Измеритель параметров пучков ионизирующих частиц

- плотность поглощеннойэнергии пучка ионизирующих частиц в веществе мишени,Г = Ы В /С - параметр Грюнайзенавещества мишени, где ЫСкоэффициент объемногоу Еь35расширения, скоростьзвука:. теплоемкостьвещества мишени.Исследуя радиационно"акустический эффект гадолиния, обладающий фазовым 40 переходом второго рода (перехода иэ ферромагнитного состояния в парамагнитное), впервые экспериментально обнаружено, что при облучении гадоли" ния импульсным пучком электронов воз-. буждаемаяамплитуда акустического сигнала при изменении температуры мишени в области фазового перехода (температура Кюри Т= 289 К) меняет фазу. При температурах Т 295 К амплитуда возбуждаемого акустического50 сигнала положительная, т,е. генери" руется волна сжатия, а в области тем- пературы Т 295 К амплитуда возбуждаемого акустического сигнала отрицательная, т.е, генерируется волна раз 55режения.Фазовый переход ферромагнетик парамвгнетик (Ф в , П) обратимый, в ре" несколько одинаковых трехпроволочных мишеней, расположенных перпендикуляр" но оси кольцевого ПИЧ на некотором расстоянии друг от друга и соединен 5 ных между собой акустическим контактом с одним акустическим детектором, При прохождении импульсных пучков ионизирующих частиц (электронов, протонов, 1-квантов, нейтронов, много зарядных конов) через конденсиро" ванные среды возбуждаются акустические колебания, обусловленные термоупругим механизмом, в основе которого лежит перегрев зоны взаимодействия, вызванный диссипированными потерями энергии частиц пучка. Перегрев зоны взаимодействия приводит к возникновению нестационарнык термоупругих напряжений и, как следствие этого, к воз буждению акустических колебаний распространяющихся по образцу-мишени Акустическое давление, возбуждаемое в образце пучком ионизирующих частиц, определяется выражением 25я эультате перехода Ф П происходит изменение степени симметрии магнитных моментов атомов гадолиния иэ упорядо ценной структуры (ферромагнетик) в раэупорядоченную (парамагнетик), Этот переход происходит беэ изменения агрегатного состояния и химического состава. В области фазового перехода у гадолиния изменяются теплофизические и упругие характеристики. В ре-. зультате этого параметр Грюнайэена гадолиния при изменении температуры в области фазового перехода Ф .- П изменяет знак. В области температур Т ) 295 К параметр Грюнайэена положителен, а в области темпера" тур Т ( 295 К параметр Грюйайзена отрицателен. Соответственно и амплитуда акустического сигнала, возбуждаемого потоком ионизирующих частиц при переходе Ф , П, будет изменять фазу (см.выражение (1, т,к. величина Е (г, С) в процессе перехода ФП остается постоянной.Этот экспериментально обнаруженный эффект позволил получить простое техническое решение для создания измерителя параметров несплошных кольцевых ПИЧ, основакное на одновременном использовании материалов с отрицательным и положительным значениями параметров Грюнайзена (Г) для прово" лочноймишени.При взаимодействии кольцевого ПИЧ с трехпроводной мишенью в каждой иэ проволочек будет возбуждаться акустический сигнал, пропорциональный плотности энерговыделения ПИЧ и генерационной способности материала проволочки, мерой которой является параметр Грюнайзена материала мишени. В проволочках с положительным пара" метром Грюнайэена (Г+) будет возбуждаться волна сжатия, форма которой определяется пространственным распределением плотности потока ионизирующих частиц поширине кольца, а в проволочке с отрицательным значением параметра Грюнайзена (Г ) будет возбуждаться волна разрежения (противопо" ложной полярности волне сжатия) .Например, в варианте с трехпроволочной мишенью, у которой две проволочки Г+, а одна Г акустический детектор в регистрирующее устройство зарегистрирует три акустических сигнала, первый акустический сигнал положительной полярности (волна сжатия)1538 715 15 20 экран,В качестве регистрирующего устройства можно использовать осциллограф, самописец или вхолцое устройство ЗВМ.Выбор галолиция в качестве облучаемого материала мишени Лля формирования отрицательного акустического сигнала ИЧ связан с тем, чтоу гадолиния температурныц интервал,в котором параметр Грюцайзеца принимает отрицательное значение Г= 1,наиболее близко расположен к комнатной температуре, Авторы исследовали и другие материалы с фдзовымпереходом первого и второго рода,такие редкоземельные металлы, какдиспрозий, тербий и лр у которыхпараметр Грюцайэена зависит от температуры и может принимать отрицательные значения. Олнако у этих металлов начало области температуротрицательных значений параметраГрюнайзена находится значительнониже комнатной температуры Т 100250 К(Распространенность релкоэемельных металлов в земной коре, например шире, чем у ртути и