Газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2 для экспериментов по рассеянию электронов
Для исследования на ускорителе электронов ЛУЭ-300 ХФТИ ядер дейтерия и изотопов гелия были разработаны газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2. Так как основным направлением планировавшихся экспериментов было получение поперечных и продольных функций отклика ядер, то газовые мишени должны были обеспечить возможн...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 1999 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
1999
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79580 |
| 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: | Газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2 для экспериментов по рассеянию электронов / А.Ю. Буки // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 45-47. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860257568533774336 |
|---|---|
| author | Буки, А.Ю. |
| author_facet | Буки, А.Ю. |
| citation_txt | Газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2 для экспериментов по рассеянию электронов / А.Ю. Буки // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 45-47. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Для исследования на ускорителе электронов ЛУЭ-300 ХФТИ ядер дейтерия и изотопов гелия были разработаны газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2. Так как основным направлением планировавшихся экспериментов было получение поперечных и продольных функций отклика ядер, то газовые мишени должны были обеспечить возможность измерений в широком диапазоне углов рассеяния электронов (Θ), включающем максимальное их значение.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:51:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 539.172
Газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2 для экспериментов по рассеянию
электронов
А.Ю.Буки
ИФВЭЯФ ННЦ ХФТИ, г. Харьков
Для исследования на ускорителе электронов ЛУЭ-
300 ХФТИ ядер дейтерия и изотопов гелия были
разработаны газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2. Так как
основным направлением планировавшихся
экспериментов было получение поперечных и
продольных функций отклика ядер, то газовые
мишени должны были обеспечить возможность
измерений в широком диапазоне углов рассеяния
электронов (θ), включающем максимальное их
значеие.
ОБЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ
Установка СП-95 [1] позволяет вести измерения до
θ=1600. Требование проведения измерений под
максимальным углом ограничивает, из-за техни-
ческих трудностей, возможный угловой диапазон
мишени одним этим углом. Поэтому было создано
две мишени: ГМ-1 для θ=1600 и ГМ-2 для измерений
под другими углами. Схема этих мишеней приведена
на рис.1.
Пучок электронов по направлению линии 1
проходит сквозь сосуд высокого давления 2 через
фольги входного 3 и выходного 4 окон. Электроны,
рассеянные газом на отрезке τ (эффективная толщина
мишени) через фольгу окна 5 и щелевой коллиматор
6, попадают в коллиматор спектрометра 8.
Электроны, рассеянные на газе вне отрезка τ и на
фольгах окон 3 и 4, экранируются от попадания в
спектрометр свинцовой защитой 7 (в случае ГМ-1)
или коллиматором 6 (в ГМ-2).
За исключением окна 5 ГМ-2 все остальные окна
обеих мишеней одинаковые. Конструкция этих, в
плане круглых, окон на рис.1 узел А. Фольга окна 9
прижимается фланцем 10 к корпусу мишени 2. Для
уплотнения места контакта фольги с корпусом
используется одноразовое кольцо 11 из отожженной
меди. Чтобы избежать нагрузки сдвига (среза) на
фольгу (прочность на сдвиг для металлов в 1,5−2 раза
меньше чем на разрыв), внутренняя кромка
прилегающего к фольге фланца закруглена r≈0,1 см.
ФОЛЬГИ ОКОН
Размеры входных и выходных окон, характери-
стики их фольг и давление (Р) газа в мишени −
величины взаимозависимые. Выбор их значений
определяется следующими условиями:
Рис. 1
1) Р до 100 атм.
2) Диаметр окна 3 должен обеспечивать прохожде-
ние пучка, а окна 4 также и конуса от его рассеяния на
фольге входного окна и газа в мишени.
3) После мишени раствор конуса рассеяния пучка
должен быть таким, чтобы не менее 99% первичных
электронов регистрировалось монитором тока,
расположенным за мишенью.
4) Сумма толщин фольг окон 3 и 4 должна быть
минимальной, т.к., хотя вход в коллиматор спект-
рометра и защищен от прямого рассеяния электронов
на них, рассеяние под другими углами создает
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ 1999, № 1.
СЕРИЯ: ЯДЕРНО−ФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ (33).
