Устройство вывода пучка заряженных частиц на мишень

етельств КурчатоСтирин АИС.В.кусировка иких энергий АРЯ СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) рг) ОПИСАНИЕ к авторскому свил(71) Институт атомной энергетики им.И.ва(56)Котов В И, Миллер В. В форазделение по массам частиц высоМ. Атомиздат, 1969.(51) б Н 65 Н б 00 О 31 К 1 08 БРЕТЕНИЯ ЖЕННЫХ ЧАСТИЦ НА МИШЕНЬ(7) Использование: относится к магнитной оптике, а точнее к системам транспортировки пучков заряженных частиц в каналах ускорителей. Сущность изобретения: в зеркально-симметричной магнитной системе, состоящей из двух электромагнитов используется специально рассчитанная дополнительная краевая фокусировка которая позволяет объединить электромагниты в один узел с общим магнитопроводом и общей обмоткой возбуждения. 2 ил.Изобретение относится к магнитной оптике, а более конкретно к системам транспортировки пучков заряженных частиц в каналах ускорителей и может быть использовано в диагностике твердого тела с помощью пучков заряженных частиц.Целью изобретения является упрощение устройства вывода пучка заряженных частиц на мишень и уменьшение его габаритов.Для достижения указанной цели разработано устройство вывода пучка заряженных частиц на мишень на основе зеркально-симметричной магнитной системы, телескопической для пучка с энергетической дисперсией и состоящей из двух электромагнитов с однооодным магнитным полем, поворачивающих пучок в одну и ту же сторону на угол а каждый, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и уменьшения его габаритов, электромагниты имеют общий магнитопровод, а края полюсов электромагнитов со стороны входа и выхода пучков срезаны так, что нормали к ним образуются с осевой линией пучка соответственно углы ти тг для вхбда и выхода в первом электромагните и углы тг ит 1 для входа и выхода во втором электромагните, причем углы х 1 и 7 г определяются из условия: совт+1 дтвпа+ -(сова(абдт +1 дт )- 1 Р 1 2 -в 1 па(1-Фдт Сдт= Ог 18 т +дт -аот абдт = О2г где р - радиус поворота пучка заряженных частиц (м);2 - расстояние между магнитами (м);а- угол поворота пучка до плоскости симметрии системы (рад).Устройство иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 изображено вид устройства сверху, а на фиг, 2 - центральное сечение устройства,Функционально устройство представляет из себя симметричную систему из двух электромагнитов М и Мг. Расстояние между магнитами равно 2, Устройство состоит из общего магнитопровода, включающего в себя полюса (1) и вставку (2) и обмотки возбуждения (3), Полюса имеют симметричную форму: Я - 3-плоскость симметрии магнитной системы. Вставка (2) обеспечивает необходимый зазор между полюсами системы, Крал полюсов срезаны под углами ти тг, определенными выше. Охлаждаемая водой обмотка возбуждения (3) изготавливается из полой медной трубки и устанавливается в паз магнитопровода.Устройство работает следующим образом. В зазоре между полюсами системы ус танавливается однородное магнитное поле, Пучок заряженных частйц входит в магнит М 1 под углом т 1 относительно нормали к срезу, с радиусом р поворачивается на угола и выходит из магнита под углом тг. Прой 1 О дя свободный промежуток длиной 21, пучок входит во второй электромагнит Мг под углом тг относительно нормали к срезу, с радиусом р поворачивается на угол а и выходит из магнита под углом т . Общий 15 угол поворота пучка - 2 а. На краях полюсов магнитов М 1 и Мг производится специально рассчитанная дополнительная краевая фокусировка пучка. Система устроена так, что выходной фокус магнита М совпадает с входным фокусом магнита Мг, причем это справедливо для преобразования пучка в обеих плоскостях. В результате устройство поворачивает пучок заряженных частиц в первом приближении с сохранением входной расходимости.Для расчета устройства использован матричный аппарат общей теории зеркально-симметричных систем (1). При выполнении вышеуказанного условия (1) описанное устройство является телескопическим для пучка заряженных частиц с энергетической дисперсией и имеет следующие матрицы перехода:в горизонтальной плоскости 35аР Из" 2 М" )"О-1 40 22 12 12 23ОО -1М " - соответствуощие элементы мат- рицыМ М 1,1 1где 1. = 45 а элементы матрицы М 1 имеют еледующийвид:М" =соз а+19 тзи а М"ц = р зи а;М"3= р(1 - соз а)1И = -(сова(Сдт +Йдт )-Б 1 па21 7 гк(1-1 Кт абдт1 2М 22 =соза+ 3 и ат 9 72М 23 - зи а+ 9 т г (1 - соз а);МЗ = О М 32 = В М 33в вертикальной плоскости1 2 М ММ гг гО 1-1 -96 6 О -1 О О Изобретение позволяет создать болеепростые и менее габаритные, зеркально симметричные телескопические магнитныесистемы для вывода пучков заряженных частиц на мишень. Габаритные размеры уменьшаются не менее чем в два раза, При этом отпадает необходимость относитель ной юстировки отдельных магнитных эле. ментов и упрощается процедура выводапучка заряженных частиц на мишень. МЦз" - соответствующие элементы матРицы Му = 1.