встречаются оци приблизительно так же час 50 от проволочки, цд которой расположен акустический детектор, второй ц третий акустические сигналы в зависимости от их полярности (положитель 5 ный или отрицательный) однозначно укажут, в какой проволочке и в какой последовательности возбуждаются ПИЧ акустические сигналы. Временная последовательность регистрации акусти ческих сигналов от каждой из проволочек позволяет однозначно определить размер и местоположейие кольцевого ПИЧ в пространстве,Использование нескольких одинаковых трехпроволочных мишеней, расположенных нормально оси кольцевого ИЧ на некотором расстоянии друг от друга и соедцненцых между собой акустическим контактом позволяет определять расхолимость ПЙЧ в пространстве одним акустическим детектором.Па фиг1 изображен вариант устройства; на фиг.2 - временная последовательност прихода акустическихсигналов от области взаимодействияПИЧ с мишенью к акустическому детектору; на фиг.З - вариант устройства,измеряющего расходимость ПИЧ.Устройство содержит проволочнуюмишень, состоящую иэ трех проволочек 1-3 (фиг,) диаметром б и длиной 1, акустический детектор 4 ирегистрирующее устройство 5. Проволочки расположены в опной плоскости исоединены концами через акустическийконтакт между собой в,одцой точке,противоположные концы проволочекобразуют расходящиеся лучи под произвольными углами между собой, Углымежду проволочками выбираются в зависимости от формы контура несплошных ПИЧ, которая может быть элипсной,кольцевой или н виле части элицса, 45кольца и лр. Для измерения параметров кольцевых ПИЧ проволочки целесообразно расположить по окружностиравномерно через 120 , для элипсныхПИЧ можно испольэовать Т-образноерасположение проволочек И т,д.Две проволочки выполнены из одинакового материала, например, латуни, меди, железа с положительнымзначением параметра Грюнайэена,третья проволочка, например, из гадолиния (СЙ), у которого при температуре Т 295 К параметр Грюнайэена принимает отрицательное значение. Комбинация материалов проволочек может быть и другой, например, Лне проволочки с отрицательным значением, а третья с положительным значением парамтрд Грюнайзенз. Обяздзеллцое условие должно цыгголцятьс я при этом, чтобы олца из прс волочек имела значение пдрдметрд Грюндйзеца противоположное первым двум.Коцструктинно первые дяе проволочки представляют собой одну проволочку длиной 21, изогнутую посередине пол произвольным углом. Третью проволочку Лля обеспечения надежного акустического контакта и механической прочности мишени припзивают к точке изгиба пол произвольным углом к первым двум.Акустический летектор через акустический контакт полсолинен к олцому из торцов изогнутой проволочки.Акустический детектор представляетсобой широкополосный пьеэоприемнцк,состоящий иэ тонкого пьезокерамического диска (материал - пьезокерамика типа ЦТС, ТС) толщиной Ь 0,5-1 мм, соединенного стыльной стороны с коническим поглоти-.телем и заключенного в метдллическийл Ь ХО пульса на время= - + в , гдео=В Я,скорость звука в гадолннни. ПоЛ Л лзадержкам 4, ь Ь, ь однозначно определяются расстояния Х , Х , Х , а полярность. акустических импульсов (положительная или отрицательная) отточек В и С однозначно укажет, в какой проволочке 2 или 3 и в какой последовательности возбуждаются ПИЧ акустические сигналы, 11 о расстояниям Х 4, Х, Хс определяются координаты 50 то, как олово или свинец, поэтомуонн доступны также, как и другиеметаллы).Работу устройства рассмотриМ напримере определения параметров5кольцевых пучков ионизирующих частиц,когда проволочки расположены равномерно по окружности 120 С. Рассмотрим вариант работы устройства, содер"жащего две медные проволочки 1 и 2(фиг.1) с положительным значениемпараметра Грюнайзена, равным Гс 2,и одну проволочку иэ галолиния с отрицательным значением параметра Грю"найзена Г 1, которые соединены в15точке О. Пусть кольцевой иучок диаметром Р и шириной кольца з пересе"кает мишень вточках А,В, С, обозначим расстояния от точки О до точекА,В,С соответственно Х, Х В, Хс, а20расстояние от точки О до акустического детектора (длина первой проволочки) 1 Введем декартовую системукоординат так, чтобы ось Х была направлена вдоль первой проволочки,В качестве регистрирующего устройства будем использовать осцилограф.Последовательность прихода акустических сигналов от точек А,В, Сприведена на фиг.2.При взаимодействии кольцевогоПИЧ с трехпроволочной мишенью акустический детектор первым всегда будетрегистрировать акустический сигналот точки А. Этот сигнал положительный и задержан относительно синхро"импчллся ч корителя на время Ф 1,ъ 1,1-Х) /Вф где ь - скорость звука в меди. Вторым будет зарегистри"рован акустический сигнал от точки 40В он также положителен и задержанотносительно синхроимпульса на время= ( +Х )/Ь . Третьим будеТ зарегистрирован акустический сигналот точки С, он будет отрицательный 45и задержанотносительно синхроии точек пересечения ПИЧ с мишенью,точки А, В, С имеют координаты: А(ХД О) В (- 2 Х )С (- 2х, Б , , х,4 э ) 2 СКак известно, через три точки, не лежащие на одной прямой, можно провести окружность одного радиуса, т.