Способ коррекции оптической системы

-дэ:а-.ктОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ 32 О 28 Союз Советских Социалистических РеспубликАТЕЯТУ симыи от патентаЗаявлено 31.Ч,1968 ( 1248251/18-10) К 6 02 Ь 5/20 6 02 Ь 13/18 2 Л 1.1967,108505 и риоритет 31 Х,1967109917, Франция Комитет по аелзм изобретений и открытий при Совете МинистровОпубликовано 02,Х ДК 539,1,044:535.818.8 (088.8) 71. Бюллетень а опубликования описания 7.1.19 Автор зобретени Иностранецилипп Сина(Франция) явите ПОСОБ КОРРЕКЦИИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ берр Изобретение относится к способам а а. ционной коррекции оптических систем.Известны способы коррекции оптической системы путем радиального изменения ее преломляющих свойств.Предлагаемый способ отличается от известных тем, что компоненты системы облучают потоком, взаимодействующим с материалами этих компонентов, закон изменения которого задают с помощью фильтра переменной плотности, после чего возникающее окрашивание используемых оптических материалов устраняют термообработкой, а изменение объема - полировкой, а также тем, что закон изменения интенсивности облучения задают за счет смещения корригируемой системы относительно облучающего потока.Это позволяет проводить аберрационную коррекцию при сохранении геометрической расчетной формы компонентов системы,По предлагаемому способу для радиального изменения показателя преломления компонентов системы их подвергают действию излучения, вызывающего изменение оптических свойств материалов этих компонентов. Используют, например, быстрые и тепловые нейтроны, получаемые в ядерном реакторе, Быстрые нейтроны непосредственно действуют на атомы стекла или другого оптического материала. При облучении тепловыми нейтронами оптический материал должен содержать определенное количество элемента, например бораили лития-б, способного испускать быстрые частицы под действием нейтронов, 5 Борили литийвступает в реакцию (и,а)в стекле, показатель преломления которого изменяют, и получаемые альфа-частицы вызывают ядерные соударения, вызывающие определенное число смещений сталкивающихся 10 атомов, При такого рода облучении введениенебольшого количества элемента с большим сечением реакции, например бора, необходимо для образования достаточного числа смещений. Кроме того, применение реакции 15 (и, а) позволяет ограничить диффузию и локализовать происходящие изменения структуры, что очень трудно при быстрых нейтронах, так как они замедляются при упругих соударениях, а траектории альфа-частиц невелики, 20 порядка 1 лук.Эффективные сечения смещения значительно больше при применении тепловых нейтронов, чем быстрых. Эффективное сечение реакции бора, снижается от 4000 барнов для 25 тепловых нейтронов, до 4 барнов для быстрыхнейтронов, Например, эффективное общее сечение кремния (реакции и диффузии) составляет всего 2,5 барна для нейтронов с энергией от 0,01 эв до 3 кэв. Быстрые нейтроны 30 оказывают тем меньшее влияние, чем болеетепловые нейтроны преобладают в спектрахиспользуемых ядерных реакторов (типа котел в бассе).В качестве оптического материала компонентов системы используют стекло на основекремнезема, содержащее 0,7/, боравформе В,Оз. Природный бор, являющийсясмесьо двух изотопов бораи бора, содержит 18,83/о бора. Эффективное сечениереакции этого стекла составляет около 28 барнов. Сечение диффузии для этого бора составляет около 2 барнов. Процентное содержаниебораили лития в стекле может колебаться в пределах порядка 0,1 - 1/оТепловые нейтроны быстро затухают приобычных концентрациях бора или лития. Этозатухание выражается в изменении объемнойплотности по мере более глубокого проникновения излучений, в результате чего возника.ют сокращения, и в некоторых случаях можетпоявиться вредное двойное лучепреломление.Поэтому при применении тепловых нейтроновнеобходимо следить за тем, чтобы процентноесодержание бора не превышало пороговой величины, соизмеримой с деформациями, допустимыми для рассматриваемых оптическихизделий, Это неудобство отпадает в случаеоблучения быстрыми нейтронами.