45
дополнительный фон, ухудшающий условия
измерений.
5) Толщины фольг окон 3 и 5 должна быть не более
нескольких сотых рад. длин (р.д.) − условие
применимости формул для расчета радиационно-
ионизационных поправок к данным измеряемых
спектров.
Все эти условия приводят к задаче выбора фоль-ги
с максимальной погонной прочностью при ми-
нимальной толщине в р.д..
Погонная прочность фольги толщиной δ из
материала с прочностью на разрыв σ есть δσ.
Толщина фольги в р.д.: x=ρδ/x0, где ρ– и x0 −
соответственно плотность и рад. толщина материала.
Отсюда
η=σx0/ρ (1)
− погонная прочность на одну р.д. (п.п.р.д.).
Т.о., получен параметр необходимый для выбора
материала фольги.
Фольга в окне мишени − сегмент сферы радиуса R.
Известно, что δ=PR/σ (см. справочник [2]). Пользуясь
этим выражением, запишем толщину фольги в р.д.
через п.п.р.д.
x=Р0R/η. (2)
Минимальное значение R есть радиус окна r. Под-
ставив в (2) R=r, получим наименьшую для дан-ного
материала толщину фольги, которая в этом случае
представляет собой полусферу. Такое реше-ние имеет
два недостатка: А. Технически не просто изготовить
тонкостенную полусферу, т. к., чтобы обеспечить
нужную пластичность материала, выпрессование
такой формы необходимо проводить при высокой
температуре, а поскольку в результате этой операции
толщина фольги не будет постоянной по всей
поверхности, то может потребоваться прецизионная
обточка. Б. Не трудно вычислить, что толщина фольги
в направлении оси окна будет меняться по мере
удаления от центра как
δ(r')=δ /(1-(r'/R)2)1/2, (3)
где r' − текущая координата, r'≤R−δ. Т.о. в зна-
чительной части площади окна толщина фольги для
электронов может оказаться неприемлемо велика и
эта часть площади не будет считаться рабочей.
Зададим максимальное значение δ(r')/δ=1,5.
Согласно (3) r'=0,75R. Пусть радиус окна r равен
этому значению r'. В такой геометрии появляется
возможность обойти технологическую трудность (А),
если давление газа сможет само сформировать
сегмент сферы нужного радиуса. Очевидно, что
возможность такого решения зависит от способности
материала к деформации растяжения. Свяжем
относительное линейное удлинение материала ε с
величиной R
R=r(1+ε)/(2 ε1/2). (4)
Для δ(r')/δ=1,5 удлинение ε ≤0,2. Такие значения ε
относятся к пластической деформации, и поэтому
радиальная толщина фольги в р.д. будет равна
xr=x/(1+ε). (5)
Подставив R из (4) в выражение (2) и используя (5)
получим
xr=Rr/(2ηε1/2).
(6)
Т.о., в задаче формирования фольги давлением газа
возникает дополнительное требование к материалу: ε
≥0,2. Для этого случая оптимальным представляется
выбор титана или его сплавов, т.к. у этих материалов
ε=0,2-0,3 и η≥27×103 кг/см, тогда как у пластичных
сталей η≤9×103 кг/см.
В мишенях ГМ-1 и ГМ-2 был принят радиус окон
r0=1 см и рабочее давление Р0=100атм. При
условииδ(r')/δ≤1,5, для титановой фольги из формулы
(2) следует х≤5×10−3 р.д., или δ≤1,8×10−2 см.
Мы располагали титаном (техническим сплавом) с
δ=1,7×10−2 см. Будучи установленными в мишень, эти
фольги выдержали давление более 100атм и
приобрели кривизну R=1,8 см. Из выражений (4) и
(5) получаем xr=0,43×10−2 р.д., а из формулы (3) для
r’=1 см x(r’)= 0,51×10−2 р.д. Овальное окно ГМ-2 (5 на
рис. 1) имеет размеры 11,5×1,6 см. В нем установлена
та же фольга, что и в других окнах. С такими
фольгами мишени ГМ-1 и ГМ-2 имеют параметры,
соответствующие вышесформулированным пяти
условиям.
