Измерение энергии пучка заряженных частиц с помощью аксиально-секционированного цилиндра Фарадея
В настоящей работе для измерения энергии ускоренных частиц использованы явление многократного рассеяния электронов на выходной фольге ускорителя и разработанный нами аксиально-секционированный цилиндр Фарадея (АСЦФ), способный работать в атмосферных условиях....
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 1999 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
1999
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79587 |
| 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: | Измерение энергии пучка заряженных частиц с помощью аксиально-секционированного цилиндра Фарадея / П.М. Рябка, В.С. Балагура // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 98-99. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860236130955296768 |
|---|---|
| author | Рябка, П.М. Балагура, В.С. |
| author_facet | Рябка, П.М. Балагура, В.С. |
| citation_txt | Измерение энергии пучка заряженных частиц с помощью аксиально-секционированного цилиндра Фарадея / П.М. Рябка, В.С. Балагура // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 98-99. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | В настоящей работе для измерения энергии ускоренных частиц использованы явление многократного рассеяния электронов на выходной фольге ускорителя и разработанный нами аксиально-секционированный цилиндр Фарадея (АСЦФ), способный работать в атмосферных условиях.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:24:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 359.12.076;621.384.6
Измерение энергии пучка заряженных частиц с помощью аксиально −
секционированного цилиндра Фарадея
П.М.Рябка, В.С.Балагура
ИФВЭЯФ ННЦ ХФТИ, г. Харьков
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Распространенным и самым точным методом
определения энергии заряженных частиц есть
измерения при помощи электромагнитного
анализатора, который основан на зависимости между
импульсом P частицы и радиусом ее круговой орбиты
r в магнитном поле с индукцией B:
P[МэВ/с] =3 · 10 - 8 Br. (1)
В настоящее время ускорители заряженных частиц
используются во многих технологических процессах,
где не требуется высокой точности измерения
энергии пучка. Поэтому получили распространение
простые методы, не требующие громоздкого
оборудования.
В настоящей работе для измерения энергии
ускоренных частиц использованы явление
многократного рассеяния электронов на выходной
фольге ускорителя и разработанный нами аксиально−
секционированный цилиндр Фарадея (АСЦФ),
способный работать в атмосферных условиях. Он
выполнен из отдельных концентрич-но
расположенных и изолированных друг от друга и от
экранирующего кольца секций и позволяет измерять
девять параметров пучка, в том числе и его
среднеквадратичный радиус [5]. Зная
среднеквдратичный радиус разброса частиц, можно
однозначно определить и среднеквадратичный угол
многократного рассеяния, а, следовательно, и
начальную энергию пучка [6].
Для корректных измерений толщина фольги
должна быть достаточно велика, чтобы процесс
рассеяния можно было считать многократным, а с
другой сторны достаточна мала, чтобы потерями
энергии в ней можно было пренебречь. Первое
условие выполняется при [7]:
t >>{(πnZ(Z+1)m2c4r0
2)/E0
2}−1(λ/a), (2)
где t− толщина фольги, см; n− количество атомов в
1см3 фольги; Z− атомный номер вещества фольги; E0−
энергия пучка, МэВ r0 − классический радиус
электрона, см; λ − комптоновская длина электрона,см;
a=5.3·10-9Z-1/3 − радиус атома вещества фольги, см.,
например, для E0= 5 МэВ и титановой фольги (2)
сводится к условию t>>70 мкм, а для алюминия
t>>170 мкм. Обычно выходная фольга ускорителей
изготовляется из титана или алюминия толщиной 50-
70 мкм. Поэтому для осуществления условия (2)
необходимо при измерении энергии пучка за
выходной фольгой устанавливать дополнительный
рассеиватель, толщина которого должна
удовлетворять второму условию:
(∆E/E0)<<1, где ∆E=∆Eu + ∆Er - полные потери
энергии частиц; ∆Eu - ионизационные потери энер-
гии; ∆Er - радиационные потери. Для E0=5 МэВ это
условие выполняется при t<<0.6 cм для титана и
t<<0.34 см для меди.
