О возможности сепарации многокомпонентных потоков ионов в аксиально-симметричных, линейно нарастающих встречных магнитных полях
Известно, что встречные аксиально-симметричные магнитные поля, образованные двумя соленоидами со встречно включенными токами, эффективно разделяют ионы по массам, что может быть использовано для разделения изотопов. Однако в многокомпонентных потоках ионов, содержащих группы ионов с близкими массами...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2000 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2000
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78193 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | О возможности сепарации многокомпонентных потоков ионов в аксиально-симметричных, линейно нарастающих встречных магнитных полях / А.Г. Беликов, Л.И. Николайчук, Н.А. Хижняк // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 4. — С. 196-197. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860004916703002624 |
|---|---|
| author | Беликов, А.Г. Николайчук, Л.И. Хижняк, Н.А. |
| author_facet | Беликов, А.Г. Николайчук, Л.И. Хижняк, Н.А. |
| citation_txt | О возможности сепарации многокомпонентных потоков ионов в аксиально-симметричных, линейно нарастающих встречных магнитных полях / А.Г. Беликов, Л.И. Николайчук, Н.А. Хижняк // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 4. — С. 196-197. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Известно, что встречные аксиально-симметричные магнитные поля, образованные двумя соленоидами со встречно включенными токами, эффективно разделяют ионы по массам, что может быть использовано для разделения изотопов. Однако в многокомпонентных потоках ионов, содержащих группы ионов с близкими массами, требуется высокая разрешающая способность по массам, которую трудно достичь в рассматриваемой системе. Показано, что разрешающую способность системы можно существенно повысить, если использовать магнитные поля соленоидов с линейно изменяющимися по оси магнитными полями.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:38:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК.621.039:537.3
О ВОЗМОЖНОСТИ СЕПАРАЦИИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ
ПОТОКОВ ИОНОВ В АКСИАЛЬНО-СИММЕТРИЧНЫХ,
ЛИНЕЙНО НАРАСТАЮЩИХ ВСТРЕЧНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ
А.Г. Беликов, Л.И. Николайчук, Н.А. Хижняк
ННЦ «Харьковский физико-технический институт»
г. Харьков, 61108, Украина
Известно, что встречные аксиально-симметричные магнитные поля, образованные двумя соленоидами со
встречно включенными токами, эффективно разделяют ионы по массам, что может быть использовано для
разделения изотопов. Однако в многокомпонентных потоках ионов, содержащих группы ионов с близкими
массами, требуется высокая разрешающая способность по массам, которую трудно достичь в рассматривае-
мой системе. Показано, что разрешающую способность системы можно существенно повысить, если исполь-
зовать магнитные поля соленоидов с линейно изменяющимися по оси магнитными полями.
Известны [1,2] сепарирующие свойства системы
встречных, аксиально-симметричных магнитных по-
лей, образованных двумя соленоидами с токами,
включенными навстречу друг другу. Показана низ-
кая (в сравнении с другими методами) стоимость
единицы работы разделения (ЕРР) изотопов в такой
системе, однако очевиден и ее недостаток, так как
имеется лишь два параметра ( η = eH r mvc0 0 -
приведенный радиус инжекции ионов и L - длина
однородной части соленоида), позволяющие опти-
мизировать напряженность магнитного поля и его
геометрию к разделению изотопов одной определен-
ной группы химических элементов. Здесь m - масса
иона; e - его заряд; v - скорость истечения ионов из
источника, расположенного на расстоянии r0 от оси
магнитного поля, продольная напряженность кото-
рого равна H0 ; c - скорость света и h - безразмер-
ный численный параметр, значение которого долж-
но быть в пределах 0,5…1,0.
Чтобы распространить сепарирующие свойства
магнитной системы на многокомпонентные пучки
ионов, предлагается усложнить саму магнитную
структуру, сделав продольную напряженность маг-
нитного поля на оси линейной функцией продольной
компоненты z (рис.1):
H H zz = 0
0 ; и, следовательно, H
r
Hr = −
2 0
0
.
(1)
Здесь H0
0 - продольный градиент магнитного
поля на оси системы.
