Интегральный электростатический способ измерения энергетического спектра -частиц

(19 4 С 5)5 Н ОСУДАРСТВЕ)НЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЪСТВ ОРСКОМ(71) Институт ядерных исследований АНСССР(54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА 3-ЧАСТИЦ(57) Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики и может быть использовано для прецизионного измерения энергетических спектров ф -частиц радиоактивных ядер, Целью изобретения является уменьшение фона, а также массогабаритных характеристик устройств, реализующих данный способ Такое устройство содержит источник 1 электронов, сверхпроводящие соленоиды 2 источника 1, систему соленоидов 3-7, систему электростатических потенциальных электродов 8-10, детектор 11 3- астиц, кожух 12, крайние магнитные силовые линии 13, вакуумные насосы 14. Способ позволяет уменьшить фон в 10 раза, по сравнению с прототипсм, что позволяет выполнять измерения статистически слабо обеспечиваемых участков спектра. 2 ил.Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и предназначенодля прециэион нога измерения энергетичеСких спектров 8-частиц радиоактивныхядер. 5Цель изобретения - уменьшение фона,а также массогабаритных характеристик устройств, реализующих данный спссоб,На фиг, 1 изображено устройство, которое реализует и иллюстрирует данный способ; на фиг. 2 - его функция пропускания.Нв фиг. 1 показаны: 1 - источник электронов, 2 - сверхпроводящие соленоиды источника, 3-7 - система соленоидов, 8-10 -система электростатических потенциальных электродов, 11 - детектор бета-частиц,12 - кожух, 13 - крайние магнитные силовыелинии, 14 - вакуумные насосы.Электроны (бета-частиц) вылетают израспределенного газового тритиевого источника 1 и попадают в магнитное поле соленоида 2.Магнитное поле, имеющее конфигурацию типа осесимметричного пробкотрона,создается с помощью системы соленоидов3-7, из которых соленоид 3 создает поле 25пробки источника, соленоид 7- поле пробкидетектора, конусообразные соленоиды 4, 5- неоднородные л 1 агнитные поля, а соленоиды б - магнитное поле в центре спектрометра. равное Нин=15 Гс. Для 30осуществления адиабатического движениязле.тронов в неоднородном магнитном поле пространственные распределения магнитного и электрического полей в этойоблас;и огр:.;.-лены расчетным путем, исходя из условийНРсН,35 бР/О 5где Н - величина нггряжеч.сти л 1 а. нитно го поля;Ь Н - изменение величины жаго;,:еннссти Н на одном витке спирали траекторииэлектрона;Р - величина импульса "лектрона; 45ьР - изменение величины импульса электрона на одном витке спирали траектории электрона;Я - расстояние по магнитной силовой линии; 50,д ( в ) - изменение величины первой3 Нс 151 Нпроизводной - на одном витке спиралисЛ 5траектооии электрона; 556- ) - изменение величины первой.,Рйпроизводной - на одном витке спирали(Рд 5траектории электрона,с расположением на оси симметрии водной из пробок магнитного поля /3-источника, а на другой - детектора электронов,Уменьшение длины спектрометра достигается тем, что электроны начинают тормозить с самого начала их движения вобласти сильного магнитного поля, а не вобласти медианной плоскости, как в известном спектрометре, Такое торможение осуществляется за счет пространственногораспределения магнитного и электрического полей. полученного расчетным путем, исходя из укаэанных условий,При распаде трития /З-частиц, испущенные в полусферу, обращенную к спектрометру, движутся по спиралям вдольмагнитных силовых линий в направлениисоленоида 3, обеспечивающего внутри себя1поле Н=8 Тл. Поскольку Нист 1 Тл - - Но,8то в силу сохранения адиабатического инваэи арианта - = сопзт (где а- угол междуНимпульсов электрона и магнитной силовойлинией), через поле соленоида 3 пройдутэлектроны, испущенные тритием в телесный угол 1 стрд, что обеспечивает светимость спектрометра, равную - 0,3 см (длягплощади газового источника 20 см ),2 Таким образом, структура магнитноо поля в пробке соленоида поле источника + поле соленоида 3) позволяет выделить электроны. испущенные под углами 20 по отношению к оси спектрометра, т.е. исключить электроны, прошедшие большой путь в газообразном тритии и испытавшие большие потери энергии (эти электроны отражаются магнитным полем соленоида 3 обратно в источник). В процессе движения в спадающем магнитном поле вслед";вие адиабаического характера деижения электронов происходит ьы"траивание и ил 1 ульсов по направлению магнитных силовых линий, которые в медианной плоскости спектрометра направлены параллельно оси спектрометра, так же, как и сигоеые линии электрического поля, Одноерел 1 енное с выстраиванием торможение электронов распределенным электрическим полем, создаваемым потенциальными электродами 8-10, позволяет сократить длину, на которой происходит выстраивание импульсов электронов, Для электрического поля неоднородность в медианной плоскости составляет -1 ц отн.