КОЛЛИМАТОРЫ ДЛЯ РАССЕЯННЫХ
ЭЛЕКТРОНОВ
Электроны, рассеянные ядрами атомов газа, по-
падают в спектрометр через коллиматор мишени. В
ГМ-1 коллиматор расположен внутри сосуда
высокого давления (см. рис. 1), в ГМ-2 − находится за
окном 5 и жестко связан с спектрометром. Благодаря
близости коллиматора к центру мишени
минимизируется отрезок пути пучка в газе, от
которого рассеянные электроны не попадают в
спектрометр. Применение щелевых коллиматораов
обеспечивает независимость измерений (величины τ)
от поперечного смещения пучка и изменения его
диаметра в пределах половины радиуса окна от оси
мишени.
Некоторые из электронов, проходящих коллима-тор,
взаимодействуют с его поверхностным слоем и,
потеряв часть энергии, попадают в спектрометр. Это
явление, называемое краевым эффектом коллиматора,
приводит к искажению измеряемого спектра.
Найдено, что оптимальной формой для рабочих
поверхностей коллиматора есть дуга окружности (ее
радиус обозначим Rk). Анализ краевого эффекта
показал, что для спектров электронов, которые
измеряются в пределах от 0,4E0 до E0, этот фон будет
иметь своим источником поверхностный слой
коллиматора толщиной h=xk
2/(8Rk), где xk−
радиационная толщина материала коллиматора.
46
Отсюда, из всех электронов, проходящих щель
коллиматора шириной d, доля тех, которые создают
фон от краевого эффекта:
K=xk
2/(4Rkd). (7)
Максимальное значение величины Rk определяется:
угловым захватом спектрометра α; расстоянием
между центрами мишени и коллиматора J, мишени и
входом в спектрометр L; протяженностью
коллиматора Z. Для J<<L и α<<1
MAX(Rk)= α−1(Z − xk) (1 − J/L). (8)
Коллиматоры мишеней выполнены из свинца, а их
рабочие поверхности покрыты слоем вольфрама (xk
=0,36) толщиной 0,03см. Их Rk (в скобках расчетный
MAX(Rk) ) 50(70)см в ГМ-1 и 100(200)см в ГМ-2. Для
данной конструкции оценка фона от краевого
эффекта: К≤10−5.
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МИШЕНЕЙ
На рис. 2 приведен полученный с помощью ГМ-2
спектр электронов, рассеянных на ядрах дейтерия, и
фон от пустой мишени (соответственно открытые и
закрытые кружки). Отрицательные значения данных −
результат вычитания счетов случайных совпадений.
Наблюдаемый фон стабилен в течение времени
измерения спектра, но его величина изменяется при
переходе ускорителя на другую энергию и зависит от
расположения коллиматоров и монохроматоров
пучка. По-видимому, источником фона является
рассеяние ореола пучка на фланце входного окна
мишени, а его вариации отражают качество
выведения пучка электронов на мишень.
Рис. 2
Величина уровня фона удовлетворяет требованиям
эксперимента. Так, при измерениях на 2H и 4He фон
под максимумом пика квазиупругого рассения (Qel на
рис. 2) составлял 0,1–0,5% от эффекта в случае ГМ-2
и не превышал нескольких процентов на мишени ГМ-
1. Из опыта применения мишеней отметим, что
благодаря измерениям на ГМ-1 под столь большим
углом рассеяния как 160° в работах [3] были
получены значения момента поперечной функции
отклика ядра 4He без обычно необходимых для этого
дополнительных измерений под малыми углами.
ХАРАКТЕРИСТИКИ МИШЕНЕЙ И
ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
Приведем параметры ГМ-1, ГМ-2 и для сравнения
газовой мишени Массачусетского технологического
института (г.м. МТИ):
ГМ-1 ГМ-1 г.м.МТИ
Р атм 100 100 100
θmin–θmax 160° 50°–1300 45°–135°
материал фольг титан титан сталь
толщина мишени в (р.д.)×102
для пучка 0,86 0,86 3,00
50°– 130° *) −− 0,57 3,90
90° *) −− 0,44 3,00
160° *) 0,43 −− −−
Прим.*) Для рассеянных на этот угол электронов.
