RU180978U1

RU180978U1 - Преобразователь ионов

Info

Publication number: RU180978U1
Application number: RU2018108912U
Authority: RU
Inventors: Юрий Владимирович Готт
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2018-07-03

Abstract

Полезная модель относится к физике высокотемпературной плазмы и может быть использована в аппаратуре для корпускулярной диагностики высокотемпературной плазмы на термоядерных установках с большими потоками гамма-квантов и нейтронов. Техническим результатом полезной модели является уменьшение чувствительности детектора к нейтронному и гамма-излучениям. Для достижения этого результата предложен преобразователь ионов, состоящий из вакуумной камеры с отверстием для входа потока атомов, испускаемых плазмой, и последовательно установленных по направлению потока мишени из дюралюминия и детектора рентгеновских квантов, при этом между мишенью из дюралюминия, к которой приложен потенциал -10-20 КВ, и детектором установлена мишень из вольфрама, к которой приложен потенциал +10-20 КВ, а в качестве детектора используют радиационно-стойкий детектор рентгеновских квантов. В качестве радиационно-стойкого детектора рентгеновского излучения может быть использован монометаллический фотоэмиссионный детектор или низковольтная ионизационная камера, которая может устанавливаться вне вакуумной камеры, при этом на выходе из вакуумной камеры устанавливают бериллиевую фольгу толщиной 100 мкм. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Область техники

Полезная модель относится к физике высокотемпературной плазмы и может быть использована в аппаратуре для корпускулярной диагностики высокотемпературной плазмы на термоядерных установках с большими потоками гамма квантов и нейтронов.

Уровень техники

Хорошо известно, что плазма является источником частиц перезарядки, нейтронов и электромагнитного (гамма) излучения. Это используется в настоящее время для оценки параметров плазмы на основе результатов анализа электромагнитного излучения и исследования потока нейтронов и нейтральных частиц перезарядки. Основными задачами при исследовании потока атомов являются измерение величины потока, определение его энергетических и временных характеристик, а также анализ атомов по массе. Основное количество частиц в плазме обладает энергиями от долей электронвольта до нескольких десятков килоэлектронвольт, поэтому применение методов анализа таких атомов по энергии оказывается весьма сложным. Наиболее рационально ионизировать атомы и анализировать полученные вторичные ионы по энергии и массе в электрическом и магнитном полях. После этого можно дополнительно ускорить вторичные ионы и применить соответствующую технику для их регистрации.

Одним из составных элементов аппаратуры для исследования потока атомов, испускаемых плазмой, является ионно-электронный преобразователь, который преобразовывает поток нейтральных или положительно заряженных частиц в поток электронов, ускоряющийся при столкновении с мишенью. Преобразованный поток легко регистрируется регистрирующей аппаратурой. Анализирующая и регистрирующая аппаратура при этом располагается в вакуумной камере.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является схема установки для исследования потока атомов, испускаемых плазмой (В.В. Афросимов, И.П. Гладковский, Ю.С. Гордеев, И.Ф. Калинкевич и Н.В. Федоренко «Метод исследования потока атомов, испускаемых плазмой», Журнал технической физики, т. 30, с. 1456, 1960 год) В этой установке преобразование потоков положительно заряженных частиц в электроны производится в ионно-электронном преобразователе (детекторе Дейли), состоящем из вакуумной камеры, внутри которой установлена мишень из сплава Al-Mg, а на выходе вакуумной камеры установлен сцинтилляционный детектор с фотоумножителем. Поток положительно заряженных частиц попадает на мишень. Вторичные электроны, выбитые из мишени ускоряются в том же поле до энергии 10-20 КэВ, проходят через заземленный слой алюминия и попадают в сцинтиллятор. Световые вспышки в сцинтилляторе регистрируются фотоумножителем. Существенным недостатком является то, что использование сцинтиллятора с фотоумножителем на термоядерных установках с большими потоками гамма-квантов и нейтронов, работающих, например, в проекте ИТЭР невозможно.

Раскрытие сущности полезной модели

Проблемой, решаемой полезной моделью является возможность диагностики высокотемпературной плазмы на термоядерных установках с большими потоками гамма квантов и нейтронов.

Техническим результатом полезной модели является уменьшение чувствительности детектора к нейтронному и гамма-излучениям.

Для достижения этого результата предложен преобразователь ионов, состоящий вакуумной камеры с отверстием для входа потока атомов, испускаемых плазмой, и последовательно установленных по направлению потока, мишени из сплава на основе алюминия и детектора рентгеновских квантов, при этом между мишенью из дюралюминия, к которой приложен потенциал -10-20 кВ, и детектором установлена мишень из вольфрама, к которой приложен потенциал +10-20 кВ, а в качестве детектора используют радиационно-стойкий детектор рентгеновских квантов. Кроме того,

- в качестве радиационно-стойкого детектора рентгеновского излучения используют монометаллический фотоэмиссионный детектор или низковольтную ионизационную камеру.

