Введение к работе
Актуальность темы:
Рассеяние быстрых частиц, сталкивающихся с атомами мишени, полностью характеризуется набором дифференциальных сечений различных процессов, протекающих с изменением или без изменения зарядового состояния налетающих частиц. Эти сечения могут служить для расчета других величин, использующихся в конкретных приложениях. Физика ион - атомных столкновений, в том числе процессов рассеяния ионов, выяснение механизмов их протекания составляет самостоятельный раздел экспериментальной физики. Интерес к подобным исследованиям процессов рассеяния ионных пучков в практическом плане обусловлен:
задачами пучковой транспортировки энергии на большие расстояния;
работами по созданию тандемных ускорителей, мезонных фабрик, накопителей и т. д.;
потребностью в получении мощных пучков ионов, обладающих малыми угловой расходимостью и эмиттансом, с целью разогрева и диагностики плазмы в термоядерных установках.
Существует ряд крупных научно - технических проектов, для которых необходима информация об изменении поперечного размера и зарядового состава ионного пучка, проходящего порой весьма значительные расстояния, в зависимости от условий его транспортировки.
Дифференциальные и полные сечения, а также характерные углы рассеяния частиц в разнообразных процессах столкновения являются вторичными фундаментальными физическими величинами и могут быть вычислены исходя из первичных фундаментальных постоянных, таких как элементарный заряд, скорость света, массы сталкивающихся частиц и др., и из основных представлений о структуре, законах взаимодействия и
изменения состояния материальных частиц, о пространстве и времени. Однако эти вычисления трудоемки с математической точки зрения и требуют выполнения ряда допущений. В связи с необходимостью апробации теоретических результатов и постоянно расширяющимися практическими потребностями возрастает актуальность получения экспериментальных данных о взаимодействии ускоренных частиц с веществом. Особый интерес представляет рассеяние частиц на очень малые углы, менее 10'3 рад. Экспериментальное изучение параметров рассеянного на малые углы пучка является трудоемкой и сложной в плане технического и методического осуществления задачей. Существует несколько способов ее выполнения. В настоящей работе рассматривается один из способов, основанный на принципе управления траекторией пучка электростатическим полем, описан набор технических средств для осуществления выбранного метода, а также предложены оригинальные варианты данного метода управления пучком, реализованные при помощи разработанных технических средств. Проведены исследования параметров пучка ионов гелия с энергией 1,67 МэВ, рассеянного в аргоновой мишени, толщина которой изменялась в диапазоне (0,4 - 45)* 10м ат./см2. По результатам исследований определены полные сечения рассеяния с изменением и без изменения заряда, а также характерные углы этих процессов в зависимости от толщины мишени.
Цель работы: развитие метода электростатического сканирования пучка заряженных частиц и разработка соответствующих аппаратных средств для определения параметров малоуглового рассеяния ионных пучков. Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач:
1) построение и запуск электронного измерительного комплекса для управления траекторией пучка частиц, накопления и
передачи данных с информацией о параметрах рассеянного пучка;
-
разработка новых вариантов метода управления пучком частиц с применением разработанных технических средств, позволяющих проводить измерение параметров пучка частиц на более высоком качественном и техническом уровне;
-
проведение измерений профиля пучка рассеянных частиц с использованием разработанных вариантов метода и измерительного комплекса для получения характеристик пространственно-угловых распределений пучка.
Научная новизна:
разработано и изготовлено оригинальное устройство сканирования пучка (УС) для измерения профиля пучка заряженных частиц, а также предложены методы проведения измерений с использованием данного устройства;
разработано и изготовлено оригинальное устройство нелинейного сканирования пучка (УНС) для формирования заданного сложного профиля пучка на мишени;
разработано и изготовлено оригинальное многооконное устройство сканирования (МУС) пучка для проведения измерений профиля сложного по зарядовому составу пучка;
проведено комплексное исследование процессов рассеяния ионов гелия с энергией 1,67 МэВ в газовой аргоновой мишени, установлены угловые характеристики рассеяния и интегральные сечения перезарядки ионов гелия.
Автор защищает:
— электронный измерительный комплекс (аппаратные средства) на
базе оригинальных устройств сканирования (с переменными
границами, с заданием многооконного режима сканирования) для определения профиля рассеянного пучка частиц;
электронный программно - управляемый комплекс (аппаратные средства) для формирования заданного профиля пучка ионов на облучаемом объекте;
методики измерений параметров малоуглового рассеяния заряженных частиц для сложного по зарядовому составу пучка с использованием оригинальных электронных устройств сканирования и управления траекторией ионного пучка;
измеренные параметры малоуглового рассеяния ионных пучков диапазона МэВ энергий (на примере пучка ионов гелия с энергией 1,67 МэВ): угловые характеристики и интегральные сечения рассеяния.
Апробация результатов работы:
Основные результаты диссертации докладывались на первой научно-технической конференции физико-технического факультета (1994, Екатеринбург); Всероссийском техническом совещании по циклотронам (1995, Екатеринбург); на Европейской конференции по применению ускорителей в научных исследованиях и технологиях (Europian conference on accelerators in applied research and technology, 1997, Eindhoven, Netherland); а также на семинарах кафедры экспериментальной физики УГТУ - УПИ и Института Электрофизики Уральского отделения Российской Академии Наук.
Результаты диссертационной работы опубликованы в 11 печатных работах, из которых 3 - авторское свидетельство и патенты на изобретения, 2 — статьи в центральной печати и 6 - статьи в сборниках научных работ и тезисы докладов на конференциях.
Структура и объем диссертации:
