Способ формирования мишени для диагностики пучков заряженных частиц

.ДЯ, .;, ".,ццц ф пс литехническ нина Лукша,Ьбин С 0 тельство7/00, 19р, Иэмереряженныхс. 82-86 и(57) Иэобретельной техупрощение сни. Мишеньных частиц,пучок, формпорошка. При расстоянисогласно сл Изобретени тельной техни системам, испотносится ускорик мишенны а-инжошка,е, а именно льзуемым пр плотности з ных частиц,меру 1 ин- лкодисперсть 3, электизме" ениядов в оистно ержит к аспределения учках эаряжеЦелью изоб жекто ный и отверстиями, ме на риво аспоолните ошо етения янляется упро ие величины маги Инж 4 кам гаетс расп ы 1, нне трубки страняется ние спосо ктор р 5, н к емый и отношения сиги На фиг, 1 и конструкций у дрейфаисслед учок б Форперсновысоких овани мишени из мелкодиспозваляе. достичьлокальной и средней я предлагае я мишени иэ рош ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГННТ СССР(56) Авторское свидеР 5481 26, кл. Н 05 НМосквлен В.А, и дпараметров пучков заМ.; Атомиэдат, 1982,ФОРМИРОВАНИЯ МИШЕНИ ДЛЯПУЧКОВ ЗАРЯКЕННЫХ ЧАСТИЦ тение относится к ускори" нике, Цель изобретения - пособа формирования мишен; виде потока нейтральвводимых в исследуемый ируют из мелкодисперсного и этом размер частиц Й е 1 между ними выбирают едующим выражениям: дй поньппенал/шум.2 изображены примеры стройств для осуществлеюго способа формиронамелкодисперсного порошДр 1 Д(1/р 1.)ц(1 е , где с 1=- (2-:20) 10 - минимальный ра зм е рмелкодисперсных частиц, и; . =0,вО, 3 - коэффициент, определяемый физическими свойствами вещества и допустимыми возмущениями исследуемого пуч -ка; Ь - глубина проникновения заряженных частиц в мишень, м; 1, - раз -мер мишени в направлении движениязаряженных частиц, м;- разрешающаяспособность, м ; 3 - коэффициент,характеризующий допустимое ослабление готока заряженных частиц н мишени. Такой способ формирования мнгния позволяет отказаться от дополнительных вакуумных систем, необходимыхдля случаев, когда мишень формируюгв виде потока атомов или молекул газа, При этом использование такой мп -шени позволяет существенно повыситьинтенсивность излучения, возникающего при взаимодействии исследуемогопучка с мишенью, не нарушая существенно структуру пучка. 2 ил,торов мелкодцсперсного ипо объему концентрации вещества мишени, так как концентрация атомов или молекул в частице порошка соответствует концентрации их в твердом теле,т -эи 10 см . Увеличение интенсивности излучения (по сравнению с использованием газовой мишени) в среднем составляет не менее 3-4 порядков. Локальное значение концентрации атомов или молекул практически не изменяется от частицы к частице, что позволяет, сравнивая интесивности излучения, измерять распределение концентрации и энергии н потоке заряжен" 15 ных частиц. Обычно концентрация атомов или молекул газа,в подобных мишенях сильно изменяется от точки к тачке, В данном же случае при столкновении заряженных частиц с частица" О ми мишени возникает инфракрасное, карпускулярное, световое или рентгеновское излучение, отношение сигнал/ шум в котором на несколько порядков ньппе иэ-эа высокой концентрации ато мон или молекул н мишени. Для повьппе" ния помехозащищеннасти устройства н спектре видимого света н качестве мишени выбирается люминоФор или сцинтиллятор, например ЕпБ или лавсан, З 0 а н спектре рентгеновского излучения - тяжелые материалы, например вольФрам, н виде мелкодисперсного порошка, Оптическая прозрачность ми" шенк дысокая. Сочетание высокой локальной концентрации и высокой оптической прозрачности является достоинством, отличающим порошковые мишени. Эффективность порошковых мишенийзначительно выше известных тонкопленочных или стержневых мишеней. Порошковые мишени позволяют получать излучение н широком диапазоне длин волнот инфракрасного света до рентгеновского, изменять в широких пределахпороговое значение Е испольэоватьвесь комплекс существующих приемников излучения, считывать информациюодновременно из нсех точек объемамишени, осуществлять