RU2187171C2 - Device for separating charged particles according to their energy - Google Patents
Device for separating charged particles according to their energy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2187171C2 RU2187171C2 RU2000111457A RU2000111457A RU2187171C2 RU 2187171 C2 RU2187171 C2 RU 2187171C2 RU 2000111457 A RU2000111457 A RU 2000111457A RU 2000111457 A RU2000111457 A RU 2000111457A RU 2187171 C2 RU2187171 C2 RU 2187171C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- charged particles
- energy
- plate elements
- charged
- electric field
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования при разделении заряженных частиц, например, на стадии разделения изотопов по энергиям при электромагнитном выделении изотопов из их естественной смеси в широком диапазоне множественности химических элементов. The invention relates to nuclear engineering and is intended for use in the separation of charged particles, for example, at the stage of separation of isotopes by energy in the electromagnetic separation of isotopes from their natural mixture in a wide range of multiplicity of chemical elements.
Известно несколько устройств для разделения заряженных частиц по энергиям. Известные устройства для разделения заряженных частиц по энергиям разработаны в процессе поиска путей разделения изотопов, реализации управляемого ядерного и термоядерного синтеза, формирования пучков заряженных частиц в ионно-пучковых и электронно-пучковых устройствах и управления пучками заряженных частиц в ускорительной технике. Several devices are known for separating charged particles by energy. Known devices for separating charged particles by energy have been developed in the process of searching for ways to separate isotopes, implementing controlled nuclear and thermonuclear fusion, forming bundles of charged particles in ion-beam and electron-beam devices, and controlling beams of charged particles in accelerator technology.
Известно устройство для разделения заряженных частиц по энергиям, содержащее вакуумную камеру, в которой установлены источник заряженных частиц, приемники заряженных частиц и сепаратор заряженных частиц, образованный парой пластинчатых элементов, являющейся конденсатором, изогнутых в поперечном сечении по окружным образующим концентричных полых цилиндров и изогнутых в продольном сечении по усредненной дуге круговых орбит заряженных частиц [см. , например, А.В. Блинов. Ускорительная масс-спектрометрия космогенных нуклидов / Соросовский общеобразовательный журнал, 1999 г., 8, с. 71-75]. A device for separating charged particles by energy, containing a vacuum chamber in which a source of charged particles, charged particle detectors and a charged particle separator is formed, formed by a pair of plate elements, which is a capacitor, curved in cross section along circumferential parts of concentric hollow cylinders and curved in longitudinal section along the averaged arc of the circular orbits of charged particles [see , for example, A.V. Pancakes. Accelerator Mass Spectrometry of Cosmogenic Nuclides / Soros General Journal, 1999, 8, p. 71-75].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к заявляемому изобретению является устройство для разделения заряженных частиц по энергиям, в котором для разделения движущихся в непрерывном электрическом поле заряженных частиц использованы центробежная сила и электрическая составляющая силы Лоренца. Устройство содержит вакуумную камеру, в которой установлены источник заряженных частиц, приемники заряженных частиц и сепаратор заряженных частиц, образованный парой пластинчатых элементов, являющейся цилиндрическим конденсатором, изогнутых в поперечном сечении по окружным образующим концентричных полых цилиндров и изогнутых в продольном сечении по дугам круговых орбит заряженных частиц. Пластинчатыми элементами являются концентричные полые цилиндры, изогнутые в продольном сечении по дугам круговых орбит заряженных частиц. Подведенными к пластинчатым элементам электрическими потенциалами индуцируются электрические заряды на пластинчатых элементах и формируется между пластинчатыми элементами непрерывное электрическое поле для разделения равнозаряженных частиц по энергиям. Из источника разделяемые заряженные частицы подаются в промежуток между торцами пластинчатых элементов и проводятся по электрическому полю между пластинчатыми элементами. Электрическая сила F, действующая на заряженную частицу с электрическим зарядом q, движущуюся со скоростью v в непрерывном электрическом поле напряженностью Е, определяется по формуле
