Устройство для измерения энергии ускоренных тяжелых ионов

ИЕ ИЗ ОПИСАН АВТОРСКОМ чцел ут ядерных р. Элект 63, с. 256,Атомнаяп,2 с,140. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧИ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54).(57) 1, УСТРОЯСТВО ДЛЯ ИЗМЕРНИЯ ЭНЕРГИИ УСКОРЕННЫХ ТЯЖЕЛЫХИОНОВ, содержащее последовательни соосна расположенные в каналетранспортировки исследуемого пучка коллимирукщую диафрагму и рассеиватель в виде тонкой фольги,за которым расположен измерительный канал, в котором последовательно расположены калибровочный НИЯКщлисточник вь -частиц и детектортяжелых ионов, причем измерительный канал сопряжен под углом сканалом транспортировки, о т л на ю щ е е с я тем, что, сью повыаения точности измеренийи расширения области применимости,в измерительном канале перед источ"ником к. -частиц установлена тонкаямишень из материала, эффективно делящегося при воздействии на неготепловыми нейтронами, при этом мишень источника ф -частиц и детектор окружены поглотителем, а коллимирукщая диафрагма выполнена изматериала, атомный вес которогоравен или вьвае атомного веса вешесва исследуемых ионов,2, устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что мишеньвыполнена из урана, а источник ф -частиц - в виде слоя активного с 6 -вещества, нанесенного наодну подложку с мишенью,Цель изобретения - повышениеточности определения энергии и расширение области применимости устройства,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для измеренияэнергии ускоренных тяжелых ионов,содержащем последовательно и соосно расположенные в кайале тран 60 65 зобретение относится к техникеядерно-физических измерений и может найти применение в лабораториях,имеющих дело с ускоренными пучкамитяжелых ионов,1 з известных устройств для измерения энергии ускоренных ионов наибольшей универсальностью и прецизионностью обладают магнитные спектрометры и времяпролетные установки 11, 10Недостатки устройств - сложность,крупногабаритность и высокая стоимост ь,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является 5устройство для измерения энергииускоренных тяжелых ионов, содержащее последовательно и соосно расположенные в канале транспортировки исследуемого пчка коллимирувщую диафрагму и рассеиватель в видетонкой фольги, измерительньа канал,в котором последовательно расположены калиброванный источник Ы -частици детектор тяжелых ионов, причем измерительный канал после рассеивателясопряжен под углом с каналом транспортировки, Непосредственно с помощью таких устройств измеряют энергию рассеянных тяжелых ионов (ТИ,которая однозначно связана с энергией исходного пучка 2 .Недостаток известного устройствасостоит в том, что его применимостьограничена областью ионов с массовымичислами не выше 10-15. При переходе к более тяжелым ускореннымионам существенно возрастает неопределенность результатов измерения,что делает устройство неэффективным,либо вовсе непригодными для целейизмерения энергии ТИ, потому чтодля ионов с массовыми числами выше15 существенной становится величинатак называемого амплитудного дефекта АД), связанного с отличием откликов полупроводникового детектораПГ,Д к альфа-частицам и ТИ, АД определяется как разница между амплитудами импульсов на выходе ППД, возникающих при регистрации альфа-частиц и ТИ одинаковой энергии. Абсолют 50ная величина АД может достигать10 ХэВ и более, а учет его без дополнительных-измерений не всегдавозможен, поскольку он зависит отконкретных свойств детектора .и его 55состояния в момент измерения. спортировки исследуемого пучкаколлимирующую диафрагму и рассеиватель в ниде тонкой Фольги, за которым расположен измерительный канал, в котором последовательно расположены калйбровочной источникЫ-частиц и детектор тяжелых ионов,причем измерительный канал сопряженпод углом с каналом транспортировки, в измерительном канале передК-источником установлена тонкая мишень из материала, эффективно делящегося при воздействии на него тепловыми нейтронами, причем мишеньисточника М -частиц и детектор окружены поглотителем, а коллимирующаядиафрагма выполнена из материала,атомный вес которого равен или вышеатомного веса вещества исследуемыхионовКроме того, мишень может быть выполнена из урана, а Ж -источникв виде слоя активного 0 -вещества,нанесенного на одну подложку с мишенью,На чертеже приведено схематическое иэображение устройства,Оно содержит коллимирующую диафрагму 1, рассеиватель 2 тяжелых ио"нов, полупроводниковый детектор 3,мишень 4 из делящегося вещества, замедлитель 5 нейтронов, измерительныйканал б в теле замедлителя для прохождения ТИ к детектору, калибровочный источник 7 альфа-частицМатериал для диафрагмы 1 выбран .из таких соображений, чтобы угловоераспределение нейтронов, которыеобразуются в результате ядерных реакций при бомбардировке мишени ускоренными ТИ, обеспечивало попаданиезначительной их части в замедли" .тель 5. Размеры замедлителя 5 выбраны из расчета термализации нейтронов,летящих из облучаемой ионами диафрагма 1, Для ТИ с энергией 5б МЭВ/а,е.