устойчивые иэмепения н импульсных режимах, Известныетонкопленочные и стержневые мишенииспытывают зарядку током исследуемого пучка. При использовании веществ,испаряющихся в исследуемом потоке,порошковыемишени позволяют создатьдополнительно высокую локальную концентрацию вещества в газовой фазе,Малшми частицами называются частицы размером й от 2 1 О и м до 10 м, при-чем образование кристаллическойрешетки происходит при величинед 20 10 м, Существует таким образом, определенный минимальный рвэ"мер малых частиц д. Если размератомного образования меньше, чемд зто образование представляетсобйо кластер, Если ЙМип, то нейтральная частица вещества может двигаться преимущественно под действиемсилы тяжести, а не теплового движе"ния атомов или молекул. Это и определяет возможность применения в качестве одного из вариантов формирования такой мишени метода осыпания,Скорости малых частиц при осыпанииотносительно невелики, их масса намного порядкон ньппе, чем масса ионоватаман или молекул. Поэтому н большинстве случае можно считать частицымишени неподвижными при измеренияхв импульсных устройствах, При наличиив измеряемых потоках заряженных частиц больших электрических полей,большой длительности импульсов потока, трудностях поддержания кваэинейтральности частиц, высокой разрешающей способности измерений и т.д, нижний предел размерон Й определяют повыражению1 мин -1 вгде- коэффициент, учитывающийперечисленные выше факторы,В виде мелкодисперсного порошкамогут существовать разнообразные материалы: металлы, полимеры, люминофоры. Для большинства иэ них давлениелР паров при температурах 300-500 К-8пренебрежимо мало, Р(10 Тор. Поэтому метод осыпания мелкодисперсныхпорошков позволяет формировать локализонанные мишени беэ применения дополнительных вакуумных насосов, спомощью конструктивно простых инжек"торов,Реализацию способа удобно рассмотреть на примере работы устройств,приведенных на фиг,1 и 2.Инжектор мелкодисперсного порошкавыполнен, например, в виде камеры 1с отверстием в одной из .стенок и сэлектромагнитным ее приводом 4(фиг,1,2). Движение камеры 1 можетиметь характер вибрации (виброинжектор), Виброинжектор устанавливаетсянад исследуемым объемом или под нимпо вертикали (фиг.1). На фиг,2 изоб475 При выборе значения 1 О может учитынаться также величина оптическойпрозрачности К мишени в целом, причемуК. При высокой прочности Кможно допустить большие возмущенияв элементарном акте взаимодействияс каждой частицей мишени. Для определения прозрачности необходимо знатьеще и среднее расстояние 1., м, между частицами: сложный нелинейныйхарактер потерь энергии заряженнойчастицы в веществе мишани не позволяет определять простым образомсвойств мишени н целом па процессам,происходящим на одной частице.Эффективная толщина Ьз м, вещест, -ва мишени для пролетающей длину мишени Ь м заряженной частицыЬ х(-) Ьс 3Допустимое ослабление падающего пота-"ка в мишениЬэЬооЬ 1 ЬОтсюда величина 1;1/)Ьа максимальное значение определяет"ся иэ условия обеспечения необходимой разрешающей способности, Для этого выбирают количество частиц, приходящихся на единицу длины большимнеобходимого количества штрихов изображения,В данном способе заключена такжевозможность сущестненцага увеличения локальной разрешающей способностиизмерений при наблюдении тонкойструктуры свечения единичных малънсчастиц.Измерения по данному способу производят следующим образом. Помещаютмелкодисперсцый порошок и камеру ицжектора в вакуумном объеме исследуемого устройства, на время измерений6 включают инжектор, и через времяустановления мишени с регистрируютизлучение объекта в видимом свете,рентгеновском диапазоне, инфракрасном диапазоне - н зависимости ат выбранного вещества мишени и паставлен -ной задачи. ражен вращающийся инжектор, установленный соосно с исследуемым потоком.