Протонная микроскопия в радиографических методах исследования вещества. Учебное пособие

анализ для второй схемы проведен с теми же параметрами пучка, что и для первой схемы (см. параметры пучка на с. 9).

Коэффициент преобразования изображения в обеих рассмотренных схемах был выбран равным “-1”, что связано с габаритными ограничениями экспериментальной установки.

Хроматические аберрационные коэффициенты системы линз определяют ошибку в конечной координате транспортируемой частицы пучка. В первом порядке приближения по

среднеквадратичное значение угла многократного кулоновского рассеяния в исследуемом объекте. В рассматриваемом случае в качестве

С учетом выполнения согласования выражение (*) можно переписать в виде

R

системы или хроматическую длину системы.

Для первой схемы микроскопа рассчитанная хроматическая длина составляет 13,71 м, для второй－19,96 м. Соответствующие величины аксептанса оцениваются как 6 и 5 мрад. Таким образом, ожидаемые величины пространственного разрешения, составляют 8 и 10 мкм для первой и второй схем соответственно.

Выбор схемы для экспериментальной установки является предметом компромиса. Оптические решения схемы выбираются исходя из габаритных размеров экспериментального зала, характеристик имеющегося оборудования (линзы, коллиматоры, диагностический инструментарий), при этом оптическая система с минимальной длиной соответствует наилучшему пространственному разрешению микроскопа [4, 16]. В реальном физическом эксперименте оптимальное расстояние между элементами микроскопа определяется исходя из характеристик полей линз и параметров диагностического оборудования, а также с учетом необходимости применения системы коллиматоров. На рис. 9 показаны расчетные пространственные распределения магнитного поля в квадрупольной линзе типа МЛ-15. Краевые поля линз при достаточно близком расположении линз друг к другу способны перекрываться, что может оказывать влияние на динамику пучка.

В формирующей оптической схеме микроскопа применен триплет электромагнитных линз с градиентом 8 Тл/м, что увеличивает длину микроскопа, однако несколько улучшает условия формирования “поля зрения” на мишени. Измерительная часть микроскопа формируется оптикой в конфигурации “Русский квадруплет”. Первоначально предполагалось использовать для оптики измерительной части постоянные магниты, способные при малых линейных размерах обеспечить высокий градиент поля. Однако экспериментальные исследования в Лос-Аламосе показали, что протонный микроскоп с линзами на постоянных магнитах обладает нестабильностью чувствительности. Причиной быстрого ухудшения пространственного разрешения микроскопа со временем является деградация поля линз в условиях радиационной нагрузки магнитов измерительной части микроскопа [18]. В отличие от линз на постоянных магнитах, электромагнитные линзы не имеют явной зависимости параметров поля от радиационной нагрузки, не требуют ремагнитизации и обладают высокой гибкостью в управлении и подстройке. В связи с этим в окончательном варианте схемы микроскопа для SC-1000 формирующая часть разработана на электромагнитных линзах.

Протонная радиография является перспективным методом в комплексе радиографических исследований вещества в конденсированной и плазменной фазах. Пространственное разрешение метода может достигать единиц микрон при использовании пучков протонов с энергией в области гигаэлектронвольт. Хроматические и геометрические аберрации оптических систем микроскопов ограничивают пространственное разрешение метода снизу. Стабильность чувствительности протонографических установок определяется различными факторами, в том числе правильным выбором схемы микроскопа, в частности применением электромагнитных линз для его формирующей и измерительной части. Выбор оптимальной схемы микроскопа диктуется условиями конкретного физического эксперимента, техническими возможностями и стоимостью реализации проекта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ИНТЕРНЕТ-ИСТОЧНИКОВ

therapy // Acta Oncologica. 2011. V. 50. P. 838.

microscope based on a beam with 9 GeV energy. In Proceedings of the 2014 IEEE 20th Int. Workshop on beam dynamics and optimization BDO’14. Saint-Petersburg, Russia. July 2014. P. 30.