книги из ГПНТБ / Гуртовой М.Е. Вопросы физики быстрых нейтронов. Спектрометрия быстрых нейтронов по времени пролета

Отметим,

что при A t -* -О ( l i m 5 ^

- = і) выражение для времен­

ного фокусного

расстояния приобретает

вид:

и,

таким

f 12=

ги

/ао ^ ,

где:

а

=

(I3)

0

vo

образом, совпадает с

выражением,

полученным позднее в рабо­

те

(А хб2) другим

путем.

Вышеприведенные формулы

необходимы для расчета основных пара­

метров импульсного источника

нейтронов с группированием, в частнос­

ти ддя определения оптимального места размещения мишени

(врем евногб

фокуоа р асстоян и я),

Риоуяок

I I

не полностью

отражает сложную действительную карти­

ну

движения

всех

частиц

сгу ст к а

после группирователя, В

атом л егко

убедиться, рассматривая

р и о .І2 ,

на

котором

прадотавлены

численные

расчеты фазовой

группировки

только

для одного

из режимов клйстрон-

ной

группировки

(Ео=І50 к з в ,

Ет =Ю к в,

f

= 5 Мгц).

мула

( I I )

д ает несколько

заниженные результаты ,

особенно при

боль­

ших

Л t

.

*

При раочете генератора с использованием группирования до уско ­

рения

нужно учиты вать,

что сгу сто к

ионов

после группирователя

часть

пути

до мишени проходит

в ускоряющих промежутках. В этом случае

f (2

зам еняется

эквивалентной

длиной дрейфа

S

,

которус

можно

определить

по формуле

(Анбй) (р и с . 13).*

5 = S , + S â + S j = S , + 2

Ë ^ f ] * S

,

0 4

При

S =40cu , формула для временного фокусного

расстояния

д а ­

ет необходимую амплитуду

группирующего напряжения

Ѵт = 3 ,5

к в .

Поскольку

группирование

идет в трех

зазорах, генератор

должен

давать

напряжение

в два раза

меньшее, т . е .

около

1 ,8 к в .

Схема генератора

показана

на р и о .ІЧ . Регулировка амплитуды осущ ествляется изменением

величины

анодного

напряжения.

Произведенные

измерения показали пригодность расчетных формул

( 5 , I I -

Ій ) для практических целей. При среднем токе 20 мка и дли­

тельности

импульоа

не больяе I

нсек ток в импульсе превышает 3 ма,

а коэффициент сжатия равен не

менее 3 0 .

Минималіяо достижимую длительность импульса могут

ограничивать

и другие

факторы. К ним прежде

воѳго следует отнести

начальный

энергетический разброс в

пучке,

а также

кулоновское

расталкивание.

Однако в рассматриваемом

случае

эти два

фактора не

играют

сущ ествен­

ной

роли, та к

как при высоких окороптях

ионов кулоновское

расталкняа-

кие

начинает

существенно

проявляться только

при токах

в веоколько

миллиампер (Ф Ъ бЗ .стр .ІЧ О ).К этому же выводу

приводят

и тео р ети чес-

Со

au

t.

1

Источник

1

з,

s,

-----------Л . тJш т

ускорение

колько электроновольт. Из

известного

соотношения

( f5)

видно, что

в

данном случае

минимальная

длительность импульса

X ,

обусловленна;

энергетическим

разбросом,

на порядок

меньше величины,

связанной

о

использованием для

группирования

синусоидального

напряжения.

В общем случве

реализация клистронкого способа

группировки

требует удовлетворения следующих

основных условий:

1 . На мишени нужно получить

пвременнойпфокус.

2 . Геометрическая фокусировка

пучка при этом должна сохранить

прикладывалось синусоидальное напряжение с

амплитудой до 10 кв

( У *4,5 Мгц), Фаза напряжения выбиралась таким образом,

чтобы осу

ществлялось условие группировки в первом зазоре, а длиій

электро­

да

подбиралась

так, чтобы фаза

изменилась

на 180° за время проле­

та

дейтронов до

второго газора.

Минимальная

длительность

импульсов

превышал 3 ма, Коэффициент сжатия составлял

около 20.

В этом уокорителѳ

первое уоловие легко

выполнялось путем под­

бора

амплитуды группирующего напряжения. При

этом геометрическая

фокусировка практически

Ht нарушалась, т.к .

нарезание осущеотвля -

лось

до ускорения. При

необходимости легко

можно применить дополни­

отношение

„ _ . .

, с

. +

AEa-Atq = AE.ft-Ate

где: AEq и

A t„ - соответственно

разброо

энергий и длительность

импульоа до

группирования,

Д ЕЬ и

A tg -

те же величины после груп­

пирования.

Для опиоанного выше генератора (Стб5) ггг®- > 20>

начальный энер-

гетичеокий разброо за счет источника ионов и системы

нарезания

ооотавляет около 100 эв. При этом в результате

клиотронной группи­

ровки в пуч^-оквносится энергетический разброс

АЕВ« 2 кэв.