Из уравнений движения иона
, ,
r r
e
mc
r H z
e
mc
r H
C
r
z
z z− = = −
= −
ϕ ϕ ϕ
ϕ
2
2 Ω
(2)
где Ω =
eH
mc
0
0
2
и C - постоянная интегрирования
уравнения азимутального движения; находим пер-
вый интеграл движения в виде
r z rz
C
r
E2 2
2
0+ + −
=Ω (3)
Следовательно, движение иона в рассматривае-
мой системе магнитных полей эквивалентно движе-
нию материальной точки единичной массы в поле с
потенциальной энергией
U rz
C
r
ueff = −
=Ω
2
2 (4)
Рис.1. Магнитные силовые линии в аксиально-сим-
метричных, линейно нарастающих полях, располо-
жение источников ионов и траектории ионов раз-
личных масс
Заметим, что траектория частицы существенно
зависит от знака постоянной C : при C = 0 радиус
траектории пересекает ось системы, при C > 0 и
z > 0 существуют два значения радиуса, при кото-
рых ( )u r обращается в нуль, но только одно из них
положительное и имеет физический смысл, (тогда в
поперечном направлении частица совершает ра-
диальные колебания в потенциальной яме относи-
196
тельно этого радиуса, не охватывая оси системы),
при C z< >0 0, эффективная потенциальная энер-
гия ни при каких значениях r в нуль не обращается
(частица вращается вокруг оси системы с некоторым
эксцентриситетом, не пересекая самой оси). И нао-
борот, поскольку линии заданного значения эффек-
тивной потенциальной энергии u0 в переменных
( )r z, Ω определяют профиль эффективной потен-
циальной энергии
r
u
z
u C z
z
= ±
+0 0
2
2
4
2Ω
Ω
Ω , (5)
возможен качественный анализ особенностей
движения частицы, без интегрирования самих урав-
нений движения.
В безразмерных переменных r r∗ , C u r0 ∗ , где
r u z∗ = 0 Ω , это соотношение (5) принимает вид
r
r
C
u r∗
= ± +
∗
1
2
1 1 4
0 .
При достаточно больших z приближенно нахо-
дим
r
r
C
u r
r
r
C
u r
1
0
2
0
1
∗
= +
∗ ∗
= −
∗
,
.
Таким образом, как уже отмечалось выше, про-
филь эффективной потенциальной энергии суще-
ственно определяется знаком постоянной интегриро-
вания C , − обобщенного азимутального импульса
частицы, покидающего источник ионов в точке
r z0 0, − , со скоростью u0 ( r0 0= и ϕ 0 0= для
точечного источника). По определению из началь-
ных условий ϕ 0 0= следует, что
− =C r zΩ 0
2
0 ,
т. е. величина C является отрицательной и, по-
скольку эта величина является интегралом движе-
ния, она сохраняет свое значение и после перехода в
область z > 0 . Источник ионов целесообразно рас-
полагать на дне рельефа эффективной потенциаль-
ной энергии, т. е. полагать r r1 0= . Тогда
r
r
C
u r
0
0
1 1
∗
= −
∗
= <η
. (6)
Определяющее значение параметра η в задаче
разделения изотопов в системе встречных магнит-
ных полей двух соленоидов показано в работе [1].
Следовательно, и в случае встречных линейно нарас-
тающих полей этот параметр сохраняет свое опреде-
ляющее значение. Выбирая в качестве единицы дли-
ны по оси 0Z величину L
u
= 0
2Ω
, выражение для
граничных радиусов эффективной потенциальной
энергии в области z > 0 представим в виде
r
L
z
z
L
r
L
z
z
L
1
2
2
2
1 1
1 1
= + −
= − −
η
η
(7)
На рис.2 приведены контуры границы для частиц
различной массы (разных значений η =
r
rm
0 ) в коор-
динатах
r
r0
и
z
L
. Видно, что частицы, совершаю-
щие вращательное движение вокруг оси системы,
двигаются в глубь магнитной пробки и, подобно
тому как это происходит в адиабатической ловушке,
отражаются от пробки. Следовательно, частицы
разных масс проникают в правую магнитную пробку
на разную глубину, и в области отражения (области
очень малой поступательной скорости), отделяются
от массы более тяжелых частиц, создавая благопри-
ятные условия для осаждения предельного изотопа
на подложку.
