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


Рис. 6.1


Рис. 6.2

    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 гамма-квантов, удобный для проведения ЯРФ экспериментов.
    Рассмотрим сначала импульсный ускоритель:
Im - максимальный ток в импульсе, при котором гамма-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 Im пропорционально 1/: Im ~ 1/
и nmax ~ Im t v ~ t/(T).
Величину D = t/T будем называть фактором заполнения рабочего цикла (duty factor). Итак nmax ~ 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/= 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. 

Город Ускоритель D, % Энергия Е, МэВ Ток, мА
Штутгарт Dynamitron 100 4.3 4
Дармштадт S-DALINAC 100 130 0.04
Гессен Linac 0.12 65 0.3
Гент Linac 2 15 2
Москва Linac 100 6.6 1

    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 - Ee ,  где Ее - 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 гамма-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.

Содержание [Эксперимент по самопоглощению]

На головную страницу

Рейтинг@Mail.ru