Указанные толщины относятся к пустым мише-ням.
В случае заполнения их легкими газами к этим
данным надо добавить 0,2–0,4×10−2 р.д..
Возможные области применения ГМ-1 иГМ-2:
1) Исследование (е,е')-рассеяния на ядрах 2H и 4He, а
также более тяжелых газообразных элементов.
2) Толщины фольги выходного окна и газа в мишени
позволяют регистрировать протоны с энергией ≥12
Мэв, т.е. исследовать (е,р)– и (γ,р)– реакции.
3) Вклад в сеченее (е,е')-рассеяния квадрата попе-
речного формфактора (FТ)2 относится к квадрату
продольного (FL)2 как 1/2+tg2(θ/2). При θ=160° эта
функция равна 32,5. Поэтому, для случаев
(FТ)2/(FL)2 >0,1, мишень ГМ-1 позволяет получать
данные, подобные результатам измерений под 180°.
В заключение автор должен сказать, что в работе
над ГМ-1 и ГМ-2 он опирался на опыт эксплуатации
газовой мишени, созданной ранее И.И. Чкаловым и
В.В. Хвастуновым [5], а также считает своим
приятным долгом выразить искреннюю
благодарность Н.Г. Шевченко, В.Н. Полищуку и
А.А. Хомичу за помощь в изготовлении и апробации
мишеней.
Литература
1. Афанасьев Н.Г. и др. ЯФ. 5, 318 (1967).
2. Краткий физико-технический справочник. Под
ред. К. П. Яковлева, Гос. изд. ф.-м. лит.
Москва 1960, т.2 , стр.138.
47
3. Buki A.Yu. et al. Preprint IAE−5397/2 M., 1991.
Буки А.Ю., Шевченко Н.Г., Полищук В.Н.,
Хомич А.А. Я.Ф. 58, 1353 (1995).
4. G. Quinn et al. Phys.Rev.C37, 1609 (1988).
5. Чкалов И.И. Диссертация ХГУ, Харьков−1975.
Статья поступила: в редакцию 25 мая 1998 г.,
в издательство
48
общая конструкция
фольги окон
коллиматоры для рассеянных электронов
опыт применения мишеней
характеристики мишеней и возможности их применения
Литература
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79580 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:51:10Z |
| publishDate | 1999 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Буки, А.Ю. 2015-04-03T12:58:55Z 2015-04-03T12:58:55Z 1999 Газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2 для экспериментов по рассеянию электронов / А.Ю. Буки // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 45-47. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79580 539.172 Для исследования на ускорителе электронов ЛУЭ-300 ХФТИ ядер дейтерия и изотопов гелия были разработаны газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2. Так как основным направлением планировавшихся экспериментов было получение поперечных и продольных функций отклика ядер, то газовые мишени должны были обеспечить возможность измерений в широком диапазоне углов рассеяния электронов (Θ), включающем максимальное их значение. В заключение автор должен сказать, что в работе над ГМ-1 и ГМ-2 он опирался на опыт эксплуатации газовой мишени, созданной ранее И.И. Чкаловым и В.В. Хвастуновым, а также считает своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность Н.Г. Шевченко, В.Н. Полищуку и А.А. Хомичу за помощь в изготовлении и апробации мишеней. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Методика эксперимента Газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2 для экспериментов по рассеянию электронов Article published earlier |
| spellingShingle | Газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2 для экспериментов по рассеянию электронов Буки, А.Ю. Методика эксперимента |
| title | Газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2 для экспериментов по рассеянию электронов |
| title_full | Газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2 для экспериментов по рассеянию электронов |
| title_fullStr | Газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2 для экспериментов по рассеянию электронов |
| title_full_unstemmed | Газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2 для экспериментов по рассеянию электронов |
| title_short | Газовые мишени ГМ-1 и ГМ-2 для экспериментов по рассеянию электронов |
| title_sort | газовые мишени гм-1 и гм-2 для экспериментов по рассеянию электронов |
| topic | Методика эксперимента |
| topic_facet | Методика эксперимента |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79580 |
| work_keys_str_mv | AT bukiaû gazovyemišenigm1igm2dlâéksperimentovporasseâniûélektronov |