ТЕОРИЯ
Из многочисленных литературных данных по
теоретическому и экспериментальному иссле-
дованию рассеяния заряженных частиц в конден-
сированных средах следует, что между средне-
квадратичным углом рассеяния в тонкой фольге
<θ2>1/2 и энергией падающих на нее частиц E0 имеет
место соотношение:
<θ2>1/2 = k/ E0, (3)
где k - либо независящая от энергии постоянная (как
следует из теории многократного рассеяния
разработанной Росси [8]), либо медленно
изменяющаяся от энергии функция (как следует из
теории Вильямса [9]). Кроме того,
среднеквадратичный угол связан с проекционным
углом:
<θ2>1/2 = 21/2σ/L, (4)
где σ - среднеквадратичный радиус рассеянного
пучка, измеренный на рсстоянии L от фольги.
Поскольку функция распределения рассеянных
частиц в плоскости, перпендикулярной оси пучка,
имеет гауссовский профиль [10], полный ток пучка I0,
максимальная плотность потока j0 и дисперсия
распределения σ связаны между собой:
зависимостью:
j0 = I0 /2π σ2 . (5)
Из выражений 3-5 получим:
E0=kL (π j0 / I0 )1/2 (6)
Если плотность потока измеряется в см-1, а ток в
микроамперах, то
E0= k L (π j0 / I0 )1/2] / 2.5 · 10 6 = K (j0 / I0)1/2 (7)
Таким образом, параметр
K = E0 (I0 / j0)1/2 =k L π1/2 /2.5 ·10 6 (8)
98
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ.1999, № 1
СЕРИЯ: ЯДЕРНО−ФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ (33).
является определяющей константой в нашей методике
измерения энергии с помощью АСЦФ.
Из анализа теоретических моделей и выражений
для расчетов среднеквадратичных углов рассеяния,
мы остановили свой выбор на решении задачи по
Мольеру [11,12]. Эта теория разработана с
наименьшими допущениями и достаточно хорошо
описывает процесс не только многократного
рассеяния, но и кратного. Согласно Мольеру [13]
<θ2> = θ1
2 · В,
(9)
θ1
2 = 0.157 Z(Z+1) ρt /A E0
2 , (10)
где B является корнем трансцендентного уравнения
B−lnB = lg( θs / θ1
)2 − 0.1544. (11)
В свою очередь
(θs / θ1
)2 =7800 ρt (Z+1)Z1/3 / A(1+3.35 α2 ), (12)
где α= Z/137. Здесь приняты следующие обзна-чения:
А - атомная масса вещества рассеивателя; ρt -
толщина мишени, г/см2 ; θ1 - некоторый
максимальный угол, выбираемый из статистических
соображений [13]; θs - угол экранировния атома.
Из выражений (9) и (10) следует, что для
рассматриваемой теории:
K = ( 0.157 · Z(Z+1) · ρtB /A )1/2 . (14)
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
В таблице приведены экспериментальные резуль-таты
расчетов коэффициента K, полученные по данным
измерений полного тока пучка и его плотности для
семи различных энергий пучка Е0. Измерения
плотности потока в максимуме кривой распределения
j0 производились на расстоянии L=86 см от
рассеивателя, состоящего из выходной фольги
ускорителя из титана толщиной 50 мкм и
дополнительной медной фольги толщиной 180 мкм.
Начальная энергия измерялась с помощью
магнитного анализатора с точностью ∼0.1%.
Е0, Мэв I0, мкА j0, см-2· с-1 K= Е0 (I0 / j0)1/2,
МэВ ⋅ рад
5 0.88 1.65 · 109 1.15 · 10 − 4
10 1.23 9.60 · 109 1.13 · 10 − 4
15 1.00 1.70 · 1010 1.15 · 10 − 4
20 1.05 3.30 · 1010 1.12 · 10 − 4
25 1.00 4.52 · 1010 1.17 · 10 − 4
30 0.88 5.50 · 1010 1.20 · 10 − 4
35 0.82 7.37 · 1010 1.17 · 10 − 4
Среднее значение равно Kcp = (1.16±0.02)·10-4
МэВ·рад. Как следует из таблицы, относительная
ошибка измерений коэффициента K составит:
(∆K/ Kcp) ·100%=1/ Kcp Σ| Kcp − K|·100% = 1,7%.
Таким образом, можно сделать вывод о достаточно
хорошей точности как измерения коэффициента K,
так и для решения обратной задачи − измерения
энергии пучка. К этому неоходимо добавить, что
расчетные значения K=1.161·10-4 МэВ·рад,
рассчитанные по модели Мольера, практически
совпали с экспериментом. В заключение следует
отметить, что такое совпадение результатов позволяет
сделать вывод не только об уникальных
возможностях АСЦФ как многофункционального
датчика параметров пучка, но и о его
универсальности, что открывает перспективу
радикального упрощения систем формировния и
индикации пучков ускорителя. Кроме того, метод
настройки ускорителя с помощью единственного
датчика наилучшим образом поддается процессу
автоматизации.