При вращении инжектора частицы порошка участвуют в замкнутом цикле движения, создавая мишень для,визуализации или нейтрализации, патока заряженных частиц, Параметры отверстийв стенке камеры позволяют задаватьтребуемую концентрацию частиц мише Они, Разброс размеров частиц мелкодисперсного порошка определяет размеротверстий из условия, что частицынаибольшего размера не должны "забивать" заметную часть отверстий инжектора при данном расходе порошка эавремя измерений.Для снижения этого ограничения,улучшения однородности пространственного распределения частиц мишени н 20камере инжектора. содержится наполнитепь в виде шариков диаметрам Б , м.В рабочем состоянии инжектора шарикиспускаются ца стенку с отверстиями,протирая сквозь нее малые частицы, 25не эабиная атнерстий и однородно поним распределяясь.Размеры элементов инжекторов, исходя из принеденных выше требований,определяются соотношениями 301 - с 3, п=1,000,г Ь,где Ь - расстояние между отверстиями, м; 3 2-;1 О: - коэффициент, определяемый по разбросу размерон частицмелкадисперснага порошка; т - коэффициент, определяемый отношением размеров Р и Ь,Конструкции инжекторов могут быть 40основаны .также на передаче частицамв вакууме требуемого механическогоимпульса с помощью механическогоустройства, электромагнита, пьезакерамики, динамического конденсатора. 45Сверху величина д ограничена допустимой степенью возмущения иссле. дуемого потока, т,е, Ы 1 Ь, где Ьглубина проникновениячастиц исследуемого пучка и вещество мелкадисперсных частиц; О =0,1-;0,3 - коэффициент, определяемый физическимисвойствами вещества мелкадисперсногопорошка и допустимыми возмущениямиисследуемого куска, .55Минимизация возмущения исследуемого потока заряженных частиц и сохранение высокой интенсивности свечения в элементарном акте возбуждения 470 6единичной малой частицы обусловливают выбор 111 =О, -,0,3, поскольку мак-симум функции распределения удельных потерь энергии па толщине образца соЬ ответствует значению, большему147 т.25Ч. "риф-иВ ийтенсивных короткоимпульсных, а также в непрерывных и длинноимпульсных потоках эаряженньи частиц может потребоваться учет нагрева и .испаре ния малых частиц,Времяопределяется при осыпании частиц мишени геометрией исследуемого потока, инжектора и местомего расположения. При измерения могут быть также существенны следующиефакторы,Вторичные,заряженные частицы, вы"биваемые из частиц мишени, не должнЫдостигать энергии, при которой онипроизводят излучение при ударах очастицы мишени в полосе часют наблюдения:1 Есгде Ч - пороговый потенциал излучеРния вещества мишени в йоло-.се частот наблюдения;Е - среднее значение напряженности элЕктрического поляв объеме мишени,Учет временипослесвечения прииспольэоваиии люминофоров накладываеограничение на скорость мальи частицмишени Поддержание кваэинейтральности ма" лых частиц может быть обеспечено соответствующим выбором вещества этих. частиц, их концентрации, скорости осыпания с учетом энергии, тока, геометрии, длительности импульса по 1. тока заряженньи частиц. 5470 8Формула изоб ре те нияСпособ формирования мишени длядиагностики пучков заряженных частиц,5заключающийся во введении в исследуемый пучок потока свободньи нейтральных частиц, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью упрощения способа, поток свободньи нейтральЩях10 частиц формируют из мелкодисперсногопорошка, состоящего иэ частиц, размер которых д, м и среднее расстояние 1, м, между которыми выбраны согласно следующим выражениям:Т, йаасрь; и(а 1,где д.ием(2-,20)10 - минимальный размермелкоднсперсньи час 20 тнцР м 9Ь - глубина проникновениязаряженных частиц вмишень, м;М "0,1-0,3 - коэффициент, определяемый физическимисвойствами веществамишени и допустимымивозмущениями исследуемого пучками- разрешающая способность, мЬ " размер мишени в направлении движения за"ряженных частиц, м;- коэффициент, характеризующий допустимоеослабление потока за ряженных частиц в ми- шение1475470Составитель Е. Громов Редактор Г. Бельская Техред. Л.Олийнык КорректорН. КорольЗаказ 768 Тираж 470 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", .г.ужгород, ул. Гагарина,0