Файл: Гуртовой М.Е. Вопросы физики быстрых нейтронов. Спектрометрия быстрых нейтронов по времени пролета.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 26.07.2024

Просмотров: 117

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

- 30 -

(менее 2 ноек) получалась на расстоянии 3,5 метра. Ток в импульое

превышал 3 ма, Коэффициент сжатия составлял

около 20.

 

В этом уокорителѳ

первое уоловие легко

выполнялось путем под­

бора

амплитуды группирующего напряжения. При

этом геометрическая

фокусировка практически

Ht нарушалась, т.к .

 

нарезание осущеотвля -

лось

до ускорения. При

необходимости легко

можно применить дополни­

тельную фокусировку, как это сделано в работе Зелигера и Трюцшлере (Зѳ68) (нарезание после ускорения).

Рассмотрим теперь третье уоловие. Как показали Фаулер и Гуд

(ФабО) импульсный пучок ионов содержит информацию, отсутствующую в

непрерывном пучке, однако точность информации о других параметрах может оказаться пониженной. В частности, в случае клиотронной груп­

пировки для почти параллельного пучка ионов должно выполняться со­

отношение

„ _ . .

, с

. +

 

 

AEa-Atq = AE.ft-Ate

 

где: AEq и

A t„ - соответственно

разброо

энергий и длительность

импульоа до

группирования,

Д ЕЬ и

A tg -

те же величины после груп­

пирования.

 

 

Для опиоанного выше генератора (Стб5) ггг®- > 20>

начальный энер-

гетичеокий разброо за счет источника ионов и системы

нарезания

ооотавляет около 100 эв. При этом в результате

клиотронной группи­

ровки в пуч^-оквносится энергетический разброс

АЕВ« 2 кэв.

В течение последних лет оиотемы клистронного группирования полу­

чили развитие и успешно применяются в обычных электростатических ге­

нераторах и тандемах. Еотѳотвенно, они

размещаются до ускорения

(возле источника ионов), т.к .

при этом

резко

сокращаются габариты

системы и мощности генераторов, необходимых

для

ее

работы. Действи­

тельно, если

разместить

систему

после

ускорения,

то

из

соотношения

.03) следует,

что пучок

однозарядных

частиц с

энергией

всего I Мэв

- 31

-

 

 

сгруппируется на расстоянии

более

6 м при

напряжении модуляции 10 ку

( / -5 Мгц).

 

 

 

Однако и группирование

до

ускорения

имеет свои недостатки.

Груапирователь должен размещаться под кондуктором электростатичес­

кого

генератора. Возникают чисто

технические

трудности; недоста­

ток

места и подводимой мощности,

работа под высоким давлением и

при интенсивном уровне радиации и

т.д.

 

 

Кроме того,

некоторое время

группировка

происходит одновремен­

но о

ускорением частиц, (в этом случае вместо "временного" фокус­

ного

расстояния

■ j’ говорят о эквивалентной длине дрейфа); Это услож­

няет получение временного фокуса на мишени и

накладывает дополниталь

ные ограничения

на выбор параметров системы

и ее

размеров.

В качестве

примера рассмотрим устройство

для

получения импульс­

ного пучка ионов с энергией 3 Мэв на электростатическом генераторе, описанное в работе (Мобд). Оно состоит из ионного источника, преры­ вателя и группирователя (рис.15). В качестве источника использует­ ся дуоплазмотрок, способный давать большие токи при малом энергети­ ческом разбросе ионов и обладающий большой яркостью.

Прерыватель состоит из двух вэаимнолерпендикулярных пар откло­ няющих пластин 7 и 8 и однопотенциальной линзы, расположенной между ними, которая значительно улучшает Фокусировку пучка на ди­ афрагме прерывателя 9. Диафрагма, из соображений компактности, рас­ положена вблизи пластин. В этом случае для нормальной работы преры­ вателя отклоняющее напряжение на пластинах нужно было бы повысить.

Тогда при значениях этого напряжения близких к максимальному пучок

<1

мог бы попадать на пяаотины, нарушая тем самым работу прерывателя. Поэтому для увеличения скорости пересечения пучком отверстия в ди­ афрагме использовалась более высокая частота раскачивания без со­ ответствующего увеличения частоты следования. Одна пара пластин пмтает^от усилителя, работающего на частоте I Мгц, а другая - от

Wo.15. Устройство для получения импульсного пучка ионов(Моб4) I - трубки для ввода охлаждающей жидкости (фреон-ПЗ) ; 2-трубка для впуска водорода в ионный источник; 3-трубка для отвода фре­

она ; 4-обмотка магнита дуоплазмотрона; 5-оксидный катод дуоплазмотрона; б-вытягивающий электрод; 7-верхние отклоняющие пласти­ ны ; В-нижние отклоняющие пластины; 9-диафрагца прерывателя; ІО-группирователь; ІІ-электрод главной линзы; І2-ускорительнаА трубка.

-

зз

-

 

уошителя, работающего

на чаототе

3 Мгц.

Подбором сдвига

фаз

между этими

напряжениями и величины посто­

янного напряжения, которое дополнительно подаетоя на одну пару плас­

тин, можно добиться разделения в пространстве

Фиг^рчЛисоажу,

соот­

ветствующих

ионам Hj+, Hj

и Hg. Диафрагма

пропускает только

импуль-

оы ионов Hj

, возникающие

один раз за период

с частотой I Мгц.При­

менение сеток в линзе значительно уменьшает

сферическую аберрацию,

что позволяет уменьшить диаметр пятна почти

в

три раза. Кроме того,

сетки хорошо экранируют отклоняющие пластины от поля линзы. Энерге­ тический разброс, вносимый системой прерывания, составляет около

100 ев. Эта величина определяет начальный разброс энергий в пучке на входа в группирователь, который размещен непосредственно за ди­ афрагмой. В непрерывном пучке разброс энергий гораздо меньше.