Ограничения при выборе оптического материала обусловлены с одной стороны активностью, которую может приобрести материалпри облучении, а с другой - возможным появлением окраски. Основной компонент стекол,кремнезем, свободен от указанных ограничений, Период полураспада 81 з составляет2,б часа. Время для достижения предела без.опасности 2,5 нр/час мало; при кремнеземистом стекле, облученном 10" нт/сне и обладающем активностью порядка 1 р/час, на выходе из реактора это время полураспада составляет величину порядка 22 час для линзы,диаметром около 3 см,Так как друтие составные части стекла обладают различными периодами полураспада,наличие некоторых из них может оказатьсянедопустимым. Так, например, сурьма и железо имеют изотопы, индуцируемые активностикоторых отличаются большими периодами.Порядок величин этих активностей также значителен. Активность продуктов реакции (и,а) мгновенно снижается, и в этом отношениитакая активность более желательна, чем активация, вызванная быстрыми нейтронами.Описываемое облучение ведет, как правило, к окрашиванию стекол, устраняемому термообработкой. Поэтому необходимо, чтобыстекло не содержало элементов, которые могутбыть причиной окрашивания, так же стойкоготермически, как и изменение показателя преломления. В связи с этим желательно присутствие щелочных металлов, за исключениемлития, и их галогенидов.Для непрерывного изменения интенсивности облучения используют фильтр, имеющий,как и линзы центрированной системы, симмет 5 10 15 2 О 25 зо 35 40 45 ло 55 60 б 5 рию относительно оси системы. При облучении тепловыми нейтронами применяют фильтриз стекла с примесью элемента, поглощаюшего тепловые нейтроны, например лития, бораили кадмия, Форма сечения фильтра определяется расчетом как функция требуемого изменения облучения. Фильтр могкно изготовитьиз нескольких наложенных друт на друга элементов, причем каждый из них может обладать своей абсорбционной способностью,Полученный расчетный профиль фильтрапроверяют, используя авторадиограмму металлической пластинки, например, из золотаили меди, которую облучают нейтронным потоком через фильтр, Активность пластинкипозволяет определить, насколько точна полученная доза.Облучение можно проводить без фильтра.В этом случае линзу перемещают относительно облучающего потока таким образом, чтобыкаждая точка линзы получила требуемую дозу облучения. Можно поворачивать линзу вокруг оси, отрегулировав дозу облучения вдольмеридиана. Можно также комбинировать обаприема и вращать линзу со своим фильтромвокруг оси, Это позволяет добиться равномерности облучения по кругу.Возникающее после облучения окрашивание, ведущее к потерям светопропускания,устраняют путем нагревания линзы в течениеопределенного времени и при определеннойтемпературе. Для ряда стекол интервал температур, при которых окраска восстанавливается, соответствует предельной или лежитниже той зоны, при которой имеет место изменение показателя преломления. Так, длястекол из кремнезема восстановление окраскипроисходит при температурах 320 - 1500 С,тогда как появление окраски происходит притемпературах 100 - 320 С, Для устранения окрашивания стекла достаточно нагревать его втечение десятка часов в определенном температурном интервале. Ускорение обесцвечивания стекла достигается действием ультрафиолетового излучения. Свинцовые или окисноцериевые стекла отличаются высокой стойкостью против окрашивания даже при большихдозах нейтронов,Для увеличения однородности облучающегопотока используют коллиматор, выполненныйиз материала, поглощающего нейтроны,Дейстзие энергетических излучений на оптический материал вызывает внутри этогоматериала изменения объема. Если облучениепроизводят после придания линзе расчетнойформы, то это изменение устраняют дополнительной полировкой.