нераторах и тандемах. Еотѳотвенно, они

размещаются до ускорения

(возле источника ионов), т.к .

при этом

резко

сокращаются габариты

системы и мощности генераторов, необходимых

для

ее

работы. Действи­

тельно, если

разместить

систему

после

ускорения,

то

из

соотношения

.03) следует,

что пучок

однозарядных

частиц с

энергией

всего I Мэв

- 31

-

сгруппируется на расстоянии

более

6 м при

напряжении модуляции 10 ку

( / -5 Мгц).

Однако и группирование

до

ускорения

имеет свои недостатки.

кого

генератора. Возникают чисто

технические

трудности; недоста­

ток

места и подводимой мощности,

работа под высоким давлением и

при интенсивном уровне радиации и

т.д.

Кроме того,

некоторое время

группировка

происходит одновремен­

но о

ускорением частиц, (в этом случае вместо "временного" фокус­

ного

расстояния

■ j’ говорят о эквивалентной длине дрейфа); Это услож­

няет получение временного фокуса на мишени и

накладывает дополниталь

ные ограничения

на выбор параметров системы

и ее

размеров.

В качестве

примера рассмотрим устройство

для

получения импульс­

-

зз

-

уошителя, работающего

на чаототе

3 Мгц.

Подбором сдвига

фаз

между этими

напряжениями и величины посто­

тин, можно добиться разделения в пространстве

Фиг^рчЛисоажу,

соот­

ветствующих

ионам Hj+, Hj

и Hg. Диафрагма

пропускает только

импуль-

оы ионов Hj

, возникающие

один раз за период

с частотой I Мгц.При­

менение сеток в линзе значительно уменьшает

сферическую аберрацию,

что позволяет уменьшить диаметр пятна почти

в

три раза. Кроме того,

группирователя выбрана

таким образом, что она

соответствует

по вре­

мени пролета половине периода частоты 27 мгц,

таким образом

груп­

пирование происходит как на входе,

так

и на выходе трубки. Повышение

частоты автоматически накладывает ограничения на максимальное ис­

пользование

пучка. При

Этом макоимально

возможная

длительность им­

пульса на входе группирователя составит

At = ІО нсек,

т .е .

28%

не от Т = 1000 нсек ( f

=1 Мгц), а

от

Т*=37

нсек

( f

=27 Мгц).

Фактически

в электростатических

ускорителях

"рабочая"

длительность

начального

импульса ограяичивается

сверху не

выбором

частоты, а

макоимально

допустимым

энергетическим разбросом,

вносимы« при груп­

пировке, который определяется

соотношением (15)

. Если по условя-

ровки пучка

энергией Em s Ln a 3 t

, Е3

- начальный энергетичес­

кий разброс

в непрерывном

пучке.

При конструировании

рассматриваемого

группирователя последова­

лено

методом, впервые предложенным

Элкиндом (Вл53).

Сущность метода

заключается в

том, что для каждого ускорителя

фокусное расстояние

однозначно

определяется двумя величинами Р

и N

,

где: Р

расстояние от

входа

в ускорительную трубку до ис­

точника

частиц

или

его промежуточного изображения. В данном слу-

-

35 -

чае таковы м '-ям яется диафрагма прерывателя,

на которой фокусируетоя

пучок ионов. N - это отношение выходной энергии к энергии

инжекции,

После то го ,

как в с е

расстояния определены таким

способом

соотаі

л я ется график

скоростей

для в се го пути от источника

до мишени,

кото-

рый д ает возможность определить место группирования

частиц . 6

реэулі

та т е р асчето в

о казы вается,что малые изменения расстояний

вблизи на­

чала ускорения дают большой аффект, а изменение положения мишени

оказы вается мало. Ход процесса группирования

иллюстрируется приводи'

мой таблицей

I .

Интересно

отм етить,

что только около 1 6 % .все го

сокращения

дли­

тельности импульса приходится на пролетный тракт за

ускорителем,

то гд а как время

пролета

этого тракта со ставл я ет

все го

времени

входа в ускоритель и энергия инжекции

можно добиться

группирования

в нужном м е ст е . Изменение расстояния

осущ ествляется

просто путем

закорачивания нескольких секций ускорительной трубки

на входном

вой"

фокусы.

Рассмотренный ускоритель явл яется одним из лучинх ускорителей

подобного типа.

На выходе

он

д ает

сгустки протонов с током

ІО ма и длитель­

ностью около I

ноек, которые можно' направлять к

нескольким

различ­

и т

меотам

расположения

минНней. Частоту следования можно менять в

пределах от

I

Мгц до 30

хгц о помощью внешнего

отклоняющего

устрой­

с т в а .

Поучительна

история электр остати ческого ускорителя на

б Мэв

нооА внного

в

Англия (А н б б ). Он прошел вое стадии со вевд ен о тво ва -