Разделяемые заряженные частицы двигаются в непрерывном электрическом поле между пластинчатыми элементами по окружным орбитам, радиусы которых вычисляются из балансов действующих сил. Траектории заряженных частиц пролегают между пластинчатыми элементами. Радиус R1 орбиты высокоэнергетической заряженной частицы определяется по формуле:
где m1 - масса высокоэнергетической заряженной частицы;
E1 - напряженность электрического поля в месте нахождения высокоэнергетической заряженной частицы при полете.The closest in technical essence and the achieved result (prototype) to the claimed invention is a device for separating charged particles by energy, in which centrifugal force and the electric component of the Lorentz force are used to separate charged particles moving in a continuous electric field. The device comprises a vacuum chamber in which a source of charged particles, receivers of charged particles, and a separator of charged particles are formed, formed by a pair of plate elements, which is a cylindrical capacitor, curved in cross section along circumferential parts of concentric hollow cylinders and curved in longitudinal section along arcs of circular orbits of charged particles . Lamellar elements are concentric hollow cylinders bent in a longitudinal section along arcs of circular orbits of charged particles. The electric potentials brought to the plate elements induce electric charges on the plate elements, and a continuous electric field is formed between the plate elements to separate the equally charged particles by energies. From the source, the separated charged particles are fed into the gap between the ends of the plate elements and are conducted along the electric field between the plate elements. The electric force F acting on a charged particle with an electric charge q, moving at a speed v in a continuous electric field of intensity E, is determined by the formula
Separated charged particles move in a continuous electric field between the plate elements in circumferential orbits, the radii of which are calculated from the balances of the acting forces. The trajectories of charged particles lie between the plate elements. The radius R 1 of the orbit of a high-energy charged particle is determined by the formula:
where m 1 is the mass of a high-energy charged particle;
E 1 - electric field strength at the location of a high-energy charged particle during flight.
Радиус R2 орбиты низкоэнергетической заряженной частицы определяется по формуле:
где m2 - масса низкоэнергетической заряженной частицы;
E2 - напряженность электрического поля в месте нахождения низкоэнергетической заряженной частицы при полете.The radius R 2 of the orbit of a low-energy charged particle is determined by the formula:
where m 2 is the mass of a low-energy charged particle;
E 2 is the electric field strength at the location of the low-energy charged particle during flight.
При прохождении высокоэнергетической заряженной частицей непрерывного электрического поля между пластинчатыми элементами круговая траектория высокоэнергетической заряженной частицы имеет радиус R1. При прохождении низкоэнергетической заряженной частицей непрерывного электрического поля между пластинчатыми элементами круговая траектория низкоэнергетической заряженной частицы имеет радиус R2. В итоге расстояние между пластинчатыми элементами должно быть таким, чтобы обе дуговые траектории укладывались в пределах непрерывного электрического поля. Разделенные в непрерывном электрическом поле между пластинчатыми элементами частицы выводятся из пары пластинчатых элементов в противоположном торце пары [см. В.Т. Коган, А.К. Павлов, М.И. Савченко, О.Е. Добычин. Портативный масс-спектрометр для экспресс-анализа растворенных в воде веществ // Приборы и техника эксперимента, 1999, 4, с. 145-149].When a high-energy charged particle passes a continuous electric field between the plate elements, the circular path of the high-energy charged particle has a radius of R 1 . When a low-energy charged particle passes a continuous electric field between the plate elements, the circular path of the low-energy charged particle has a radius of R 2 . As a result, the distance between the plate elements should be such that both arc paths fit within a continuous electric field. Particles separated in a continuous electric field between the plate elements are removed from the pair of plate elements at the opposite end of the pair [see V.T. Kogan, A.K. Pavlov, M.I. Savchenko, O.E. Booty. Portable mass spectrometer for rapid analysis of substances dissolved in water // Instruments and experimental equipment, 1999, 4, p. 145-149].
