Способ получения пучков ускоренных ионов

Способ получения пучков ускоренных ионов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАН Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 19.02.79 (21) 2726439/18-25 с присоединением заявки— (23) Пр иори|тет— (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень ¹ 41 (51)М.Кл.3 Н 05 Н 1/ОО

Государственный комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.039.6 (088.8) (45) Дата опубликования описания 04.01.81 (72) Авторы изобретевия

В. Ф. Зеленский, В. И. Татусь и В. И. Курилко (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УСКОРЕННЫХ ИОНОВ

Изобретение относится к методам ускорения заряженных частиц и может быть использовано преимущественно в физических исследованиях по имитацйи радиационных повреждений, конструкционных материалов, предназначенных для использования в реакторах деления и синтеза, а также в технологии легирования этих материалов.

В связи с развитием атомной энергетики возникла необходимость изучения физи: ческой сущности процессов, ответственных за радиационное повреждение конструкционных материалов, которые могут быть;использованы в реакторах деления и синтеза. 15

Основным методом такого излучения является имитация реакторных повреждений с помощью пучков ускоренных ионов.

Параметры пуков, которые могут быть использованы в экспериментах по имитации радиационных повреждений, должны удовлетворять целому ряду требований по массовому и энергетическому спектрам.

Наиболее существенное из этих требований, вытекающие из естественной необходимости обеспечения адекватности условий эксперимента имитируемой радиационной обстановки в реальных реакторах, заключается в том, что одновременно с тяжелыми ионами, имитирующими нейтронную компоненту реальных радиационных потоков, эти пучки должны содержать также водород и (или) гелий, а также, возможно,,и другие сорта ионов в "Пройорциях, определяемых составом соответствующих потоков радиации в реальных реакторах.

Известен способ получения ускоренных ионов многокомпонентного потока, по ко торому ионы разного сорта ймеют, практйчески, одну энергию, а имитация энергетического разброса производится изменением угла наклона облучаемой мишени (1).

Недостатком известного способа является сложность осуществления.

Ближайшим техническим решением является способ получения ускоренных ионов, включающий инжекцию пучка первичных ионов в ускоряющую трубку электростатического ускорителя (2).

По этому способу для создания многокомпонентного потока приходится использовать несколько ускорителей, что удорожает испытания.

Целью изобретения является имитация радиационной обстановки в ядерных реакторах путем создания многокомпонентного пучка ускоренных ионов.

Эта цель достигается тем, что в ускорительную трубку электрического ускорителя напускают смесь газов, расположение

777862 которых по длив собтветствии с

eU, 1—

eUpК„(х) р„(х)—

dr„(Ao) -= 1,сИ „К,(х„).

U, "(х х-о) — - (- -хо)> концентрации каждого из не трубки поддерживают формулой: где введены обозначения: р.(х) — зависимость, концентрации газа сорта а от координаты х;

fp! = c.M-з, (х! -= c. ; 0 (х L.

U, — энергия первичного иона на выходе трубки, = эв;

z — заряд первичного иона, (z) = 1;

1 — длина трубки, (Ц = см;

I„ — ток частиц пучка первичных ионов, (1) = сек — ; а ">(в) — зависимость от энергии первичного иона в сечения ионизации

:газа сорта а первичным ионом, (о) = сл, (в) = эв; . 25

dl„

dB — плотность тока частиц сорта а в интервале энергий от в до в+ в, (1, d=-) =сек —, эв —, Зо

К. (х) — вероятность попадания на ми шень иона сорта а, возникшего в точке х; 0-(К„1, равенство .К, = 1 соответствует слу- 55 чаю идеальной фокусировки.

Процесс формирования многокомпонентного пучка ионов в предлагаемом способе основан на использовании особенностей структуры ускоряющего поля электроста- 40 тического ускорителя и явления ионизации напускаемых газов ускоряемыми первичными ионами. Физическая сущность этого процесса заключается в том, что возникший в результате такой ионизации ион га- 45 за увлекается ускоряющим полем и приобретает энергию, пропорциональную приложенному потенциалу и расстоянию от точки рождения этого иона до конца труб50 ки; поэтому регулировку числа ионов сорта а, обладающих на вь1ходе трубки энервней в, осуществляют путем изменения распределения концентрации газа сорта а по длине трубки за счет соответствующего

55 подбора скоростей напуска этого газа и откачки.

Для количественного описания указанных выше процессов вводится вероятность Ю.,ио низации газа, сорта а первичным ионом на отрезке длинои Иу, в окрестнос60 ти точки хо, где концентрация нейтрального ".àçà равна р,. (Х„,, а энергия первичного иона pBBHB Up .n 1.:

d W. == .p, .(- М-; 4 t U -, ) (2) 65

Соответствующее приращение тока частиц /„ ионов сорта а ((/„)=сек - ) на выходе трубки будет равно

Учитывая, что энергия однократно иони=-ованного атома сорта а меняется по закону мож о получить окончательно спектральdf„ ную плотность тока частиц сорта а на мишени (х= L) в следующем виде: (я)= p„L 1 — — F{„L 1 — — (5) Разрешая (5) относительно р,(х), можно получить окончательное выражение

U,Ê„ õ dl„U, zLl. (и-=;) а=- (= ) ") Данный способ получения пучка ускоренных ионов может быть реализован в устройстве, схема конструкции которого представлена на чертеже.