Литература
1. Бенфорд А. Транспортировка пучков заряженных
частиц. М.: Атомиздат,1969.
2. Гришаев И.А. и др. Атомная энергия. 29,
Вып.2,138(1970).
3. Балашев А.П. ПТЭ.¹1,27(1974).
4. Дронин В.И., Милованов О.С.,и др. Доклады 4
Всесоюзного совещания по применению
ускорителей заряженных частиц в народном
хозяйстве. Ленинград. 28-30.08. 2,170(1992).
5. Рябка П.М., Солодовник В.Г. Труды ΧII Все-
союзного совещания по ускорителям
заряженных частиц. Москва.,3-5 октября,
Дубна. 1,67(1992).
6. Калиновский А.Н., Мохов Н.В. и др. Прохож-
дение частиц высоких энергий через
вещество. М.: Энергоатомиздат,1985.
7. Мотт Н., Месси Г. Теория атомных стокновений.
М.: МИР,1969.
8. Росси Б. Частицы больших энергий. М:
Гостехиздат , 1955.
9. Williams E.J. Phys.Rev. 58, 292(1940).
10. Грицина В.Т., Рябка П.М. Дозиметрия иони-
зирующих излучений. Ташкент:ФАН,46,1976.
11.Moliere Z. Zs.Naturforsch. 2a,133(1947).
12.Bethe H.A. Phys.Rev.89,1256(1953).
13. Экспериментальная ядерная физика. Под ред. Э.
Сегре. М.: ИЛ,т.1,1955.
14. Радиационная дозиметрия: Электронные пучки с
энергией от 1 до 50 МэВ: Доклад 35 МКРЕ: Пер. с
англ. М.: Энергоатомиздат,1988.
Статья поступила в редакцию 25 мая 1998 г.,
в издательство 1 июня 1998 г.
99
Постановка задачи
ТЕОРИЯ
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Литература
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79587 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:24:13Z |
| publishDate | 1999 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Рябка, П.М. Балагура, В.С. 2015-04-03T13:51:45Z 2015-04-03T13:51:45Z 1999 Измерение энергии пучка заряженных частиц с помощью аксиально-секционированного цилиндра Фарадея / П.М. Рябка, В.С. Балагура // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 98-99. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79587 359.12.076;621.384.6 В настоящей работе для измерения энергии ускоренных частиц использованы явление многократного рассеяния электронов на выходной фольге ускорителя и разработанный нами аксиально-секционированный цилиндр Фарадея (АСЦФ), способный работать в атмосферных условиях. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Техника ускорения электронов Измерение энергии пучка заряженных частиц с помощью аксиально-секционированного цилиндра Фарадея Article published earlier |
| spellingShingle | Измерение энергии пучка заряженных частиц с помощью аксиально-секционированного цилиндра Фарадея Рябка, П.М. Балагура, В.С. Техника ускорения электронов |
| title | Измерение энергии пучка заряженных частиц с помощью аксиально-секционированного цилиндра Фарадея |
| title_full | Измерение энергии пучка заряженных частиц с помощью аксиально-секционированного цилиндра Фарадея |
| title_fullStr | Измерение энергии пучка заряженных частиц с помощью аксиально-секционированного цилиндра Фарадея |
| title_full_unstemmed | Измерение энергии пучка заряженных частиц с помощью аксиально-секционированного цилиндра Фарадея |
| title_short | Измерение энергии пучка заряженных частиц с помощью аксиально-секционированного цилиндра Фарадея |
| title_sort | измерение энергии пучка заряженных частиц с помощью аксиально-секционированного цилиндра фарадея |
| topic | Техника ускорения электронов |
| topic_facet | Техника ускорения электронов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79587 |
| work_keys_str_mv | AT râbkapm izmerenieénergiipučkazarâžennyhčasticspomoŝʹûaksialʹnosekcionirovannogocilindrafaradeâ AT balaguravs izmerenieénergiipučkazarâžennyhčasticspomoŝʹûaksialʹnosekcionirovannogocilindrafaradeâ |