При расчете параметров группирователя и его размеров учитывал­

ся ряд взаимосвязанных факторов. С точки зрения физических измере­ ний частота следования импульсов должна быть порядка I Мгц. Если

эту аѳ частоту использовать для группирователя, то размеры его ока­ жутся недопустимо большими. Поэтому усилитель группирователя настроен

на 27 Мгц и синхронизирован о усилителем прерывателя. Длина трубки

группирователя выбрана

таким образом, что она

соответствует

по вре­

мени пролета половине периода частоты 27 мгц,

таким образом

груп­

пирование происходит как на входе,

так

и на выходе трубки. Повышение

частоты автоматически накладывает ограничения на максимальное ис­

пользование

пучка. При

Этом макоимально

возможная

длительность им­

пульса на входе группирователя составит

At = ІО нсек,

т .е .

28%

не от Т = 1000 нсек ( f

=1 Мгц), а

от

Т*=37

нсек

( f

=27 Мгц).

Фактически

в электростатических

ускорителях

"рабочая"

длительность

начального

импульса ограяичивается

сверху не

выбором

частоты, а

макоимально

допустимым

энергетическим разбросом,

вносимы« при груп­

пировке, который определяется

соотношением (15)

. Если по условя-

ям эксперимента такое ограничение не является определяющим, то на передний план выступают свойотва ионно-оптической системы конкрет­ ного ускорителя. При слишком большом разбросе скоростей головная и хвостовая части сгустка могут оказаться настолько плохо сфокусиро­ ванными, что соответствующие им ионы вообще не попвдѵт на мишень.

Боли же увеличить начальную скорость с целью уменьшения относитель­ ного разброоа скоростей (для лучшей Фокусировки), то значительно возрастает длина пролета до точки наибольшего сжатия сгустка.т.е, "временной" фокус может оказаться за миленью. К этому же эффекту приведет и низкое значение энергии группирования. Однако, обычно минимальное значение энергии группирования определяется необходимой минимальной длительностью импульса на мишени. Для этого, кроме со­ отношения (15) часто пользуются соотношением (Ишб8):

(Іб)

С О Е *,

где: Atpp,-минимальная длительность . мпульса на мишени после группи­

ровки пучка

энергией Em s Ln a 3 t

, Е3

- начальный энергетичес­

кий разброс

в непрерывном

пучке.

 

 

При конструировании

рассматриваемого

группирователя последова­

тельность расчетов была следующей. Сначала был решен вопрос о до­

пустимом разбросе энергий (ІО к э б ) , затем, исходя из соображений

оптимальной фокусировки, бы.;о одедаца заключение о допустимом от­

носительном разбросе энергий на входе в ускоритель, а из последней величины найдена энергия инжекции (70 кэв). Для данной энергии ин­

жекции Фокусное расстояние (место расположения мишени) было ойрёде-

лено

методом, впервые предложенным

Элкиндом (Вл53).

 

Сущность метода

заключается в

том, что для каждого ускорителя

фокусное расстояние

однозначно

определяется двумя величинами Р

и N

,

где: Р

расстояние от

входа

в ускорительную трубку до ис­

точника

частиц

или

его промежуточного изображения. В данном слу-

 

 

-

35 -

 

 

 

 

чае таковы м '-ям яется диафрагма прерывателя,

на которой фокусируетоя

пучок ионов. N - это отношение выходной энергии к энергии

инжекции,

После то го ,

как в с е

расстояния определены таким

способом

соотаі

л я ется график

скоростей

для в се го пути от источника

до мишени,

кото-

рый д ает возможность определить место группирования

частиц . 6

реэулі

та т е р асчето в

о казы вается,что малые изменения расстояний

вблизи на­

чала ускорения дают большой аффект, а изменение положения мишени

оказы вается мало. Ход процесса группирования

иллюстрируется приводи'

мой таблицей

I .

 

 

 

 

 

 

Интересно

отм етить,

что только около 1 6 % .все го

сокращения

дли­

тельности импульса приходится на пролетный тракт за

ускорителем,

то гд а как время

пролета

этого тракта со ставл я ет

все го

времени

пролета.

Путем небольно! регулировки расстояния от группнрователя до

входа в ускоритель и энергия инжекции

можно добиться

группирования

в нужном м е ст е . Изменение расстояния

осущ ествляется

просто путем

закорачивания нескольких секций ускорительной трубки

на входном

конце. Таким образом на мнмени совмещаются геометрический и "времел

вой"

фокусы.

 

 

 

 

 

 

Рассмотренный ускоритель явл яется одним из лучинх ускорителей

подобного типа.

 

 

 

 

 

На выходе

он

д ает

сгустки протонов с током

ІО ма и длитель­

ностью около I

ноек, которые можно' направлять к

нескольким

различ­

и т

меотам

расположения

минНней. Частоту следования можно менять в

пределах от

I

Мгц до 30

хгц о помощью внешнего

отклоняющего

устрой­

с т в а .

 

 

 

 

 

 

 

Поучительна

история электр остати ческого ускорителя на

б Мэв

нооА внного

в

Англия (А н б б ). Он прошел вое стадии со вевд ен о тво ва -

Смотрите также файлы