Основным общим недостатком описанных устройств для разделения заряженных частиц по энергиям является низкая селективность при разделении вследствие ограниченных возможностей расщепления пучков заряженных частиц в электрическом поле между пластинчатыми элементами, т.е. использование этих устройств не позволяет выполнять следующие операции по управлению траекториями заряженных частиц:
1. Закручивать по круговой орбите только пучок низкоэнергетических заряженных частиц, причем закручивать по такой круговой орбите, когда радиус орбиты низкоэнергетических заряженных частиц определяется не величиной напряженности поперечного электрического поля на пути легких заряженных частиц в электрическом поле, а положением электрического поля в пространстве, при достаточной величине напряженности электрического поля. Высокоэнергетические заряженные частицы при этом продолжают полет в исходном направлении, т.е. практически по прямолинейной траектории.The main common drawback of the described devices for separating charged particles by energy is the low selectivity in separation due to the limited possibilities of splitting the bundles of charged particles in an electric field between plate elements, i.e. the use of these devices does not allow the following operations to control the trajectories of charged particles:
1. Spin in a circular orbit only a beam of low-energy charged particles, and spin in such a circular orbit when the radius of the orbit of low-energy charged particles is determined not by the magnitude of the transverse electric field in the path of light charged particles in an electric field, but by the position of the electric field in space, with sufficient the magnitude of the electric field. In this case, high-energy charged particles continue to fly in the initial direction, i.e. almost along a straight path.
2. Закручивать пучки низкоэнергетических и высокоэнергетических заряженных частиц по такой единой круговой орбите, когда радиус единой орбиты смеси заряженных частиц определяется не величиной напряженности поперечного электрического поля на пути заряженных частиц, а положением участков электрического поля в пространстве при достаточной величине напряженности электрического поля. 2. Spin beams of low-energy and high-energy charged particles in such a single circular orbit, when the radius of a single orbit of a mixture of charged particles is determined not by the magnitude of the transverse electric field in the path of the charged particles, but by the position of the electric field in space with a sufficient electric field.
3. Отпускать пучок высокоэнергетических заряженных частиц с круговой орбиты, общей с орбитой низкоэнергетических заряженных частиц, на первоначально направленную прямолинейную траекторию, оставляя пучок низкоэнергетических заряженных частиц на прежней круговой орбите. 3. Release the beam of high-energy charged particles from a circular orbit, common with the orbit of low-energy charged particles, to the initially directed rectilinear trajectory, leaving the beam of low-energy charged particles in the same circular orbit.
4. Отпускать оба пучка заряженных частиц в любой точке орбиты с единой круговой орбиты на единую прямолинейную траекторию. 4. Release both beams of charged particles at any point in the orbit from a single circular orbit to a single straight trajectory.
5. Отпускать оба пучка заряженных частиц с единой круговой орбиты на различные прямолинейные траектории. 5. Release both beams of charged particles from a single circular orbit into different straight paths.
6. Осуществлять максимальное расщепление пучков заряженных частиц на минимальной длине зоны разделения пучков. 6. To carry out maximum splitting of charged particle beams over the minimum length of the beam separation zone.
Общим недостатком описанных устройств для разделения заряженных частиц по энергиям также является большая протяженность зоны разделения заряженных частиц, получающаяся из-за медленного расщепления пучков заряженных частиц, ограниченного расстоянием между пластинчатыми элементами и невозможностью отпустить с круговой орбиты высокоэнергетические заряженные частицы на прямолинейную траекторию за пределы пространства между пластинчатыми элементами, и приводящая в конечном счeте к необходимости изготавливать крупногабаритные устройства для разделения заряженных частиц по энергиям. A common drawback of the described devices for separating charged particles by energy is also the large length of the zone of separation of charged particles, resulting from the slow splitting of the charged particle beams, limited by the distance between the plate elements and the inability to release high-energy charged particles from a circular orbit into a straight path outside the space between lamellar elements, and ultimately leading to the need to produce large-sized devices properties for the separation of charged particles by energy.
