметров электронно-ионных колец без их разрушения, включающий измерение интенсивности излучения электронно20 ионного кольца и энергетического спектра. Определение полного числа ионов и их среднего заряда без разрушения электронно-ионного кольца производят по характеристическому рентгеновскому излучению. В результате ионизации электронным ударом нейтронов и ионов, находящихся в объеме электронного кольца, возника ет характеристическое рентгеновское излучение. Энергия этого излучения, например КХ-лучей, зависит от конфигурации электронных состояний и тем самым от степени ионизации, энергетические сдвиги в рентгеновских спектрах многозарядных ионов относительно КХ-лучей однократной ионизации дают возможность определе ния степени ионизации. Изменяя интё .сивность КХ-лучей, можно определить число ионов в кольцах 51. . Однако для его реализации требуется дорогостоящий сверхчистый германиевый детектор с предусилителем, импульсной оптической ббратной связью, необходима также защита детектора от фотонейтронов и строгая коллимация для предотвращения перегрузки предусилителя -вспышек при высадке электронов на стенки камеры во время инжекции и сбросе кольца на мишень, что приводит к существенному уменьшению числа реги стрируемых событий и исключает возможность оперативного определения числа ионов и их среднего заряда в каждом цикле ускорителя. Цель изобретения - повышение раз решающей способности измерений и определение среднего значения ионов Поставленная цель достигается тем, что согласно способа определения параметров электронно-ионных колец без их разрушения, включающем измерение интенсивности излучения электронно-ионного кольца и энергетического спектра, регистрируют интенсивность и спектр гамма-лучей, возникающих при обратном комптоновс ком рассеянии характеристического рентгеновского излучения ионов на электронах кольца. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что измеряется ин тенсивность и энергетический спектр 7 -излучения, возникающего при стол новекии высокоэнергетических элект-- ронов с фотонами малой энергии КХ-лучами, и по ним определяют полное число ионов в кольцах и их сред него заряда. В результате так называемого обратного комптоновского рассетжя характеристического рентгеновского излучения ионов получаванты с энергией на три поьше энергии рассеиваемых Рассеянные фотоны обладают ной энергией в случае встречкновения электроной с раси фотонами под углом UeCVltl -Ej/Ee энергия рассеиваемых фотонов, масса и энергия электронов . учая регистрации рассеянных телесном угле с раствором нтенсивность рассеянного зависит от j - энергии фопенным образом tj)zcuv-gX j(J-0o)f«-%-cose) длина проьега электронов в направлении; совпадающем с осью детектора (видимая длина); классический радиус электрона; плотность электронов эне(Лия фотонов после рассеяния в шс энергия рассеянных фотонов, регистрируемая и максимальная соответственно;скорость света; угол между направлением движения электронов и рассеиваемых фотонов-, плотность фотонов характеристического излучения) (Ne7S) полное число электронов в кольце; плотность ионов, площадь сечения кольца, сечение ионизации К оболочки иона. вим (3) в (2) и домножим емя измерения и площадь сеьца, получим выражение сивности рассеянного излучения электронно-ионного кольца за время Т : DUp-iC UJ-ehgVujiGCjH) x:(t /2E5o)3 1-cose, где V - объем электронного кольца. Измеряя интенсивность рассеянного излучения по формуле С), легко определить ni-V - полное число ионо в электронном кольце, зная остальные параметры, входящие в формулу, в настоящее время они с помощью различных способов и систем измеряются. Измеряя энергетический спектр рассеянных фотонов и определяя его сдвиг сравнением с рассчитанным по формуле (1), можно определять средний заряд ионов. В качестве примера приведен расч интенсивности рассеянных фотонов и величины сдвига их спектра для известного коллективного ускорителя тяжелых ионов. Например, возьмем накопление ионов ксенона в электронные кольца Для ксенонасечение ионизации К -оболочки имеет значение 6 5- Ю с Параметры колец ускорителя сле.дующие МеЧ-ю, и xo,5--fO Ее -О f N LcNv (E) --1 Мдв С Ек.Х --ЬОКэв) Возьмем для примера время измере ния Т 200 МКС, L 0,1 см и, учитывая изотропность характеристического излучения, по формулой (Ц) получим I(E) si 5- 10 . Интенсивность уменьшается геомет рией измерений и коллимацией в соответствии с мертвым временем ана лизирующей аппаратуры. Для ионов ксенона с зарядом I 30 величина сдвига спектра КХ-лучей равна 200 эв, соответственно для рассеянных j-квантов по формуле получим зн чение сдвига Е 120 кэВ. Эту велич 3 ну можно регистрировать с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Для работы с приведенными интенсивностями желательно в качестве анали зирующей аппаратуры.использовать АЦП с малым мертвым временем на линии с мини-ЗВМ, что позволяет производить измерение параметров в каждом цикле ускорителя. Аналогичные расчеты для других тяжелых и средних элементов, ускоряемых на коллективном ускорителе тяжелых ионов, показывают пригодность данного способа. Способ диагностики электронноионных колец по обратному комптоновскому рассеянию отличается от способа, основанного на регистрации характеристического рентгеновского из лучения. Формула изобретения Способ определения параметров электронно-ионных колец без их разрушения , включающий измерение интенсивности излучения электронно-ионного кольца и энергетического спектра, отличающийся тем, что, .с целью повышения разрешающей способ-. ности измерений и определения среднего заряда ионов, регистрируют интенсивность и спектр гамма-лучей, возникающих при обратном комптоновском рассеянии Характеристического рентгеновского излучения ионов на электронах кольца. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Векслер В.И. и др. ОИЯИ, Р9-35 0-2, Дубна, 1968. 2.Долбилов Г.В. и др. ОИЯИ, РЭ - 11191, Дубна, 1978. 3.Энгель А. Ионизованные газы, М., 1959, с. 98. k. Инкин В.Ж. и др. ОИЯИ, Р9 129АО, Дубна, 1980. 5. Зиберт Х.У. и др. ОИЯИ, РЭ 9366, Дубна, 1975 (прототип,