Детектор для регистрации мощных пучков заряженных частиц

Номер патента: 1294126

Авторы: Бойко, Андреев, Евстигнеев, Ремнев

Формула

ДЕТЕКТОР ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ МОЩНЫХ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий цилиндр с облучаемой поверхностью в виде конической выемки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения доли обратно рассеянных детектором частиц и увеличения срока службы за счет перераспределения части энергии пучка на боковые стенки, на облучаемой поверхности детектора выполнены концентрические ребра с треугольным осевым поперечным сечением, внешний диаметр которых последовательно уменьшается с шагом 2 отD до 2 , где D - максимальный диаметр выемки детектора, так, что совокупность ребер образует в теледетекторе коническую выемку с глубиной L D / 2, причем внутренняя поверхность ребер параллельна оси детектора, а внешняя поверхность сформирована образующей, направленной относительно оси детектора под углом , определяемым из соотношения arctgD / 2L , высота ребер h не меньше (0,3 - 1) пробега детектируемых частиц в материале детектора, а ширина ребер равна величине , определяемой из соотношения = h tg . .

Описание

Изобретение относится к области радиационной техники и может быть использовано в науке и технике для регистрации мощных мегаамперных пучков заряженных частиц.
Целью изобретения является повышение точности измерений за счет уменьшения доли обратно рассеянных детектором частиц и увеличение срока службы за счет перераспределения части энергии пучка на боковые стенки.
На фиг.1 изображен поперечный разрез предлагаемого детектора; на фиг.2 изображено на примере электронов распределение потоков частиц в элементе конструкции детектора; на фиг. 3 - результаты расчета доли электронов, поглощенных в ребре; на фиг.4 - пример конкретного исполнения детектора.
На фиг. 1 изображен детектируемый пучок частиц (здесь и в дальнейшем - электроны 1), детектор 2, на поверхности которого сформированы ребра 3 с треугольным поперечным сечением. Внутренняя поверхность 4 ребер параллельна падающему пучку и оси детектора, образующая 5 внешней поверхности направлена под углом к оси пучка.
Падающие на поверхность детектора электроны частично поглощаются в ребре, а частично отражаются на стенку и поглощаются в ней. Преимущественно направления потоков частиц изображены на фиг.2. Здесь учтено, что наиболее вероятный угол отражения равен углу падения частиц на поверхность. При L = D/2 = 45о и максимум отраженных ребром электронов направлен перпендикулярно стенке и вторичное отражение минимально. При > 45о максимум вторично отраженных частиц направлен во внешнюю относительно детектора полусферу, чем и обусловлена утечка.
При < 45о отраженные стенкой частицы будут двигаться, в основном, опять к детектору, в частности - к ребру, т.е. не будут теряться, будут регистрироваться. Аналитически условия резкого уменьшения утечек запишутся в виде L D/2 и arctg D/2L.
Высота ребер h выбирается из условия h > (0,3-1) пробега регистрируемых частиц в материале детектора. Это обусловлено тем, что именно на таких глубинах наступает насыщение коэффициента обратного рассеяния. Как следствие, ширина ребер, равная половине шага изменения их диаметра, определяется из = h tg .
Расчет параметров конкретной конструкции может быть выполнен, как и в реальном техническом случае, двумя путями. В первом случае исходным параметром является угол , от величины которого зависит соотношение между числом частиц, поглощенных в ребре и стенке.
На фиг.3 приведены результаты расчета доли электронов , поглощенных в ребре для металлов с малым атомным номером (до алюминия) и начальной энергией 400 кэВ в зависимости от угла при вершине ребра (расчет является оценочным и двух и более кратные рассеяния не учитываются). Видно, что изменение угла при вершине позволяет задавать необходимое соотношение тепловых нагрузок в ребре и стенке. Выбрав необходимый угол (например, при (12-13)о соотношение потоковых нагрузок на стенку и ребро равно примерно 1: 1), по известному диаметру пучка выбирают L D/2, исходя из энергии частиц в пучке и их пробега в материале детектора R определяют h (0,3-1)R, находят = h tg .
Возможен и другой путь. Например, если за исходные данные взять диаметр пучка D = 100 мм, L = 100 мм, регистрировать необходимо пучок электронов с энергией 2,5 мэВ. Для таких частиц пробег в алюминии R 1 г/см2 = 0,37. Тогда arctg D/2L 27о, h = 2,7 3,7 = 10 мм, = h tg = 5 мм. На фиг. 4 изображен рассчитанный по этим данным детектор. Видно, что поверхность предлагаемой конструкции намного больше, чем у простого конического детектора. Кроме того, излучаемый выигрыш не связан с увеличением числа отраженных частиц. Наоборот, при уменьшении угла , т.е. с увеличением поверхности, доля отраженных частиц уменьшается.
Изобретение относится к приборам для регистрации пучков заряженных частиц. Целью изобретения является повышение точности измерений и срока службы. Это достигается тем, что на поверхности конической сужающейся выемки цилиндрического коллекторного детектора выполнены концентрические ребра с треугольным поперечным сечением, вершина которого направлена к пучку. Внутренняя поверхность ребер параллельна оси детектора, а внешняя сформирована образующей, направленной под углом к оси детектора. Высота ребер h не менее (0,3 - 1) пробега детектируемых частиц в материале детектора, угол a выбирался из соотношения a arctgD/2L , где D - максимальный диаметр выемки детектора, L - ее глубина. Ширина ребер определяется из D = htg , их внешний диаметр последовательно уменьшается с шагом 2 от D до 2 . 4 ил.

Рисунки

Заявка

3943146/25, 11.07.1985

Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С. М. Кирова

Андреев О. В, Бойко В. И, Евстигнеев В. В, Ремнев Г. Е

МПК / Метки

МПК: G01T 1/29

Метки: детектор, частиц, регистрации, заряженных, мощных, пучков

Опубликовано: 30.09.1994

Код ссылки

<a href="http://patents.su/0-1294126-detektor-dlya-registracii-moshhnykh-puchkov-zaryazhennykh-chastic.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Детектор для регистрации мощных пучков заряженных частиц</a>

Похожие патенты