Сущность изобретения заключается в том, что устройство для разделения заряженных частиц по энергиям, содержащее вакуумную камеру, в которой установлены источник заряженных частиц, приемники заряженных частиц и сепаратор заряженных частиц, образованный парой пластинчатых элементов, являющейся конденсатором, изогнутых в поперечном сечении по окружным образующим концентричных полых цилиндров и изогнутых в продольном сечении по дугам круговых орбит заряженных частиц, снабжено дополнительной парой пластинчатых элементов, являющейся конденсатором, при этом обе пары пластинчатых элементов, изогнутых в поперечном сечении по участкам окружных образующих концентричных полых цилиндров и в продольном сечении по дугам круговых орбит низкоэнергетических заряженных частиц, расположены пересекающимися так, что их электрические поля размещены в пересекающихся направлениях с образованием единого электрического поля, представляющего для заряженных частиц электрический барьер
Техническим результатом является повышение селективности при разделении заряженных частиц по энергиям и снижение материалоемкости устройства вследствие уменьшения длины зоны разделения заряженных частиц, приводящего к соответствующему уменьшению размеров устройства для разделения заряженных частиц по энергиям.The essence of the invention lies in the fact that a device for separating charged particles by energy, containing a vacuum chamber in which a source of charged particles, charged particle detectors and a charged particle separator formed by a pair of plate elements, which is a capacitor, are curved in cross section along circumferential generators of concentric hollow cylinders and curved in a longitudinal section along arcs of circular orbits of charged particles, is equipped with an additional pair of plate elements, which is a a denser, while both pairs of plate elements bent in cross section along the sections of the circumferential generators of the concentric hollow cylinders and in a longitudinal section along the arcs of circular orbits of low-energy charged particles are located intersecting so that their electric fields are placed in intersecting directions with the formation of a single electric field, representing an electric barrier for charged particles
The technical result is to increase the selectivity in the separation of charged particles by energy and to reduce the material consumption of the device due to the reduction of the length of the separation zone of charged particles, resulting in a corresponding reduction in the size of the device for separating charged particles by energy.
Повышение селективности при разделении заряженных частиц обеспечивается вследствие увеличения возможностей расщепления пучков заряженных частиц по энергиям, так как разделение заряженных частиц с помощью предлагаемого устройства позволяет для сепарации заряженных частиц по энергиям проводить многие ранее не возможные операции по управлению траекториями заряженных частиц во время полета частиц в электрическом поле, а именно:
1. Закручивать по круговой орбите только пучок низкоэнергетических заряженных частиц, причем закручивать по такой круговой орбите, когда радиус орбиты низкоэнергетических заряженных частиц определяется не величиной напряженности поперечного электрического поля на пути легких заряженных частиц в электрическом поле, а положением электрического барьера в пространстве, при достаточной величине электрического барьера. Высокоэнергетические заряженные частицы при этом продолжают полет в исходном направлении, т.е. практически по прямолинейной траектории.The increase in selectivity in the separation of charged particles is ensured by increasing the possibilities of splitting the beams of charged particles by energy, since the separation of charged particles using the proposed device allows for the separation of charged particles by energy to carry out many previously impossible operations to control the trajectories of charged particles during the flight of particles in an electric field, namely:
1. Spin in a circular orbit only a beam of low-energy charged particles, and spin in such a circular orbit when the radius of the orbit of low-energy charged particles is determined not by the magnitude of the transverse electric field in the path of light charged particles in an electric field, but by the position of the electric barrier in space, with sufficient the magnitude of the electric barrier. In this case, high-energy charged particles continue to fly in the initial direction, i.e. almost along a straight path.
2. Закручивать пучки низкоэнергетических и высокоэнергетических заряженных частиц по такой единой круговой орбите, когда радиус единой орбиты смеси заряженных частиц определяется не величиной напряженности поперечного электрического поля на пути заряженных частиц, а положением электрического барьера в пространстве при достаточной величине электрического барьера. 2. Spin beams of low-energy and high-energy charged particles in such a single circular orbit, when the radius of a single orbit of a mixture of charged particles is determined not by the magnitude of the transverse electric field in the path of the charged particles, but by the position of the electric barrier in space with a sufficient electric barrier.
3. Отпускать пучок высокоэнергетических заряженных частиц с круговой орбиты, общей с орбитой низкоэнергетических заряженных частиц, на первоначально направленную прямолинейную траекторию, оставляя пучок низкоэнергетических заряженных частиц на прежней круговой орбите. 3. Release the beam of high-energy charged particles from a circular orbit, common with the orbit of low-energy charged particles, to the initially directed rectilinear trajectory, leaving the beam of low-energy charged particles in the same circular orbit.
4. Отпускать оба пучка заряженных частиц в любой точке орбиты с единой круговой орбиты на единую прямолинейную траекторию. 4. Release both beams of charged particles at any point in the orbit from a single circular orbit to a single straight trajectory.
5. Отпускать оба пучка заряженных частиц с единой круговой орбиты на различные прямолинейные траектории. 5. Release both beams of charged particles from a single circular orbit into different straight paths.