При осуществлении предлагаемого способана примере стекла пирекс, содержащего80,10/о Ог; 12,75 О/о ВгОз; 2,25 О/о А 1 гОз 2)9 оМагО; 1/о МдО и 1/о СеОг с концентрацией0,5% бора, имеет место практически линейное изменение показателя преломления придозе облучения до 10" н/сла для температурдо 100 С, Изменение показателя преломле 320128ния, равного 1,477, составляет 0,007 для дозы, близкой к 10" и/см-, что дает возможность корректировать линзы с достаточно большой апертурой.Рассчитывают коррекцию показателя преломления в каждой точке линзы в виде функции расстояния от оси и дозы нейтронов, которая должна быть получена в каждой из этих точек для осуществления требуемой коррекции.ЯУчитывая, что 1=А - , где А - констанУ- ЬУ пта,- радиус линзы, и=, находимУ п - 1выражение для изменения показателя преломления линзы в произвольной точке М, расположенной на расстоянии Й от оси Ьп= - айз, где а - константа.Для линейной зависимости изменения показателя преломления от дозы облучения имеем п=п;+Ьв, где и; - начальный показатель преломления стекла до облучения; О - доза тепловых нейтронов, полученная на расстоя нии Й от оси, и Ь - константа,Ьп=п - по= - аР=п;+ЬО - по,где пд - показатель на оси, откуда при Й=О; п=по, О=Оо, где Оо - доза облучения на оси. О=п+ЬО, - и, и- ай - п + д, - ай+ Ьд аЬ Ь ЬЕсли толщина фильтра по оси равна нулю иУ=О и Й=О, то получим 6;=О, и е-=1 -ай 1айили У= - 1 п 1 -Последнее выражение связывает толщину Уфильтра и расстояние Й до оси.Для данного стекла имеем:п= 1.478+8.35 10 - Одля 0=10" н(см п=1,479для 0=7 10" н(см п=1,484и= - 2,28 10-зй Ь=8,35 10 - ", 1=4,207, во=7 10" н(см У= 1 п (1 - 0,39 Й) -14,207уравнение для профиля фильтра при равномерном и параллельном потоке.Для сообщения равномерности нейтронному потоку при использования ядерного реактора типа бассейна применяют коллиматор, содержащий наружный алюминиевый цилиндр, закрытый с двух сторон торцовыми крышками также из алюминия, спаянными с цилиндром в атмосфере аргона. Коллиматор из кадмия охватывает одну торцовую часть и боковую поверхность цилиндрической полости, остав. ляя свободной вторую торцовую часть, черезкоторую проникает поток тепловых нейтро. нов, Фильтр помещают на пути этого потока перед корригируемой линзой. За этой линзой размещены на алюминиевой детали два де. 5 тектора из никеля и кобальта для измерения быстрых и тепловых нейтронов. Между филь. тром и линзой может быть помещена пластин. ка из золота и меди, хранящая информацию о дозе нейтронов, полученной каждым участ 10 ком линзы. Влияние коллим атор а на эффективный по. ток, достигающий линзы, учитывается при расчете фильтра. Для кругового коллиматора радиуса и длины 1. отношение Оь/Оо для по 15 токов, полученных на расстоянии Й от центра,определяется выражениемУ-, 2 а-Сг 1, 1 Ьо0йЦо1 Ь 1(+ ь) + Е 20 у +ь В данном примере 1.=5 см; Й изменяется от 0до 1,5 см и=1,5 см. Профиль фильтра Предмет изобретения 1, Способ коррекции оптической системы 45 путем радиального изменения ее преломляющих свойств, огличаюиийся тем, что, с целью проведения аберрационной коррекции при сохранении геометрической расчетной формы компонентов системы, ее облучают потоком, 50 взаимодействующим с материалами этих компонентов, закон изменения которого задают с помощью фильтра переменной плотности, после чего возникающее окрашиванпе используемых оптических материалов устраняют тер мообработкой, а изменение объема - полировкой.2. Способ по п, 1, отличающийся тем, что закон изменения интенсивности облучения задают за счет смещения корригируемой системы 60 относительно облучающего потока. При излучении 10" н(см/сек облучение должно длиться несколько менее 20 час для полу чения дозы порядка 7 10" н(см.После облучения линзу обесцвечивают путем суточного нагревания примерно до 260 С или путем ультрафиолетового облучения, проводимого одновременно или после теплового 35 обесцвечивания.Окончательно линзы полируют и выдерживают в течение месяца для снижения радиоактивности материала линзы, после чего по интерференционной картине контролируют 40 точность выполнения коррекции.