WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 2 02;10;12 Угловые характеристики процессов потери электронов отрицательными ионами и атомами водорода в газах © Г.Д. Ведьманов, Ю.Г. Лазарев, В.И. Радченко Уральский государственный технический университет, 620002 Екатеринбург, Россия (Поступило в Редакцию 23 февраля 1998 г. В окончательной редакции 19 октября 1998 г.) Представлены результаты экспериментального измерения пространственно-угловых распределений частиц водорода (H-, H0, H+), полученных при рассеянии коллимированного ленточного пучка ионов H- и атомов H0(1s) в газовых мишениях He, Ar, Kr, Xe, H2, O2, CO2 для некоторых значений энергии из диапазона 0.6... 15 MeV. Описаны экспериментальная установка и методика измерений с угловым разрешением 5 · 10-6 rad. Определены угловые характеристики измеренных распределений: ширина на половине высоты и страндартное отклонение. Показано, что для пучка атомов водорода, полученных при нейтрализации ионов H- в газовой мишени, форма распределения изменяется в зависимости от толщины и сорта мишени и угловые характеристики минимальны для H2-мишени. Изменения формы распределения обусловлены вкладом процессов рассеяния без изменения заряда частиц.

Введение Требования к экспериментам по измерению полных сечений и характерных углов являются менее жесткими. В Существует ряд крупных научно-технических проек- частности, для проведения угловых измерений допуститов, связанных с созданием накопителей, тандемных мо использование ионных пучков ленточного вида (хотя ускорителей, мезонных фабрик, с пучковым разогревом полученные при этом величины не дают вполне четкого термоядерной плазмы и т. п., для которых необходима ин- представления о форме и характерных углах ДСР).

формация об изменении поперечного размера (фазового Объектом, представляющим интерес для перечисленобъема) и зарядового состава ионного пучка, проходя- ных выше практических приложений и удобным для щего порой весьма значительные расстояния, в зависи- теоретического описания, является пучок частиц водомости от условий его транспортировки [1]. Рассеяние рода (H-, H0, H+). ДСР ионов H- и атомов H0 с быстрых частиц, сталкивающихся с атомами мишени, изменением и без изменения заряда при E > 50 keV полностью характеризуется набором дифференциальных в газообразных мишенях изучены недостаточно, в персечений рассеяния (ДСР) для различных процессов с вую очередь это относится к экспериментальным исслеизменением или без изменения зарядового состояния дованиям. Для сравнительно малых значений энергии налетающих частиц (суммированных по всем конечным E = 50... 150 keV в работе [2] на пучках круглого состояниям мишени). Эти сечения служат основой для поперечного сечения были измерены угловые распредерасчета любых других величин, используемых в конкрет- ления и характерные углы рассеяния атомов водорода, ных приложениях. образующихся при нейтрализации ионов H- в H2, He и Экспериментальное определение ДСР, особенно в Li мишенях, исследована зависимость характерного угла области энергий столкновения E > 0.5 MeV, связано с рассеяния от толщины мишени. В работе [3] развит спонеобходимостью выполнения ряда жестких требований к соб и выполнены измерения дифференциальных по углу угловой расходимости и интенсивности начального пуч- сечений нейтрализации и упругого рассеяния ионов H- с ка, к разрешающей способности системы детектирования энергией 100 и 200 keV на H2 и He мишенях в ленточной и т. д., что делает измерения ДСР весьма трудоемкими. геометрии пучка. В области более высоких энергий В то же время в экспериментальной и теоретической столкновения подобные публикации экспериментальнопрактике части используются характеристики, получен- го материала отсутствуют. Теоретические результаты, ные на основе ДСР, например полное сечение (E) относящиеся к вычислению ДСР и характерных углов рассеяния в зависимости от энергии столкновения E рассеяния в соударениях с нейтрализацией ионов H-, или характерный угол 1/2(E) рассеяния. В эксперимен- опубликованы в работах [4–8] для E 100 keV.

тальных исследованиях и в ускорительной технике под В настоящей работе, продолжающей серию наших характерным углом рассеяния 1/2 обычно понимают работ [6–9], выполненных ранее на одном эксперименполную ширину углового распределения частиц в пучке тальном комплексе, представлены результаты измерена половине его высоты (ПШПВ). В теории в качестве ний пространственно-угловых распределений рассеянхарактерного угла рассеяния часто используют значение ных частиц водорода в процессах потери одного и двух m, при котором достигается максимум произведения электронов ионами H- и атомами H0(1s) в газовых sin (d()/d). Как правило, значения углов 1/2 и мишенях He, Ar, Kr, Xe, H2, O2, CO2 для некото2m совпадают с погрешностью в единицы процентов. рых значений энергии E из диапазона 0.6... 15 MeV.

6 82 Г.Д. Ведьманов, Ю.Г. Лазарев, В.И. Радченко Если пространственное распределение плотности потока коллиматоров K2 и K3 по вертикали и их вращение частиц пучка определяется не только их ДСР, но и в плоскости, перпендикулярной пучку, производилось с геометрическими условиями коллимации исходного и помощью микрометрических винтовых приводов (МВП).

регистрации рассеянного пучков, то такое распределение Из-за большой длины траектории пучка в пределах КС называется пространственно-угловым (ПУР). (390 mm она была экранирована от внешних магнитных полей трехслойным цилиндрическим экраном с коэффициентом ослабления поперечной (относительно напраЭкспериментальная установка вления пучка) составляющей магнитного поля более 10.

и методика измерений Экранировка траектории пучка от магнитных полей с помощью листов анизотропной холоднокатанной трансфорЭкспериментальная установка, на которой проводиматорной стали была применена также на большинстве лось измерение пространственно-угловых распределеучастков транспортировки пучка части от K1 до K2 и от ний (ПУР) рассеянных пучков частиц водорода, и метоK3 до детектора D1.

дика описаны в работах [6–10]. В последующем изложеПУР исходного и зарядовых компонентов рассеянного нии приведем основные параметры установки применив КС пучка частиц в зависимости от их заряда и энергии тельно к измерению характерных углов рассеяния пучка измерялись с использованием трех методов.

ленточного вида и особенности методики измерений с Методом сканирования пучка электрическим дефлекпучком атомов водорода, получаемых в газовой мишени тором, детально описанным в [10], измерялись ПУР при отрыве электрона от иона H-, рассмотренных более заряженных компонентов пучка после КС. Дефлектор детально в работе [11].

ЭД2 служил для сканирования пучка переменным элекЛенточный пучок части водорода формировался в трическим полем, а дефлектор ЭД3 использовался для установке [6] (схема на рис. 1) с помощью двух щелевых разделения зарядовых компонентов пучка и нацеливания коллиматоров (K1, K2) размерами 20 µm по вертикали одного из них на центр детектора Д1 с коллиматором КД.

и до 8 mm по горизонтали, удаленных один от другого Для регистрации частиц использовались кремниевые дена 7.25 m вдоль траектории пучка. В исследовательский текторы типа ДКДПс-350 с толщиной чувствительного канал из ускорителя направлялся пучок ионов H-, а слоя до 1.5 mm, позволявшие вести энергетический анадругие зарядовые состояния частиц водорода создавались лиз частиц водорода в пучке с энергией до 15 MeV.

путем отрыва электронов от H- в перезарядной газовой ПУР атомов водорода измерялось механическим скамишени (ПГМ), установленной на пути пучка до систенированием, т. е. путем перемещения по вертикали помы коллиматоров. Траектория пучка частиц на участке движной платформы П с закрепленными на ней детекот K1 до K2 задавалась электическими и магнитными тором Д1 и установленным перед ним составным коллидефлекторами ЭД1, ЭMкак до (на рис. 1 не показаны), матором КД [11]. Платформа перемещалась с помощью так и после входного коллиматора K1. Газовая мишень шагового привода платформы (ШПП) в диапазоне 9 mm контролируемой толщины и состава ограничивалась щес шагом 1.6 µm. Составной коллиматор КД детектора лями коллиматоров K2 и K3 камеры столкновений (КС), Д1 формировался из двух тонких пластинок одинаколимитировавшими поток газа за пределы КС и обеспевой толщины, перекрывающих окно перед детектором и чивавшими прохождение рассеянных частиц с углами образующих в его центре горизонтальную щель высотой отклонения по вертикали до 0.4 · 10-3 rad. Смещение 10 µm. Толщина пластинок выбиралась такой, чтобы энергия частиц, прошедших сквозь пластинки в окно детектора, была бы оптимальной для отделения их в спектре от частиц с начальной энергией, попавших в детектор через щель. Вертикальный размер ленты выбранного компонента рассеянного пучка всегда был много меньше высоты окна детектора, и при его смещении в процессе измерения ПУР доля частиц пучка, не попавших в детектор, всегда была пренебрежимо мала. Сумма зарегистрированных детектором частиц (мониторирующее число) использовалась для нормировки результатов измерений в различных точках измеряемого профиля.

При низких значениях энергии атомов водорода (менее 1MeV) нормировка результатов измерений в различных Рис. 1. Экспериментальная установка: ССТ — перезарядная точках профиля велась по количеству частиц, зарегигазовая мишень; C1-C3 и DC — коллиматоры; ED1... ED3 — стрированных с помощью дополнительного детектора электрические дефлекторы; HVS — источник высокого наД2, на центральную область которого дефлектором ЭДпряжения; EM — электромагнит; MSD — микрометрический направлялся один из зарядовых компонентов пучка.