6. Осуществлять максимальное расщепление пучков заряженных частиц на минимальной длине зоны разделения пучков. 6. To carry out maximum splitting of charged particle beams over the minimum length of the beam separation zone.
Уменьшение длины зоны разделения заряженных частиц достигается вследствие того, что предлагаемое устройство позволяет производить максимальное расщепление пучков заряженных частиц на минимальной длине. The reduction in the length of the separation zone of charged particles is achieved due to the fact that the proposed device allows for maximum splitting of the bundles of charged particles at a minimum length.
Устройство для разделения заряженных частиц по энергиям поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид устройства для разделения заряженных частиц по энергиям; на фиг.2 показана схема изготовления пластинчатых элементов сепаратора заряженных частиц по энергиям; на фиг.3 - схема взаимного размещения пластинчатых элементов сепаратора заряженных частиц. A device for separating charged particles by energy is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a General view of a device for separating charged particles by energy; figure 2 shows a diagram of the manufacture of plate elements of the separator of charged particles by energy; figure 3 - diagram of the mutual placement of the plate elements of the separator of charged particles.
Устройство для разделения заряженных частиц по энергиям содержит вакуумную камеру 1, в которой установлены источник 2 заряженных частиц, приемники 3, 4 заряженных частиц и сепаратор 5 заряженных частиц. Сепаратор 5 заряженных частиц образован двумя парами пластинчатых элементов 6, 7 и 8, 9, причем каждая пара является конденсатором. Обе пары пластинчатых элементов 6, 7 и 8, 9, изогнутых в поперечном сечении по участкам окружных образующих концентричных полых цилиндров и в продольном сечении по дугам круговых орбит низкоэнергетических заряженных частиц, расположены пересекающимися так, что их электрические поля размещены в пересекающихся направлениях с образованием единого электрического поля, представляющего для заряженных частиц электрический барьер. Источник 2 заряженных частиц состоит из ионизационной камеры 10 и формирующих вытягивающее электрическое поле электродов 11. Источник 2 заряженных частиц, сепаратор 5 заряженных частиц и приемники 3, 4 заряженных частиц от вакуумной камеры 1 электрически разъединены изоляторами 12. Пластинчатые элементы 6, 7, 8, 9 вырезаны из коаксиальных изогнутых в продольном сечении тонкостенных труб, внутренняя из которых в продольном сечении изогнута по дуге круговой орбиты низкоэнергетических заряженных частиц. Пластинчатые элементы 6, 8 изготовлены симметричными путем вырезания из тонкостенной трубы, имеющей меньший диаметр. Пластинчатые элементы 7, 9 изготовлены симметричными путем вырезания из тонкостенной трубы, имеющей больший диаметр. Пучок 13 разделяемых заряженных частиц расположен между пластинчатыми элементами 6, 8. Электрическим барьером для разделяемых заряженных частиц является электрическое поле в протяженных областях пространства между пластинчатыми элементами 6, 7, 8, 9 со стороны щелевого промежутка между пластинчатыми элементами 6, 8. Последовательное по ходу заряженных частиц расположение щелевого промежутка между пластинчатыми элементами 6, 8, расположение электрического барьера, полученного наложением пересекающихся электрических полей, и щелевого промежутка между пластинчатыми элементами 7, 9 обеспечивает разделение заряженных частиц по энергиям. Приемники 3 и 4 заряженных частиц выполнены в виде карманов. A device for separating charged particles by energy contains a vacuum chamber 1, in which a source of 2 charged particles, receivers 3, 4 of charged particles and a separator 5 of charged particles are installed. The charged particle separator 5 is formed by two pairs of
В предлагаемом устройстве для разделения заряженных частиц по энергиям для замены непрерывного электрического поля на электрический барьер, то есть на локальное протяженное изогнутое по траектории низкоэнергетических заряженных частиц электрическое поле и для вывода высокоэнергетических частиц на траекторию вне промежутка между пластинчатыми элементами 6, 7, 8, 9, вместо пары пластинчатых элементов использованы две пары 6, 7 и 8, 9 пластинчатых элементов 6, 7, 8, 9, что позволило совместить электрические поля двух пар 7, 6 и 9, 8 пластинчатых элементов 6, 7, 8, 9 в пересекающихся направлениях и этим самым создать форму электрического барьера, удовлетворяющую условию исхода высокоэнергетических частиц с прежней круговой траектории, совместной с траекторией низкоэнергетических заряженных частиц, на другую круговую или прямолинейную траекторию. In the proposed device for separating charged particles by energy to replace a continuous electric field with an electric barrier, that is, a local electric field curved along the trajectory of low-energy charged particles and for outputting high-energy particles to a trajectory outside the gap between the