1.
2. Рис.2. Эквипотенциальные линии эффективной
потенциальной энергии частиц в магнитном поле
правой пробки в зависимости от параметра η
ЛИТЕРАТУРА
3. Б.С. Акшанов, Н.А. Хижняк, Новый эффектив-
ный метод разделения изотопов // Письма в ЖТФ,
1991, т.17, вып.6, с.13.
4. Б.С. Акшанов, В.Ф. Зеленский, Н.А. Хижняк,
Метод разделения изотопов в системе встречных,
аксиально-симметричных магнитных полей // Насто-
ящий выпуск, с.197.
197
о возможности сепарации многокомпонентных
потоков ионов в аксиально-симметричных,
линейно нарастающих встречных магнитных полях
Литература
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78193 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:38:24Z |
| publishDate | 2000 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Беликов, А.Г. Николайчук, Л.И. Хижняк, Н.А. 2015-03-12T19:07:04Z 2015-03-12T19:07:04Z 2000 О возможности сепарации многокомпонентных потоков ионов в аксиально-симметричных, линейно нарастающих встречных магнитных полях / А.Г. Беликов, Л.И. Николайчук, Н.А. Хижняк // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 4. — С. 196-197. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78193 621.039:537.3 Известно, что встречные аксиально-симметричные магнитные поля, образованные двумя соленоидами со встречно включенными токами, эффективно разделяют ионы по массам, что может быть использовано для разделения изотопов. Однако в многокомпонентных потоках ионов, содержащих группы ионов с близкими массами, требуется высокая разрешающая способность по массам, которую трудно достичь в рассматриваемой системе. Показано, что разрешающую способность системы можно существенно повысить, если использовать магнитные поля соленоидов с линейно изменяющимися по оси магнитными полями. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Облучательная техника, ядерно-физические методы исследования структуры и свойств твердых тел О возможности сепарации многокомпонентных потоков ионов в аксиально-симметричных, линейно нарастающих встречных магнитных полях Article published earlier |
| spellingShingle | О возможности сепарации многокомпонентных потоков ионов в аксиально-симметричных, линейно нарастающих встречных магнитных полях Беликов, А.Г. Николайчук, Л.И. Хижняк, Н.А. Облучательная техника, ядерно-физические методы исследования структуры и свойств твердых тел |
| title | О возможности сепарации многокомпонентных потоков ионов в аксиально-симметричных, линейно нарастающих встречных магнитных полях |
| title_full | О возможности сепарации многокомпонентных потоков ионов в аксиально-симметричных, линейно нарастающих встречных магнитных полях |
| title_fullStr | О возможности сепарации многокомпонентных потоков ионов в аксиально-симметричных, линейно нарастающих встречных магнитных полях |
| title_full_unstemmed | О возможности сепарации многокомпонентных потоков ионов в аксиально-симметричных, линейно нарастающих встречных магнитных полях |
| title_short | О возможности сепарации многокомпонентных потоков ионов в аксиально-симметричных, линейно нарастающих встречных магнитных полях |
| title_sort | о возможности сепарации многокомпонентных потоков ионов в аксиально-симметричных, линейно нарастающих встречных магнитных полях |
| topic | Облучательная техника, ядерно-физические методы исследования структуры и свойств твердых тел |
| topic_facet | Облучательная техника, ядерно-физические методы исследования структуры и свойств твердых тел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78193 |
| work_keys_str_mv | AT belikovag ovozmožnostiseparaciimnogokomponentnyhpotokovionovvaksialʹnosimmetričnyhlineinonarastaûŝihvstrečnyhmagnitnyhpolâh AT nikolaičukli ovozmožnostiseparaciimnogokomponentnyhpotokovionovvaksialʹnosimmetričnyhlineinonarastaûŝihvstrečnyhmagnitnyhpolâh AT hižnâkna ovozmožnostiseparaciimnogokomponentnyhpotokovionovvaksialʹnosimmetričnyhlineinonarastaûŝihvstrečnyhmagnitnyhpolâh |