Способ получения пучков ускоренных ионов

.7";,Р",т Союз Советских ОП ИСАН ИЗОБРЕТЕН 7 Ф 7-В 6 циалистически Республик(45) Дата опубликов Государственный комитет СССР по делам изобретений(71) Заявитель СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УСКОРЕННЫХ ИОНОВ Изобретениерения заряженниспользованоских исследоваонных повреждтериалов, преднвания в реактотакже в технолориалов. ком ков, во о относится к методам ускоых частиц и может быть преимущественно в физичеиях по" имитацйи радиациний,конструкционных маазначенных для использоах деления и синтеза, а гии легирования этих матеВ связи с развитием атомнои энергети ки возникла необходимость изученияфизической сущности процессов, ответственных за радиационное повреждение конструкционных материалов,которые могут быть,использованы в реакторах деления и синтеза. 15 Основным методом такого излучения является имитация реакторных повреждений с помощью пучков ускоренных ионов,Параметры пуков, которые могут быть использованы в экспериментах по имита ции радиационных повреждений, должны удовлетворять целому ряду требований по массовому и энергетическому спектрам. Наиболее существенное из этих требований, вытекающие из естественной необходимости обеспечения адекватности условий эксперимента имитируемой радиационной обстановки в реальных реакторах, заключается в том, что одновременно с тяжелыми ионами, имитирующими нейтронную 30 поненту реальных радиационных потоэти пучки должны содержать такжед род и (или) гелий, а также, возможнои другие сорта ионов -в" Пройорциях, определяемых составом соответствующих потоков радиации в реальных реакторах,Известен способ получения ускоренных ионов многокомпонентного потока; по ко торому ионы разного сорта ймеют,"практйчески, одну энергию, а имитация энергетического разброса производится изменением угла наклона облучаемой мишени 111.Недостатком известного способа является сложность осуществления.Ближайшим техническим решением является способ получения ускоренных ионов, включающий инжекцию пучка первичных ионов в ускоряющую трубку электростатического ускорителя 21.По этому способу для создания много- компонентного потока приходится использовать несколько ускорителей, что удорожает испытания,Целью изобретения является имитация радиационной обстановки в ядерных реакторах путем создания многокомпонентного пучка ускоренных ионов,Эта цель достигается тем, что в ускорительную трубку электрического ускорителя напускают смесь газов, расположение777862 которых по длпв соответствии с ецио еиК, Ь) р.(х) -Ю,(х,) . - .: 1,сИК,(х.),10 У.,"(х хс) = - (х - л), концентрации каждого изне трубки поддерживаютформулой: где введены обозначения:р,(х) - зависимость, концентрации газа сорта а от координаты х; р = ся-, х ся; 0 ( х: 1 15У, - энергия первичного иона навыходе трубки, = эв;г - заряд первичного иона, г = 1;Е - длина трубки, Ц = см;1, - ток частиц пучка первичныхионов, 1 = сек - ;о"(в) - зависимость от энергии первичного иона в сечения ионизациигаза сорта а первичным ионом,о = сл, в = эе;, 25 ЫЙ- плотность тока частиц сорта а винтервале энергий от в до в+по,1,Ь =сек - , эв - , Зо1К(х) - вероятность попадания на мишень иона сорта а, возникшего в точке х; О(К:1, равенство .К, = 1 соответствует слу чаю идеальной фокусировки.Процесс формирования многокомпонентного пучка ионов в предлагаемом способе основан на использовании особенностей структуры ускоряющего поля электроста тического ускорителя и явления ионизацип напускаемых газов ускоряемыми первичными ионами. Физическая сущность этого процесса заключается в том, что возникший в результате такой понизации ион га за увлекается ускоряющим полем и приобретает энергию, пропорциональную приложенному потенциалу и расстоянию от точки рождения этого иона до конца труб 50ки; поэтому регулировку числа ионов сорта а, обладающих на выходе трубки энергией в, осуществляют путем изменения распределения концентрации газа сорта а по длине трубки за счет соответствующего55подбора скоростей напуска этого газа и откачки,Для количественного описания указанных выше процессов вводится вероятность дУ.,ионизации газа, сорта а первичным ионом на отрезке длинои Иу, в окрестнос 60ти точки хо, где концентрация нейтрального газа равна р,. (Х, а энергия первичного иона равна У,",е.:йУ = о ( д- -"У, с (2) 65 Соответствующее приращение тока частиц 1 ионов сорта а (1=сек -) на выходе трубки будет равно с Учитывая, что энергия однократно ионизованного атома сорта а меняется по закону можно получить окончательно спектральнаную плотность тока частиц сорта а на мишени (х= Ц в следующем виде: М 1 " К,1 " (5) Разрешая ф) относительно р,(х), можно получить окончательное выражение Данный способ получения пучка ускоренных ионов может быть реализован в устройстве, схема конструкции которого представлена на чертеже.