Устройство для разделения заряженных частиц по энергиям работает следующим образом. В ионизационной камере 10 источника 2 заряженных частиц производится ионизация молекул разделяемых частиц, после чего заряженные частицы вытягиваются электрическим полем между электродами 11 и затем направляются к сепаратору 5 заряженных частиц, состоящему из пластинчатых элементов 6, 7 и 8. 9. При разделении положительно заряженных частиц по энергиям к пластинчатым элементам 7, 9 подведены положительные электрические потенциалы, а к пластинчатым элементам 6, 8 подведены отрицательные электрические потенциалы. В электрическом поле между пластинчатыми элементами 7, 6 или в электрическом поле между пластинчатыми элементами 9, 8 заряженная частица должна была двигаться по окружности, радиус которой вычислялся бы из баланса действующих сил. Но пересекающееся наложение электрических поля между пластинчатыми элементами 7, 6 и поля между пластинчатыми элементами 9, 8, отрицательный потенциал на пластинчатых элементах 6, 8 и положительный потенциал на пластинчатых элементах 7, 9 сформировали между пластинчатыми элементами 6, 7, 8, 9 электрическое поле, являющееся электрическим барьером, предназначенным для разделения положительно заряженных частиц по энергиям. Для доступа к электрическому барьеру служит продольный щелевой промежуток между пластинчатыми элементами 6, 8. Повышенная результирующая напряженность электрического поля между пластинчатыми элементами 6, 7, 8, 9, по сравнению с расчетной для непрерывного электрического поля напряженностью, создала физические условия, при которых заряженная частица, не углубляясь в область сильного электрического поля, идет вдоль изогнутого электрического барьера. Эквипотенциальные поверхности электрического поля в локальной протяженной области электрического барьера имеют форму желоба, расположенного между пластинчатыми элементами 6 и 8. При наличии такого электрического барьера разделяемые заряженные частицы перед разделением направлены уже не в промежуток между торцами пластинчатых элементов, как в устройстве-прототипе, а за счет соответствующего размещения пластинчатых элементов 6, 7, 8, 9 направлены касательно к вогнутой стороне пластинчатых элементов 6, 8. При подходе к электрическому барьеру, образованному суперпозицией в пересекающихся направлениях электрического поля между пластинчатыми элементами 7, 6 и электрического поля между пластинчатыми элементами 9, 8, постепенно меняется направление движения частиц из-за увеличения напряженности электрического поля, и в дальнейшем частицы летят по дуговой траектории вдоль вогнутой стороны электрического барьера. Вогнутая сторона электрического барьера расположена вдоль продольного щелевого промежутка между пластинчатыми элементами 6,8. При напряженности электрического поля, удовлетворяющей условию
где Re - радиус изгиба электрического барьера, заряженная частица перемещается вдоль электрического барьера. Радиус орбиты всех разделяемых заряженных частиц определяется не величиной напряженности поперечного электрического поля на пути заряженных частиц, а положением электрического барьера в пространстве, при достаточной величине электрического барьера. Посредством размещенных на пластинчатых элементах 6, 8 отрицательных электрических зарядов и размещенных на пластинчатых элементах 7, 9 положительных электрических зарядов для целей разделения заряженных частиц по энергиям сформирован электрический барьер такой высоты, и электрическую напряженность поддерживается на таком уровне, когда пучок низкоэнергетических заряженных частиц остается на орбите, имеющей малый радиус, а пучок высокоэнергетических заряженных частиц сходит с орбиты, имеющей малый радиус. При строго выдержанной форме электрического барьера и при выполнении неравенства
низкоэнергетические заряженные частицы остаются на круговой орбите, а высокоэнергетические частицы сходят с круговой орбиты и следуют по исходной прямолинейной траектории. Физическое условие полета низкоэнергетических заряженных частиц по прежней круговой траектории состоит в соблюдении неравенства (6):
где ЕR - зависящая от радиуса изгиба электрического барьера, определяющего радиус траектории низкоэнергетических заряженных частиц, и соответствующая форме поперечного сечения электрического барьера напряженность электрического поля. Радиус ЕR орбиты низкоэнергетических заряженных частиц определяется не величиной напряженности поперечного электрического поля на пути легких заряженных частиц в электрическом поле, а положением электрического барьера в пространстве, при достаточной величине электрического барьера. Физическое условие исхода высокоэнергетических частиц с круговой траектории вдоль электрического барьера состоит в соблюдении неравенства (7):