м, средний радиус шаровогозамедлителя10 см, поскольку)основная часть нейтронов имеет энергию 1 - 4 МэВ, При этих размерахзамедлителя, угле регистрации ТИ 20и расстоянии от рассеивателя до детектора около 30 см для материала диафрагмы подходят вещества с атомными номерами, равными и большимитаковых для регистрируемых ТИ. Вслучае ионов Т, Са, Ге удобно использовать диафрагму из тантала(А 1813,Мишень, должна быть выполненаиз материала, испытывающего делениепод действием тепловых нейтроновс большим эффективным сечением этойреакции, Кроме того, реакция должнабыть тщательно изучена экспериментально в отношении энергетическогоспектра осколков. Перечисленным условиям более всего удовлетворяет2 Мзз ц, Не исключена возможностьприменения других делящихся материалов, например з ЦРО . Толщинамишени не должна превышать нескольки десятков микрограмм на см стем, чтобы спектр осколков не искажался за счет самопоглощения.Калибровочный источнчк альфачастиц может быть совмещен с делящейся мишенью, т.е. может быть нанесен на одну с нею подложку, поскольку количество необходимогоальфа-активного препарата незначительно и не вызывает искаженияспектра осколков.Устройство работает следующимобразом,Пучок ТИ, распространяющийсяв направлении ОХ , частично торлюзится в материале диафрагмы 1, частично проходит через ее центральное отверстие. При этом ТИ, бомбардирующие периферическую областьдиафрагм 1, взаимодействуя с ядрами вещества, из которого онавыполнена, вызывают ядерные реакции, сопровождающиеся вылетом быстрых нейтронов, При правильнсм выборе атомного номера вещества диафрагмы 1 угловое распределение нейтронов таково, что значительнаяих часть опускается в конусе с достаточно широким угловым раствором,так что они попадают в замедлитель 5 нейтронов. В замедлителенейтроны, первоначально имеющиеэнергию от 1 КтэВ и выше, замедЛяются до тепловых скоростей, В результате мишень 4 подвергается облучению потоком тепловых нейтронов,которые вызывают в ней реакциюделения. Возникаюшне при этом осколки деления детектируются в детекторе 3. Одновременно с этим. часть пучка ТИ рассеивается на рассеивателе 2 и, проходя по каналув теле замедлителя 5 нейтронов,регистрируется в детекторе 3, Такимобразом полупроводниковый детектор3 одновременно регистрирует осколки деления и рассеянные ионы. Спектросколка деления ряда материалов,в том числеЦ,весьма тщательноизучен экспериментально. Положениепиков в энергетическом спектреосколковЦ известно с точностью0,5 РэВ, Средняя энергия группы;для легкой группы - Ек/100,4 МэВ.Эти значения используются при определении энергии рассеянных ионовиз результатов измерений, выполненных с помощью предлагаемого устройства. Соогветствующая процедура,позволяющая учесть амплитудный деФект, изложен ниже.Энергию рассеянных ТИ по резуль.татам измерений, выполняемых припомощи предлагаемого устройстваопределяют следующим образом. Сначала опредедяют величинуАД для каждой из двух . рупп осколков деления. При этом детектор калибруют по альфа-линиям калибровочного источника. Затем находят величину АД для регистрируекых ионов., 1 ОДля перехода от ЛД осколков к АДионам используют известные эмпирические Формулы, позволяющие рассчитать величину АД без учета вкладапотерь энергии в мертвом слое детектора15ЬБУ(Уффв)ь В(4 5 25 Ц,407)1/где Ю = КЕ.К = Ь,53 404/СХ 1 Ефз+5,81) (А+28,1Е - энергия ТИ или.осколка 20 .в ИЭВ;2, и А - порядковый номер и массовое число частиц;В - константа, В = 14"15, . 25 Для 3 и А осколков берут наиболее вероятные значения этих величин, известные из эксперимента, Потери энергии по входном окне пропорциональны плотности удельных ионизационных потерь (К Е /Ж Х) для частиц в материале детектора в основном 51) так что полный АД можно представить в следующем виде: АА =ьф 8(юе(ссх) 35 Тогдауф "Й 1 од А од, тиодкЕ/сСХ) ТИти ОДЕ(, Х) 00 е кх) тИт =рты О,Индексы Од и ТИ в этих формулахуказывают на принадлежность величин45 к осколкам деления или к тяжелымионам соответственно, ЗначенияаЕ/жХ) осколков и ионов берут изтаблиц, причем в первом приближении для энергии ТИ, от которой зависит величина( Г(иМ), берут еезначение, определенное без учетапоправок на АД, Истинное значениеГ,1 энергии регистрируекых (рассеянных) ионов .находят затем каксУммУ Е ист =Едет + Абати, где Едет55 значение энергии ТИ, определенноепо градуированному графику безучета поправок ча АД. Уточненноезначение АД и искомой энергии ионовможет быть получено методом после 60 довательных приближений, Соответствующая итерациднная процедура очевидна и не требует пояснений,Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определять энергию тяжелых ионов с учетом поправок105809 л Составитель Е,ГромовРедактор А.Курах Техред Л,ПилипенкоКорректор Г,Решетникююаююююююююевеееетююю юеаеае ююююаЮЮ ююЗаказ 9604/59 Тираж 843 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ю в ююеш аеа ю Е вв аеа аае е еа ю ю еаФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 на ДР, что делает устройство применимым для измерений энергии даже саьвх тяжелых ионов с энергией от. 150 МэВ и вьве, когда измерениябеэ соответствующих поправок лишенысмысла.