Устройство содержит ускоряющую трубку 1 электростатического ускорителя, источник ионов 2, устроенных в виде пучка ионов 8. Газ подводится по длине трубки 1 и дозируется вентилями 4, Б из натекателей б, 7. Уравнение давлением газа производится с помощью вакуумных насосов 8, 9.Сгособ реализуется следующим образом.Б ускоряющую трубку 1 из,источника 2 ппжсктируют пучком д ионов железа с зарядом ионов г = б (1 е+) и током частиц 1 =6.10 сек - . С помощью приложенного к трубке потенциала УО=1,0 Мв эти ионы ускооялисьо. энергии яф . =5 МэВ на выходе трубки При закрытых вентилях тонкой регулировки напуска газа 4 и 5 скорости натекания газа из натекателей б и 7, соответственно, были равными нулю, в результате чего в трубке устанавливалось давление остаточного газа Ро = 10 -торр; при этом ток ионов остаточного газа не превосходил порога чувствительности регистрирующей аппаратуры /, = 2. 10 щ сек - ). Открывая вентили напуска газа 4 и б, обеспечивали натекание в ускоряющую трубку радиуса а=2,5 сл гелия из,натекателей б и 7 сс скоростями натекания Я = Я, =10торр . сл" сек ;при скоростях откачки гелия насосами 8 и 9, равных 5 р, =Яр, = .:=104 сл". сек , в трубке устанавливалось равномерное по длине распределение концентрации гелия, соответствующее давлению Рне =2 10-6 торр, рассчитанному поформулеЗх О, - 6., О, О.,Рне(х) = Р+,++ -- ,(6) в которой введены обозначенияРне (х) - зависимость от координатых, отсчитываемой от начала 10трубки, давления гелия, 1 р =торр 1 х = см;Р, - остаточное давление газа втрубке, 1 Р = Торр.Ю,г - скорости натекания газа из 15натекателей 6 и 7, соответственноо, 10 = торр смз сек -,Я - скорости откачки гелия насосами 8 и 9, соответственно,15 р=смз сек - ; 20а - радиус ускоряющей трубки,1 а= см;1,р - средняя скорость атомов гелия, 1,р =10 см сек -в усло-виях данного эксперимента,При этом значении парциального давления гелия стимулированный ускоряемьгмипятизарядными:ионами железа ноток однозарядных ионов гелия на выходе трубкисоставлял около 2 ф, от тока частиц пучкаионов железа, что хорошо согласуется срезультатами расчета по формуле (1) впредположении постоянства сечения ионизации гелия железом (а." (в) = 5 10см+"; в эксперименте это предположениевыполняется за счет компенсации спада сечения захвата электрона, ионом с ростомэнергии последнего соответствующим увеличением сечения чистой ионизации газа). 40Таким образом, изобретение позволяетполучить одновременно с пучком многозарядных ионов,металлов достаточное количество ускоренных ионов легких газов.45Формула изобретенияСпособ получения пучков ускоренныхионов, включающий инжекцию пучка пер еи, К(х) Юц1.6 б 1 ф 1 ЫО --х - координата по длине трубки, см;р(х) -концентрация газа сорта а,3е - заряд электрона;У, - разность йотенциалов, приложенная к трубке, Ь;К(х) - вероятность выхода ионагаза сорта а, образовавшегося в точке х ускоряющей; трубки;2 - длина ускоряющей трубки,см;а"(в) - сечение ионизации газа сортаа первичным г кратно ионизованным ионом, слР;1, - поток частиц первичных ионов, с-,ь - плотность тока частиц сорта а в интервале энергий отв до е+ сЬ с- зе-;в - энергия ионов,где Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авторское свидетельство СССР по заявке2584136/26, кл. 0 21 В 1/00, 24.10,77.2, РасЫап Х. Н. Тпе Оа 1 КЫде 1 оп Воп 1- Ьагс 1 гпеп 1 Рас 11 йез Ргерг 1 п 1 о 1 ОКМ 1., 1977 (прототип). вичных ионов в ускоряющую трубку электростатическогоускорителя, о т л и ч а ющийся тем, что, с целью имитации радиационной обстановки в ядерных реакторах путем создания многокомпонентного пучка ускоренных ионов, в ускоряющую трубку электростатического ускорителя напускают смесь газов, распределения концентраций каждого из которых по длине трубки поддерживают в соответствии с формулой. Харьк. фил. пред. Патент Заказ г 1 ПО 688/1485оиск Г Изд М 587 Тираж 889арственного комитета СССР по делам изобретен13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное и открытий