Для беспрепятственного выхода высокоэнергетических заряженных частиц из сепаратора 5 оставлен продольный щелевой промежуток между пластинчатыми элементами 7, 9.A device for separating charged particles by energy works as follows. In the ionization chamber 10 of the source 2 of charged particles, the molecules of the separated particles are ionized, after which the charged particles are pulled by the electric field between the electrodes 11 and then sent to the charged particle separator 5, consisting of
where R e is the bending radius of the electric barrier, a charged particle moves along the electric barrier. The orbit radius of all shared charged particles is determined not by the magnitude of the transverse electric field in the path of the charged particles, but by the position of the electric barrier in space, with a sufficient value of the electric barrier. By means of negative electric charges placed on the
low-energy charged particles remain in a circular orbit, and high-energy particles leave the circular orbit and follow the initial rectilinear trajectory. The physical condition for the flight of low-energy charged particles along the previous circular trajectory is the following inequality (6):
where Е R is the electric field intensity depending on the bending radius of the electric barrier, which determines the radius of the trajectory of low-energy charged particles, and the electric field strength corresponding to the cross-sectional shape of the electric barrier. The radius E R of the orbit of low-energy charged particles is determined not by the magnitude of the transverse electric field in the path of light charged particles in the electric field, but by the position of the electric barrier in space, with a sufficient value of the electric barrier. The physical condition for the outcome of high-energy particles from a circular path along the electric barrier is the following inequality (7):
For the unhindered exit of high-energy charged particles from the separator 5, a longitudinal slot gap is left between the
Важнейшей особенностью устройства для разделения заряженных частиц по энергиям электрическим барьером является возможность закрутить по круговой орбите только низкоэнергетические заряженные частицы, практически не изменяя прямолинейную траекторию высокоэнергетических заряженных частиц. Расщепление V пучков заряженных частиц в этом случае максимально и равно:
V = R1-R1cosα1 (8)
где α1- угол поворота низкоэнергетической заряженной частицы по круговой орбите радиуса R1. Подразумевается, что угол α1<π/2.
Протяженность L зоны разделения заряженных частиц по энергиям в этом случае становится минимальной и определяется по формуле:
L = R1α1, (9)
где угол α1 измеряется в радианах.The most important feature of the device for separating charged particles by energy by an electric barrier is the ability to spin only low-energy charged particles in a circular orbit, practically without changing the straight line trajectory of high-energy charged particles. The splitting of V beams of charged particles in this case is maximum and equal to:
V = R 1 -R 1 cosα 1 (8)
where α 1 is the angle of rotation of the low-energy charged particle in a circular orbit of radius R 1 . It is understood that the angle α 1 <π / 2.
The length L of the zone of separation of charged particles by energy in this case becomes minimal and is determined by the formula:
L = R 1 α 1 , (9)
where the angle α 1 is measured in radians.
Применение предлагаемого устройства для разделения заряженных частиц обеспечивает следующие преимущества:
1. Создание основы новых исходных данных для теоретических и экспериментальных прикладных задач во многих областях ядерной физики, электроники и ионной техники.The use of the proposed device for the separation of charged particles provides the following advantages:
1. Creating the basis of new initial data for theoretical and experimental applied problems in many fields of nuclear physics, electronics, and ion technology.
2. Выполнение параллельного решения экологических проблем по части рационального использования природных ресурсов и проблем разделения веществ в электрических и электромагнитных полях. 2. Implementation of a parallel solution of environmental problems regarding the rational use of natural resources and the problems of separation of substances in electric and electromagnetic fields.
