6.  Необходимость непрерывного пучка. Ускорители непрерывного действия (УНД)

    Запуск ускорителей электронов непрерывного действия (УНД) открыл новые возможности в проведении ЯРФ - экспериментов. При прочих равных условиях скорость счета детектора n тем выше, чем больше ток пучка электронов I ускорителя (n ~ I). Напомним, что, имея пучок электронов, легко получить пучок тормозных -квантов, удобный для проведения ЯРФ экспериментов.
    Рассмотрим сначала импульсный ускоритель:
I^m - максимальный ток в импульсе, при котором -детектор не дает просчетов. t - длительность импульса ускорителя. T - расстояние между импульсами (v = 1/T - частота следования импульсов).
Пусть - разрешающее время детектора (1/ - разрешающая способность или максимальная скорость счета детектора).  Тогда очевидно, что I^m пропорционально 1/: I^m ~ 1/
и n^max ~ I^m t v ~ t/(T).
Величину D = t/T будем называть фактором заполнения рабочего цикла (duty factor). Итак n^max ~ D/.
В таблице даны основные параметры электронных импульсных ускорителей (D < 1) и УНД (D = 1):

Тип ускорителя	Энергия Е, МэВ	Е/Е	D	I, мкА
Бетатрон	25-280	10-3	10-3 - 5·10-2	0.01 - 0.1
Синхротрон	100-10000	10-3	0.1	0.01 - 1.0
Линейный ускоритель	25-50000	10-1 - 3 10-3	10-4 - 10-2	10 - 500
Микротрон	7-25	10-3	10-3	10 - 50
УНД	1-6000	10-3 - 10-4	1	10 - 4000

    Главное преимущество УНД - величина D = 1. За счет этого максимальная скорость набора статистики на УНД обычно на 2 - 3 порядка выше, чем на импульсных ускорителях, что дает возможность изучать процессы с малыми сечениями, недоступные для наблюдения на импульсных ускорителях (их стандартный D = 10^-3). Если мы имеем спектр, полученный на УНД за 10 часов, то аналогичный спектр на импульсном ускорителе может быть получен только за 1 год его непрерывной работы. Строго говоря (исключая ускорители Ван-Граафа) УНД - тоже импульсные ускорители, но у них частота следования импульсов столь высока (например v = 2500 MГц, T = 1/v = 0.4 нсек.), что эта временная микроструктура пучка не чувствуется детектором (разрешающее время Ge - детектора τ(Ge) = 10^-8 - 10^-9 cек) и он воспринимается детектором как непрерывный.
    Приведем таблицу электронных ускорителей, используемых для исследования ЯРФ. 

    По совокупности параметров московский ускоритель наиболее удобен для ЯРФ - экспериментов. По фактору заполнения он превосходит гессенский и гентский, по току - дармштадтский, а по энергии штутгартский. За счет использования магнитного зеркала энергия московского ускорителя легко может быть поднята до 12 МэВ.
    Для преобразования электронного пучка в фотонный используется тормозная мишень (конвертор). При этом верхняя граница непрерывного по энергии спектра тормозных фотонов равна кинетической энергии электронов. Использование сплошного спектра тормозных фотонов в ЯРФ - эксперименте позволяет одновременно исследовать все уровни ядра в диапазоне 0 - E_{e ,}  где Е_е - кинетическая энергия электронов, тем самым снимая проблему согласования энергии γ-источника и уровней ядра. Напомним характер спектра тормозных фотонов:

Рис. 6.3

Рис. 6.4

    Из других важных преимуществ УНД нужно отметить малый эмиттанс (угловой разброс) электронного пучка: 2 - 4 мм, и отсутствие гало-области спада интенсивности пучка. Электронный пучок строго очерчен и ограничен на конверторе пятном диаметром 2-4 мм. Это позволяет располагать -детектор вблизи от оси пучка (на расстоянии 20-30 см от оси) без опасения, что его "крылья" заденут детектор и увеличат фон. Близкое расположение детектора к оси пучка увеличивает эффективность регистрации резонансно рассеянных фотонов и уменьшает время набора необходимой статистики опыта.
    В качестве конвертора используют тугоплавкий метал с большим Z. В установке НИИЯФ МГУ использовалась пластинка тантала (Z = 73) толщиной 100 мкм (микрон). Эта пластинка крепилась на конечном фланце вакуумной трубы, по которой шел пучок электронов. Фланец охлаждался проточной водой для отвода тепла от конвертора, что позволяло работать с токами пучка до 50 мкА. За конвертором (фланцем) помещался поглотитель электронов, прошедших конвертор. В случае установки НИИЯФ МГУ это был цилиндр углерода длинной 4 см, полностью поглощавший электроны. Углеродный поглотитель также резко снижал число мягких фотонов в тормозном спектре, делая его энергетическую зависимость более плоской. За поглотителем располагался свинцовый коллиматор толщиной 50 см с круглым отверстием диаметром 2-6 см. Коллиматор формировал четкие пространственные границы пучка фотонов.