- радиационно-стойкий детектор рентгеновского излучения в виде монометаллического фотоэмиссионного детектора установлен внутри вакуумной камеры.

- радиационно-стойкий детектор рентгеновского излучения в виде низковольтной ионизационой камеры установлен вне вакуумной камеры, на выходе которой установлена бериллиевая фольга толщиной 100 мкм.

Краткое описание чертежа модели

На фигуре показана схема преобразователя ионов, вариант, в котором РСДРИ расположен вне вакуумной камеры, где

1 - мишень из дюралюминия;

2 - мишень из вольфрама;

3 - вакуумная камера;

4 - бериллиевая фольга толщиной 100 мкм;

5 - радиационно-стойкий детектор рентгеновского излучения РСДРИ;

6 - отверстие для входа потока атомов (входное отверстие) вакуумной камеры;

7 - выходное отверстие вакуумной камеры.

Осуществление полезной модели

Нейтральные или положительно заряженные частицы D через входное отверстие 6 вакуумной камеры 3 направляются на мишень 1, изготовленную из дюралюминия. К мишени 1 прикладывается потенциал -10-20 кВ. Этот потенциал ускоряет электроны, выбитые из мишени 1. (Средства вакуумирования и источники напряжения на фигуре не показаны). Выбитые электроны направляются на мишень 2, изготовленную из вольфрама, к которой прикладывается потенциал +10-20 кВ. Величина приложенного к мишени из дюралюминия отрицательного потенциала определяется тем, что при его увеличении уменьшается коэффициент вторичной электронной эмиссии и, тем самым, уменьшается эффективность преобразования ионов в электроны. Величина приложенного к вольфрамовой мишени положительного потенциала определяется тем, что при его увеличении увеличивается количество образующихся квантов и их энергия, но при этом уменьшается эффективность регистрации квантов детектором. Таким образом, существуют оптимальные величины потенциалов, которые должны быть определены для каждого конкретного детектора.

Ускоренные до энергии 20-40 кэВ электроны выбивают из вольфрамовой мишени 2 рентгеновские кванты.

В случае если РСДРИ 5 расположен вне вакуумной камеры 3, как показано на фигуре, образовавшиеся рентгеновские кванты выходят из вакуумной камеры 3 через бериллиевую фольгу 4 толщиной 100 мкм и регистрируются радиационно-стойким детектором рентгеновского излучения 5. Такая толщина бериллиевой фольги, с одной стороны, достаточна для того, чтобы отделить вакуумный объем от воздуха при атмосферном давлении, а с другой стороны, она прозрачна для квантов с энергиями, превышающими несколько килоэлектронвольт.

В качестве радиационно-стойкого детектора рентгеновского излучения 5 могут использоваться монометаллический фотоэмиссионный детектор, расположенный внутри вакуумной камеры, или низковольтная ионизационная камера, которая размещается вне вакуумной камеры, описанные в (Ю.В. Готт, М.М. Степаненко «Радиационно-стойкие детекторы рентгеновского и гамма-излучения», Приборы и техника эксперимента, 2010, №2, с. 25-30).

Таким образом, предложенная схема преобразователя ионов позволяет преобразовать поток нейтральных или положительно заряженных частиц в поток рентгеновских квантов, который легко может быть зарегистрирован соответствующей регистрирующей аппаратурой.

Claims

1. Преобразователь ионов, состоящий из вакуумной камеры с отверстием для входа потока атомов, испускаемых плазмой, и последовательно установленных по направлению потока мишени из сплава на основе алюминия и детектора рентгеновских квантов, отличающийся тем, что между мишенью из дюралюминия, к которой приложен потенциал -10-20 кB, и детектором установлена мишень из вольфрама, к которой приложен потенциал +10-20 кB, а в качестве детектора используют радиационно-стойкий детектор рентгеновских квантов.

2. Преобразователь ионов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве радиационно-стойкого детектора рентгеновского излучения используют монометаллический фотоэмиссионный детектор или низковольтную ионизационную камеру.

3. Преобразователь ионов по п. 1, отличающийся тем, что радиационно-стойкий детектор рентгеновского излучения установлен внутри вакуумной камеры.

4. Преобразователь ионов по п. 1, отличающийся тем, что радиационно-стойкий детектор рентгеновского излучения установлен вне вакуумной камеры, на выходе которой установлена бериллиевая фольга толщиной 100 мкм.