винтовой привод; CC — камера столкновений; A — комплекс аппаратуры; PSD —шаговый привод платформы; P — платфор- В третьем использованном методе измерения ПУР, ма; D1 и D2 — детекторы. являющимся модификацией первого, сканирующим элекЖурнал технической физики, 2000, том 70, вып. Угловые характеристики процессов потери электронов отрицательными ионами и атомами... трическим дефлектором служили пластины входного равен нулю (если источник и детектор находятся в одной коллиматора K2 для КС. Полированные пластины толщи- вертикальной плоскости), поэтому =y =.

ной 500 µm с зазором между ними 20 µm изолированы В случае используемой нами ”ленточной” геометрии от корпуса КС и друг от друга и при использовании x y и в детектор попадают частицы с y = и этого метода соединяются с электронной системой ска- всеми возможными значениями x, поэтому результат нирования A (рис. 1) [10]. Этот метод отличается от измерения следует соотносить с некоторым эффективпредыдущего большей оперативностью, но применим ным углом рассеяния, равным (если вероятность рассетолько к заряженным начальным компонентам пучка. яния t мала) Результаты измерений ПУР, представленные в данной () работе, выполнены преимущественно путем перемещения детектора Д1 с составным коллиматором. Несколько 1/2 d(x, ) d(x, ) = 2 + 2 dx dx, (2) x измерений было проведено в сопоставимых условиях d d всеми тремя методами и дали эквивалентные результаты. По данным многочисленных измерений угловая где d(x, )/d — дифференциальное сечение рассерасходимость (ПШПВ) пучка в вертикальной плоскости яния, — полное сечение, t — толщина мишени.

составила 3·10-6 rad, а угловое разрешение (ПШПВ) по Это значение практически совпадает с углом аппаратной функции — 5 · 10-6 rad. лишь при ПШПВ, поэтому ПШПВ 1/2-распределения, измеренного в ленточной геометрии, оказывается искаженной (завышенной) по сравнению с ПШПВ Обработка экспериментальных данных дифференциального сечения рассеяния.

Статистической характеристикой, учитывающей форПУР, измеренные описанными методами, представлему спектра как около центра пика, так и вдали от него, ны в виде спектров, т. е. в виде зависимости числа Y() является дисперсия 2 (или стандартное отклонение ) частиц, попавших в детектор через щель коллиматора КД при заданном значении мониторирующего числа (число 2 = Y ()2d Y ()d (3) отсчетов), от величины углового смещения коллиматора относительно центра распределения (примеры показаны на рис. 2 и 3). Спектры обрабатывались с пределами интегрирования от -max/2 до +max/2.

математически с целью подбора аппроксимирующей их В измеренном нами диапазоне углов рассеяния функции и вычисления ее параметров. По большому ( 100 µrad) функция Y () вида (1) при набору числового материала определено, что для частиц медленно уменьшается с ростом угла как Y1/, водорода спектр вполне удовлетворительно описывается поэтому ее стандартное отклонение max/ ln(max), функцией вида т. е. не является инвариантной характеристикой процесса рассеяния. Это обстоятельство заставляет устанавливать 1/2 3/Y() =Y1/ 1 + 2/2 +Y2/ 1 + 2 + 2, (1) max в известной мере произвольно. Нам представляется удобным использовать критерий Y (max/2) Y (0)/10, параметры которой, т. е. Y1, Y2 и, определяются путем усреднив max по всем спектрам, измеренным при одинаподгонки к экспериментальным данным по методу наиковой энергии, независимо от сорта и толщины мишени.

меньших квадратов.

Этот диапазон углов соответствует диапазону, охватыВ качестве интегральной угловой характеристики расваемому экспериментом. Значения max при измерении пределений, имеющих форму пика, чаще всего испольПУР процесса рассеяния (-1.0) приведены в табл. 1.

зуется полная ширина пика на половине его высоты Если max 31/2, то 1/2 2.

(ПШПВ) 1/2. К достоинствам этой характеристики Из дисперсии измеренного распределения вычитается следует отнести наглядность и простоту ее определедисперсия аппаратной функции, в качестве которой мы ния. Мы также используем ПШПВ для характеристики использовали дисперсию спектра нерассеянных частиц ПУР. Однако ПШПВ слабочувствительна к изменениям (так называемая аппаратная линия, измеренная на остав периферийной области ПУР, т. е. к изменению формы точном газе в КС).

распределения.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.