МУ,где1-айатра М = - -(йдт +Сдт -айат абдт )1-а 1 цту ( 11р . ггг 10 Устройство вывода пучка заряженныхчастиц на мишень испытано и используетсяв составе экспериментальной установки"Гамма". Установка предназначена для изучения процессов каналирования и излучения при каналировании электронов вразличных монокристаллах и для диагностики кристаллических образцов. Для успешного проведения исследований по 20физике каналирования необходимо вывестина мишень пучок электронов чистый от тормозного фона и имеющий малые размеры ималую расходимость. Таким образом, устройство вывода пучков на мишень должно 25обеспечить поворот электронов на достаточно большой угол после системы формирования пучка; при этом необходимосохранить в первом приближении размерыи расходимость пучка электронов. Источником электронов служит микротрон, Энергияэлектронов 20 МэВ, дисперсия частиц поэнергии д = + 10, В состав установки входят: система дистанционно-управляемыхколлиматоров, предназначенная для предверительного формирования пучка электронов по размерам и расходимости,вакуумный электронопровод, гониометрическое устройство для ориентации кристаллических мишеней, датчики тока пучка, 40детекторы рентгеновского излучения, устройство вывода пучка электродов на мишень. Устройство вывода пучка электроновна мишень является телескопическим дляпучка с энергетической дисперсией, поэтаму его применение позволило обойтись безобычно используемого в таких установкахмагнита-монохроматора, Это существенноуменьшило габариты всей установки и кроме того повысило интенсивность выведенного пучка электронов,В составе экспериментальной установки испытано устройство вывода пучка элекФормула изобретения55УСТРОЙСТВО ВЫВОДА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ НА МИШЕНЬ наоснове зеркально-симметричной магнитной системы, телескопической для пучкас энергетической дисперсией и состоятронов на мишень со следующими параметрами:радиус поворота пучка р - 250 мм, общий угол поворотапучка 2 а=270 О, расстояние междумагнитами 21-90 мм, углы среза краевполюсов т 1=54 1237" магнитов, т 2 = 31 О 2651" габаритные размеры 640 х 550 х 140 мм.Поворот на 270 О обеспечивает хороший уход от тормозного фона с направления формирования пучка электронов, Результаты испытаний показали совпадение расчетных параметров пучка электронов на выходе устройства с экспериментально измеренными, Полные матрицы преобразования устройства в горизонтачьной и вертикальной плоскостях имеют следующий вид; Таким образом, данное устройство является телескопическим для пучка с энергетической дисперсией с коэффициентами углового увеличения в горизонтальной и вертикальной плоскости равными соответственно + 1, В вертикальной плоскости размеры параллельного на входе пучка сохраняются и на выходе, Увеличение на выходе размеров пучка в горизонтальной плоскости достаточно мало и равно для параллельного на входе пучка ЛХ = й 612 д (мм), где д - дисперсия частиц по энергии, Так как для даннойсистемы р=250 мм,то Ьх = + 2 ро щей из двух электромагнитов с однородным магнитным полем, поворачивающим пучок в одну и ту же сторону на угол а каждый, стекающееся тем, что, с целью упрощения устройства и уменьшения его габаритов, электромаг1829882 7ниты имеют общий магнитопровод и общую обмотку возбуждения, а края полюсов электромагнитов со стороны входа и выхода пучка срезаны так, что нормали к ним образуют с осевой линией пучка соответственно углы х 1 и х 2 для входа и выхода в первом электро- МаГНИтЕ И УГЛЫ Х 1 И х 2 ВО ВТОРОМ ЭЛЕК- тромагните, причем углы х 1 и х 2 определяются из условия О=соэх+19 х 1 ххв 1 па+ - 1 сояа(Ф.дт +1 Кх )- 21Р г-81 пи(Иях 1 т 9 х 2)1О= 9 х 1+т 9 х 2-аЩх 1 т 9 х 2,где р - радиус поворота пучка зарякенных частиц, м;2 - расстояние между магнитами, м;а - угол поворота пучка до плоскости симметрии системы, рад,