е. однозначно определить радиус 11 ИЧ и положение центра тяжести ПИЧ.Форма акустического импульса в точках пересечения кольцевого ПИЧ с мишенью опрелеляется пространственным распределением ионизирующих частиц по ширине кольца, длительность этих импульсов равняется времени акустической релаксации области взаимодействия ПИЧ с проволочкой л= Ь/8, где Б - скорость звука материала проволочек, что позволяет определять ширину кольцевого ПИЧ, амплитуда импульсов связана с плот" ностью распределения ионизирующих частиц по ширине кольцевого ПИЧ, т.е. по акустическим сигналам из точек пересечения кольцевого ПИЧ с мишенью однозначно определяются ширина кольцевого ПИЧ и плотность рас" пределения ионизирующих частиц по ширине кольцевого ПИЧ, т.е. плотность потока ионизирующих частиц.Измеритель параметров ПИЧ может состоять иэ нескольких трехпроволочных мишеней, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и соединенных между собой акустическим контактом (фиг.З), Послелова" тельное .соединение этих мишеней должно обязательно производиться с тех проволочек, на которых должны устанавливаться акустические Детекторы. При этом съем информации со всех мишеней производится одним акустическим детектором, поскольку поступление акустических сигналов с каждой последующей мишени будет иметь дополнительную временную задержку, равную Х /Я, Хг /БХо/Ы, где Б- скорость звука материала соединяющей проволочки. Практически это осуществляется следующим образом. К проволочке длиной Х и припапвают мишени на расстоянии Х, друг от друга, акустический детектор соединяют акустическим контактом с перной нли последней мишенью. Это измерительное устройство позволяет получать инфор 1538715 10мацию о расходимости кольцевых ПИЧ в пространстве.По сравнению с иэвестнью, процесс измерения и получения информации о расходимости ПИЧ в предложенном устройстве значительно упрощается, поскольку не требуется механического сканирования мишеней в плоскости, перпендикулярной оси ПИЧ. Это поз" воляет размещать мишени непосредственно в пучкопроводе и контролировать параметры ПИЧ во всех местах его транспортировки, не внося существенных искажений в параметры самого ПИЧ.Предложенное устройство может регистрировать импульсные потоки электронов, позитронов, протонов, К-квантов, нейтронов, многозарядных ионов и др. Плотность потока ионизирующих частиц при измерении предлагаемым акустическим дозиметром может находиться в пределах 10 -10 частиц/см гдее анижний предел определяется уровнем молекулярных шумов веществ мишени, а верхний предел " прочностью вещест ва мишени на разрушение. Длительность измеряемых импульсов ПИЧ может находиться в пределах 10 З - 10с.Предложенное устройство обладает хорошей помехозащищенностью от импульсных электромагнитных помех, что30 позволяет проводить измерения параметров сильноточных ПИЧ, генерация которых сопровождается мощными электромагнитными наводками.Г35формула изобретения 1. Измеритель параметров пучковионизирующих частиц, состоящий из проволочной мишени, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси пучка ионизирующих частиц, акустического детектора, соединенного с проволочной мишенью через акустический контакт, и регистрирующего устройства, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем осуществления возможности регистрации несплошных кольцевых пучков и определения характеристик пучка ионизирующих частиц в одном токовом импульсе,-;а также упрощения конструкции, проволочная мишень выполнена иэ трех проволочек, расположенных в одной плоскости и соединенных в одной тбЧ" ке, причем одна часть проволочек выполнена из материала с положительным значением параметра Грюнайзена, а оставшаяся часть иэ трех проволочек - из материала с отрицательным значением параметра Грюнайзена, при этом акустический детектор соединен с одной иэ двух проволочек с одинаковым значением параметра Грюнайзена.2. Измеритель по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что проволочки располбжены равномерно по окружносО ти, образуя центральные углы 1203. Измеритель по и.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что он содер" жит несколько трехпроволочных мишеней, расположенных вдоль оси пучка и соединенных с одним акустическим детектором.Составитель С. Кондратенкоедактор Т. Куркова Техред И,Дидык Коррек аказ 2146 Тираз 313 ПодписИИИПИ Государственногокомитета по иэобретениям и о 113035, Иосква, 3-35, Рауаская наб.,ор Э.Фйвоекрытияд. 4/5