Устройство для определения энергетичных заряженных частиц

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 Т 1(36 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ.ъмОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Бюл. У 27н, С.В.Коновалов,и С.В,Путвинский4 (088.8)Ф 1, с. 43-45. риборы для аучных исследова 7, И 11, с.51-54 англ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗНЕ(57) Изобретение относится к приборам для регистрации заряженных частиц, в частности к устройствам дляопределения энергии частиц, Цельюизобретения является обеспечение воможности проведения измерений в силном магнитном поле в термоядерныхустановках и расширение энергетического диапазона регистрирующего устритиории, кана(21) (22) (46) (72) В.Х.Л (53) (56) 4043383/4010,01,8623,07,87.Н.Е.Карулиихтенштейн621.387.42ПТЗ, 1973801325391 ройстваЦель достигается тем, чтов устройстве, содержащем детекторчастиц и защитный элемент, последнийвыполнен в виде микроканальной пластины, характерные размеры которойудовлетворяют определенному соотношению. Заряженные частицы в магнитномполе движутся по спиральной траектории. Поэтому, так как радиус кривизны траекторий таких частиц намногобольше длины каналов пластины, которая обычно составляет у существующихобразцов й = 0,5-1 мм, магнитное поле не затрудняет прохождения энергетических частиц через защитное устройство,Начиная с некоторого кческого радиуса кривизны траектчастицы не смогут пройти черезлы пластины, чем и достигается защита детектора от низкоэнергетическихионов плазмы. 1 ил.5 10 15 Й 1 ии 1Й а 37 х визны соответствует энергия:20 ЕотсечкикэВ 1 = 0,72 х Е от сечки ЕКэВ 3 х ------ , - Е В сТл) ЩФи оротона где Й - толщина МКП; а - диаметр каналов; К, ш - заряд и масса регистри- о 5руемых частиц, В - магнитное поле установки, МКП представляет собой матрицу из свинцово-силикатного стекла, содержащую большое число тонких прямыхканалов и помещается вместе с датчиком н магнитное поле термоядерной установки перед детектором,На чертеже схематически представлено регистрирующее устройство.Устройство содержит защитный элемент 1 в виде микроканальной пластины из свинцово-силикатного стекла иполупроводниковый детектор 2 частиц,На чертеже показаны также траектория3 регистрируемой частицы и траектория 4 фоновой частицы.Заряженная частица в магнитном поле движется по спиральной траектории,радиус кривизны которой равен Рь 45Н=- -----где 1 = цшс/КеВ - радиус лариоровского вращения заряженной частицы н магнитном поле В; в, ч, Е - масса, скорость и заряд частицы; Х - угол между направлением магнитного поля и скоростью частицы - питч-угол, Например, для типичных магнитных полей термоядерных установок с магнитным удержанием и заряженных частиц, являющихся продуктами термоядерных реакций, величина лариоронского радиуса составляетй 2 - 7 см. ПоэИзобретение относится к области диагностики высокотемпературной плазмы и может быть использовано для регистрации эпергетичных заряженных частиц, например продуктон термоядерных реакций.Цель изобретения - обеспечение воэможности проведения измерений в сильном магнитном поле в термоядерных установках и расширение энергетического диапазона регистрирующего устройства.Сущность изобретения заключается в том, что защитный элемент выполнен на основе микроканальной пластины (МКП), характерные размеры которой удовлетворяют соотношению тому, так как радиус кривизны траектории таких частиц много больше длины каналон микроканальной пластины,которая обычно составляет у существующих обраэцон МКП Й - 0,5 - 1 мм,магнитное поле не затрудняет прохождение энергетичных частиц через защитное устройство на основе МКП (траектория 3). Частицы низких энергий,например фоновые частицы плазмы, сэнергией от единиц до десятков килоэлектронвольт движутся в магнитномполе по более искривленным траекториям (траектория 4). Так, начиная снекоторого критического радиуса кривизны траектории КК = Й/8 а, частицы не смогут пройти через каналы МКП. Этому критическому радиусу крих 10 ( ---- ) (Е В 1 ТлЙии -3 шоротона Й ш огде шпботона - масса протона; а - диаметр каналов МКП, обычно составляющий 10-20 мкм.Заряженные частицы с энергией ЕВотсрцкц не смогут пройти через каналы МКП, чем достигается защита детектора от низкоэнергетичных ионов плазмы.Магнитное поле установки является отклоняющим, с его помощью отсекаются паразитные фоновые частицы, что существенно упрощает конструкцию защитного экрана. Подбирая параметры МКП, можно измечять энергетический .порог отсечки н диапазоне 50 кэВ, что существенно превосходит характеристики известных устройств.Предлагаемый защитный элемент на основе МКП является также высокоэффективным коллиматором частиц ввиду малой угловой апертуры каналов. Численные расчеты, выполненные с учетом возможного отражения частиц от стенок каналов, показывают, что коллимация определяется геометрическими размерами МКП, причем угол коллимации состанляет 8 о 2 а/Й -" 0,01-0,04,Предлагаемое устрдйство также обладает по сравнению с известным в десятки раз меньшими размераии, а также значительно более высокой (до 75%) геометрической прозрачностью защитного элемента.П р и м е р, Выполнение устройства для защиты детектора, работающего132 Согласно выражению, приведенномув формуле изобретения, размеры МКПопределяются следующим образом:д Г 10 кэВ 1ймм 3 --37ха 2 5 Тл пРот у енным цед =Оь 5 осташиной довлетворя дартная МКП на иметь к 1 б б м 2. лф 0,5енее ибр до а -37 а. В Тлолщина МКП;ш - зарядчастиц, В ая пласт Т м, станд 0,5 мм раз диаметр где й налов, рируемых 5 установк либромтавленным а толщинои масса регист довлетв магнитное пол г Составитель В.Дрь Редактор Е.Папп Техред Л.Олийнык/40НИИПИ Госудапо делам и13035, Москв Тираж 730ственного комитета СССРобретений и открытийЖ, Раушская наб д.4 Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная, 4 в магнитном поле с индукцией В = 5 Тл от низкоэнергетичных дейтонов (Е1, ш = 2 ш) с энергиями Е(О кэВ.1 5391 4Формула изобретенияУстройство для определения энергетичных заряженных частиц, включающеедетектор частиц и защитный элемент,предназначенный для предотвращениядетектирования фоновых частиц, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью обеспечения возможности проведения измерений в сильном магнитном О поле в термоядерных установках и расширения энергетического диапазонарегистрирующего устройства, защитныйэлемент выполнен на основе микроканальной пластины (МКП), характерныеразмеры которой удовлетворяют соот