ед,-6Максимальный угол между импульсом частицы и магнитной силовой линией, а следовательно, и электрической силовой линией в медианной плоскости, составляет%вкс . ( - гт - ) . Энергия, связанная в попоперечной компонентной импульса в меди- анной плоскости определяют абсолютное энергетическое разрешение спектрометра. После прохождения медианной плоскости спектрометра (если энергия электрона больше тормозящего потенциала) электрон ускоряется электрическим полем до первоначальной энергии и, двигаясь по спирали вдоль магнитных силовых линий (с увеличением угла а), попадает во вторую пробку (соленоид 7), где расположен детектор электронов - газовый пропорциональный счетчик с тонким окном,Для жесткого участка /3-спектра электроны, потерявшие в детекторе только часть своей энергии и рассеянные назад, останавливаются электрическим полем, не доходя до медианной плоскости (поскольку они теряют часть энергии в детекторе) и снова возвращаются в детектор. В результате практически вся энергия электрона выделяется в детекторе, так что эффективность детектора при разрешающем времени детектора т ) 0 1 мкс оказывается близкой к 100;.Спектссл 1 стр, реализующий данный способ был испытан с искусственным истсчникол электронов - фотспушкой, обеспечивающей мснохроматичный поток электронсв с регулируемой велич, нсй энергии. Энергетическое разрешение спектрометра в области энергий 20 КЭВ составило 2.8 ЭВ, т.е, оказалось близким к расчетной величине. Функция разрешения спектрометра представлена на фиг, 2, Следует отметить, что полученная функция прспускания имеет характер идеальной ступеньки, без "хвостов", Наличие "хвостов" у функций разрешения характерно, например для магнитных спектрометров и является причиной резкого снижения точности получаемых на них результатов,чЪ" нОдетНдет 10 где Н - величина напряженности магнитного поля, А/м;.Н - изменение величины напряженности Н на одном витке спирали траекторииэлектрона, А/м;Р - величина импульса электрона, кгххм/с;сб,.Р - изменение величины импульса электрона на одном витле спирали траекторииэлектрона, кг.м/с;5 - расстояни. по л 1 агн 1 гной силовойлинии, м;(дЕ= Ь в 1 л анввс -с.о " =1,8810 о),но Величина фона спектрометра составляет 10 отсчетов в секунду, При выключении тока соленоида б, когда детектор "видит" потенциальный электрод 10, фон ,составляет -1 О отсчетов в секунду. Вклад в этот фон дают электроны, испускаемые поверхностью э. екгрода 10 в результате темновых токов, При включении соленоиде 6 через детектор проходят крайние магнитные силовые линии 13, изображенные на фиг. 1, которые не касаются электрода. т.е.магнитное поле не захватывает электроны, испущенные поверхностями электродов.Таким образом, магни гное поле экранирует детектор от электронов. испускаемых 5 электродами или рассеянных электродами,Для такого исключения влияния электродов необходимо, чтобы диал 1 етр детектора удоЬ- летворял условию где О - внутренний диаметр любого элемента спектрометра;Н - напряженность магнитного поля вместе расположения элемента О;Ндет - напряженность магнитного поляв месте расположения детектора.Таким образол 1, предлагаемый способ иустройство для его реализации уменьшают фон в 10 раз по сравнению с известным способом, в котором детектор не экранируется магнитным пслел", с; фона электродов.Ул 1 еньшение фона позволяет выполнять измерения статистически слабо обеспечиваемых участков спектра, например высокоэнергетичного конца /3 -спектра, где количество Р-части ц мало.Формула изсбсетения Интегральньй эл.ктрический способизмерения энергетическсго спектра 3-частиц, включающий прспускание Р-частиц от источника через ссесл етричнсе магнитное поле с однсврел е",дым торможением в ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПСЛЕ На ДвтЕКтОР, ПРИЧЕМ ВЕ- личинумагнитного поля увеличивают как вблизи источника, так и вблизи детектора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения фона, а также л 1 ассогабаритных ха рактеристик устройств, реализующихданный способ, тсрмсжение в полях осуществляют при соблюдении у"повиййН/Н 02; Р Р 02; л,лн/д 5) 1 гЛ Р" 4 с, .р, --- (02 с Н/о 15 др/ 1 51707652 а поле в месте расположения детектораНдет удовлетворяет условию Нд/НО /О детг 3 -Р Составитель К.МеньшиковТехред М,Моргентал Корректор Редактор В.Данко ерява Заказ РО Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Нд( )- изменение величины первойддНпроизводной - на одном витке спиралиЦ 5траектории электрона;д - изменение величины первой-ДРЗРпроизводной д на одном витке спиралитракетории электрона,5где О - минимальный диаметр электродовна пути от источника до детектора, м;Олт - диаметр входа детектора, м.