Устройство содержит ускоряющую трубку 1 электростатического ускорителя, источник ионов 2, устроенных в виде пучка ионов 8. Газ подводится по длине трубки 1 и дозируется вентилями 4, 5 из натекателей б, 7. Уравнение давлением газа производится с помощью вакуумных насосов 8, 9.

Сгособ реализуется следующим образом.

Б ускоряющую трубку 1 из,источника 2 иижсктируют пучком 8 ионов железа с зарядом ионов z = 5 (Fe ) и током частиц

1 = 6 . .10 сек — . С помощью приложенного к трубке потенциала Up — — 1,0 Мв эти ионы ускооялись;;о. энергии я =5МэВ на выходе трубки При закрытых вентилях тонкой регулировки напуска газа 4 и 5 скорости натекания газа из натекателей б и 7, соответственно, были равными нулю, в результате чего в трубке устанавливалось давление остаточного газа Pp — — 10 — торр; при этом ток ионов остаточного газа не превосходил порога чувствительности регистрирующей аппаратуры; = 2 10 о сек — ).

Открывая вентили напуска газа 4 и б, обеспечивали натекание в ускоряющую трубку радиуса а=2,5 сл гелия .из,натекателей б и 7 сс скоростями нате|кания Qi=gz =10- - торр. ся" . сек ;при скоростях откачки гелия насосами 8 и 9, равных Sp, =Su, =

==10 сл" . сек, в трубке устанавливалось равномерное по длине распределение концентрации гелия, соответствующее давле777862 нию Рне — — 2 10-6 торр, рассчитанному по формуле

Зх О,— 6., О, О., Рне(х) = Ро+ . " + (6) в которой введены обозначения

Рнв (х) — зависимость от координаты х, отсчитываемой от начала 10 трубки, давления .гелия, 1р) = торр,,1х) = см;

P, — остаточное давление газа в трубке,(P) = Торр. ф,г — скорости натекания газа из 15 натекателей 6 и 7, соответственно, (0)=торр смз сек —, Sp,, — скорости откачки гелия насосами 8 и 9, соответственно, 15р) — смз сек — ь 20 а — радиус ускоряющей трубки, 1а)= см;

V,ð — средняя скорость атомов гелия, Vgp = 10 см се1с В условиях данного эксперимента.

При этом значении парциального давления гелия стимулированный ускоряемым и пятизарядными:ионами железа ноток однозарядных ионов гелия на выходе трубки составлял около 2 /О от тока частиц пучка ионов железа, что хорошо согласуется с результатами расчета по формуле (1) в предположении постоянства сечения ионизации гелия железом (а„-в (в) = 5 10 см+"; в эксперименте это предположение выполняется за счет компенсации спада сечения захвата электрона, ионом с ростом энергии последнего соответствующим увеличением сечения чистой ионизации газа). 40

Таким образом, изобретение позволяет получить одновременно с пучком многозарядных ионов, металлов достаточное количество ускоренных ионов легких газов.

Формула изобретения

Способ получения пучков ускоренных ионов, включающий инжекцию пучка перх — координата по длине трубки, см;

p„(x) — концентрация газа сорта а, СЛ4 — е — заряд электрона;

U< — разность йотенциалов, приложенная к трубке, b;

К,,(х) — вероятность выхода иона газа сорта а, образовавшегося в точке х ускоряющей

-; трубки;

L — длина ускоряющей трубки, см;

o <"> (e) — сечение ион из ации газ а сорта а первичным z кратно ионизованным ионом, см ;

1, — поток частиц первичных ионов,с, dl d- — плотность тока частиц сорта а в интервале энергий от а до в+с1е с зе в — энергия ионов. где

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2584136/26, кл. G 21 В 1/00, 24.10,77.

2. Packan N. Н. The Oak Ridge Ion Bombardment Facilities Preprint of ORNL, 1977 (прототип) . вичных ионов в ускоряющую трубку электростатического ускорителя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью имитации радиационной обстановки в ядерных реакторах путем создания многокомпонентного пучка ускоренных ионов, в ускоряющую трубку электростатического ускорителя напускают смесь газов, распределения концентраций каждого из которых по длине трубки поддерживают в соответствии с формулой

777862

Составитель В. Обухов

Техред А. Камышникова Корректор И. Осиновская

Редактор В. Большакова

Заказ 1688/1485 Изд ¹ 587 Тираж 889 Подписное

HIIO «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк, фил. пред. «Патент»