Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
447- импульса в ней окажется в десятки или даже сотни раз меньше длительности первоначального импульса источника и во столько же раз возрастает мгновенная интенсивность пучка, так как ни одна из прошедших прерыватель частиц не теряется. Система клистрон-ной группировки ионов может устанавливаться на пучке до и после основной ускоряющей трубки. Недостаток метода состоит в возникающей немонохроматичности пучка, однако в большом числе случаев данное обстоятельство не мешает проведению экспериментов. К тому же возникающий энергетический разброс оказывается, как правило, небольшим. Так, в одной из действующих уста-
Рис. 13.27. Схема группировки ионов с использованием магнита Мобли:
/ — мишень; 2 — магнит; 3 — диафрагма; 4 — отклоняющие пластины
новок при средней энергии ионов 500 кэв кэв\ при этом им-
пульс от 20 нсек сжимается до 3 нсек, т. е. в 6 раз. В установке советских физиков Т.Н. Флерова и И. И. Таманова (1957 г.) первоначальный импульс длительностью 35 нсек сжимался в 70 раз до 0,5 нсек. При этом использовалось 18% тока ионного источника, который в непрерывном режиме давал 67 мка. Таким образом, средний ток данной установки был равен 0,18 • 67« 12 мка при токе в импульсе 5 ма.
2. Пространственная группировка ионов с помощью магнита Мобли. Вышедший из ускорителя цуг ускоренных ионов через пару отклоняющих пластин направляется к постоянному магниту и затем с помощью системы магнитных линз фокусируется на мишень (рис. 13.27). Подводимое к пластинам переменное напряжение выбирается так, чтобы первые ионы цуга летели по внешней, а последние — по внутренней траектории, в результате первым ионам приходится пройти до мишени более длинный путь, чем последним. Соответствующим выбором параметров установки можно добиться, чтобы все ионы достигали мишени почти одновременно. Это приводит к сокращению импульса во много раз (на одной из первых установок этого типа длительность импульса сокращалась от 10 до 0,8 нсек).
448- Сравнивая эти два метода группировки частиц, необходимо отметить, что второй метод технически гораздо сложнее, и в результате его применения ионы подходят к мишени с некоторым разбросом по направлениям, зато они остаются практически монохроматическими, что в некоторых случаях весьма существенно.
При работе с наносекундными импульсами, особенно с использованием группировки частиц, очень важно иметь надежный способ получения стартовых импульсов, отмечающих моменты попадания ускоренных ионов на мишень. Чтобы обеспечить быстрое и стабильное включение временного анализатора, эти импульсы должны иметь крутой фронт и постоянную амплитуду и, кроме того, они должны быть строго синхронизированы с истинным моментом рождения нейтронов. Обычно стартовые импульсы получают одним из следующих методов:
1. Временной анализатор запускается импульсом, подаваемым на отклоняющие пластины для направления пучка на мишень. Этот метод удобен при работе с циклотронами или с прерыванием пучка после ускорения. В случае прерывания пучка до ускорения появляются трудности, связанные с выводом сигнала из высоковольтной части ускорителя. Гальваническая связь здесь, очевидно, невозможна, поэтому приходится использовать передачу сигнала через конденсатор. Неопределенность измерения времени пролета, вносимая при использовании данного метода запуска временного анализатора, обычно невелика — не более 1 нсек. К достоинствам метода можно отнести также независимость стартового сигнала от тока пучка и его сколь угодно высокую амплитуду, а к недостаткам — смещение нуля времени при изменении энергии ускоряемых частиц в случае прерывания пучка до ускорения ( ибо время пролета ионов от пластин до мишени зависит от их энергии), а также трудности достижения точной синхронизации при работе с группировкой частиц.
2. Стартовый импульс можно снимать непосредственно с мишени или в виде импульса, создаваемого пучком тока, или в виде световой вспышки, которая возникает под действием ускоренных частиц в сцинтилляторе, нанесенном на мишень или на окружающие ее детали. Этот способ хорош заведомо точным совпадением стартового импульса с моментом попадания пучка на мишень,, в результате он оказывается полезным во всех случаях, когда получение импульса от прерывателя пучка неудобно или не может обеспечить точной синхронности. Главный недостаток метода — зависимость амплитуды сигнала от суммарного заряда, приносимого на мишень ионами за время импульса. Величина последнего может сильно флуктуировать от импульса к импульсу, что приводит к неустойчивой работе управляющей схемы. Другой недостаток — малая амплитуда импульсов, вызывающая необходимость их предварительного усиления. Чтобы снять импульс тока, необходимо обеспечить поглощение в мишени всех попадающих на нее частиц. Для этого мишень делается в виде изолированной от корпуса толстой свинцовой пластины, окру-
15 Зач. 1079
449 жсннсй тонким электростатическим экраном, на который можно нанести слой любого желаемого экспериментатором вещества. Электрический импульс, снимаемый с такой мишени, может иметь длительность около 20 нсек. При емкости мишени относительно земли 10 пф заряд 0,1 пк, соответствующий попаданию на мишень 6х >' IO5 ионов, создает на ней импульс напряжения амплитудой 10 мв.