3. Решение физической проблемы избирательного захвата электрическим полем моноэнергетических заряженных частиц из пучка смеси равнозаряженных частиц. 3. The solution to the physical problem of selective capture by an electric field of monoenergetic charged particles from a beam of a mixture of equally charged particles.
4. Осуществление экологически безопасного разделения веществ на основе технологии формирования электрического силового барьера. 4. Implementation of environmentally friendly separation of substances based on the technology of forming an electric power barrier.
Экологические проблемы с применением устройства решаются следующим образом:
1. Уменьшаются габариты устройств для разделения заряженных частиц, что позволяет размещать производство на наименьших площадях.Environmental problems with the use of the device are solved as follows:
1. The dimensions of the devices for the separation of charged particles are reduced, which allows you to place the production on the smallest areas.
2. Уменьшение размеров устройств приводит к уменьшению количества материалов, затрачиваемых на изготовление устройств для разделения веществ, т.е. приводит к рациональному использованию природных ресурсов. 2. Reducing the size of the devices leads to a decrease in the amount of materials spent on the manufacture of devices for the separation of substances, ie leads to the rational use of natural resources.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000111457A RU2187171C2 (en) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | Device for separating charged particles according to their energy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000111457A RU2187171C2 (en) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | Device for separating charged particles according to their energy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2187171C2 true RU2187171C2 (en) | 2002-08-10 |
Family
ID=20234376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000111457A RU2187171C2 (en) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | Device for separating charged particles according to their energy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2187171C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015120689A1 (en) | 2014-12-10 | 2016-06-16 | Injector Llc | Method for irradiating isotopes of heavy chemical elements, conversion of nuclear energy into heat energy and installation therefor |
| CN109011213A (en) * | 2018-08-17 | 2018-12-18 | 江苏莱福医疗器械科技有限公司 | A kind of radioactive particle automatic sequencing device |
-
2000
- 2000-05-10 RU RU2000111457A patent/RU2187171C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| В.Т. КОГАН и др. Портативный масс-спектрометр для экспресс-анализа растворенных в воде веществ. - Приборы и техника эксперимента, 1999, № 4, с.145-149. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015120689A1 (en) | 2014-12-10 | 2016-06-16 | Injector Llc | Method for irradiating isotopes of heavy chemical elements, conversion of nuclear energy into heat energy and installation therefor |
| CN109011213A (en) * | 2018-08-17 | 2018-12-18 | 江苏莱福医疗器械科技有限公司 | A kind of radioactive particle automatic sequencing device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6322706B1 (en) | Radial plasma mass filter | |
| US6441569B1 (en) | Particle accelerator for inducing contained particle collisions | |
| RU2000131591A (en) | PLASMA ACCELERATOR | |
| US6251282B1 (en) | Plasma filter with helical magnetic field | |
| EP1220293B1 (en) | Tandem plasma mass filter | |
| US6258216B1 (en) | Charged particle separator with drift compensation | |
| JP2004273458A (en) | High frequency wave heated plasma mass filter | |
| CN101669027B (en) | Charged particle analyzer | |
| RU2187171C2 (en) | Device for separating charged particles according to their energy | |
| WO1994001883A1 (en) | A method for discriminative particle separation | |
| US4349505A (en) | Neutral beamline with ion energy recovery based on magnetic blocking of electrons | |
| RU2190459C2 (en) | Device for separation of charged particles by masses | |
| RU2411067C1 (en) | Method of isotope separation and device to this end | |
| RU2187170C2 (en) | Method for separating charged particles according to their energies | |
| RU2238792C2 (en) | Device for separation of isotopes | |
| RU2178727C2 (en) | Device for weight separation of charged particles | |
| RU2174862C2 (en) | Gear separating charged particle by their masses | |
| RU2147458C1 (en) | Method for mass separation of charged particles | |
| RU2174431C2 (en) | Device for separation of charged particles by masses | |
| RU2135270C1 (en) | Device for mass separation of charged particles | |
| RU2220760C2 (en) | Device for separation of particles by masses | |
| RU2171707C2 (en) | Device for charged particle mass separation | |
| Takasaki et al. | The low-energy antiproton beam K4 at the KEK 12 GeV Proton Synchrotron | |
| RU2098170C1 (en) | Device for separating charged particles by masses | |
| RU2193444C1 (en) | Device for separating charged particles according to their masses |