SU763825A1 - Способ определени интенсивности м гкого рентгеновского излучени импульсного источника и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерению потоков м гкого рентгеновского излучени  импульсных источников.

Известны способы измерени  пото- 5 ков м гкого рентгеновского излучени , основанные на фотоэлектрическом и фотохимическом действи х света ij .

Один из способов, основанный на фотоэлектрическом действии света, to состоит в том, что исследуемый пучок фотонов направл ют на твердую мишень, собирают эмиттируекые из мишени фотоэлектроны с помощью специального электрода и измер ют ток этих фото- и электронов.

Другой способ состоит в том, что исследуемый пучок фотонов направл ют в объем газовой мишенн, собирают ионы и измер ют их электрический ток,JQ

Третий способ состоит в том, что исследуемый пучок фотонов направл ют на мишень, выполненную из полупроводникового материала, обеспечивают перемещение создавшихс  электронно- 25 дырочных пар в электрическом поле и измер ют полученный электрический ток.

Способ, основанный на фотохимическом действии света заключаетс  в JQ

том, что исследуемой пучок фотонов направл ют на фотографическую пластинку и по степени ее почернени  суд т об интенсивности пучка.

Недостатком этих способов  вл етс  то, что они обеспечивают относительное измерение потока м гкого, рентгеновского излучени .

Ближайшим техническим решением к предлагаемому изобретению  вл етс  способ определени  интенсивности м гкого рентгеновского излучени  импульсного источника, заключающийс  в ионизации газовой мишени путем пропускани  фотонов через газовую ми- шень пространственном разделении ионов с различными зар дами по времени пролета, регистрации ионов с зар дом п путем измерени  относительной величины отвечающего им электрического сигнала на выходе детектора ионов повторной ионизации упом нутой мишенн пучком моноэнергетических электронов известной интенсивности спуст  , интервал времени, в течениекоторого сохран ютс  услови  образовани  и регистрации ионов, пространственном разделении вновь полученных ионов с эазличными зар дами по времени пролета , регистрации ионов с тем же зар дом п путём измерени  относительной величины отвечающего им электрического сигнала на выходе детектора ионов 23 .

Недостатком известного способа  вл етс  то, что он применим только дл  монохроматического излучени  или немонохроматического излучени  с известной функцией спектрального распределени . Однако лишь дл  одного из современных источников м гкого рентгеновского излучени  - синхротрона - така  функци  известна. Дл  всех других источников, в частности лазерной плазмы, распределение излучени  в спектре заранее неизвестно.

При монохроматизации м гкого рент теновского излучени , во-первых, тер етс  значительна  часТь потока фотонов (коэффициент пропускани  рентгеновского монохроматора составл ет величину пор дка 10 - 10 , что ограничивает применение способа на уровне интенсивности источника . 10 - 17 фот-Х срТ -ими , во-вторых возникает необходимость применени  монохроматора и определени  его коэффициента пропускани , что усложн ет постановку эксперимента и вносит дополнительную ошибку в окончательный результат.

В итоге дл  многих лабораторных импульсных источников м гкого рентгеновского излучени , обладающего непрерывным спектром, применение известного способа затруднено.

Известный способ осуществлен в устройстве tlj, прин том за прототип содержащем врем пролетный масс-спектрометр с ионизационной камерой и .электронной пушкой, снабженной диафрагмой с одним отверстием, и диафрагму , коллимируюилую исследуемый пучок фотонов.

Такое .устройство обеспечивает в м гкой рентгеновской области спектра измерение потока только монохроматического излучени 

Целью изобретени   вл етс  определение интенсивности м гкого рентгеновского излучени  импульсного источника , -испускающего немоиохроматизированный поток фотонов, в интервале энергий/ ограниченном потенциалами ионизации К-оболочек элементов с вПиэ,кими атомными номерами.

Доставленна  цель достигаетс  тем, что из исследуемого пучка фотонов выдел ют два пространственно разделенных пучка с одинаковым поперечным сечением и каждый из них пропускают через один из фильтров А и Б, составл ющих пару сбалансированных фильтров (фильтров Росса), отве;чающую выбранному интервалу энергий ; и)д -U5g и осуществл ют фотоиониэацию атомов мишени в двух ее пространственных област х VA и V5, причем повторную ионизацию атомов мишени производ т в тех же област х двум  одинаковыми пучками электронов. Выделение и регистрацию ионов с зар дом п, по вл ющихс  в газовой мишени как после первой, так и после второй ионизации, производ т раздельно дл  каждой из областей Уд и Vg с задержкой, не превышающей времени жизни ионЪв с данным зар дом в области ионизации. При этом на выходе детектора ионов измер ют относительные величины сигналов Ltp/v и ионрв, образованных соответственно фотонами и электронами в области V, ионов, образованных соответственно фотонами и электронами в области Vg. Затем наход т число фотонов с энерги ми в интервале прошедших через поперечное сечение первичного пучка, по следующей зависимости:

п „., I Уэл

)|и

ифв

ФлЦаь

NH

. ЪфСи)) TCU3) иэл гдеЪэ(Е) - сечение образовани  ионов с зар дом п электрона.ми с энергией Е, равной энергии электронов, прошедших

---через газовую мишень;

ЬфСи) - среднее в интервале ( сечение образовани  тех же ионов фотонами;

N - число прошедших через га9 зовую мишень электронов

. в каждом из двух пучков,

Т (и)) - средн   в интервале разность коэффициентов пропускани  фильтров; t - отношение площади поперечного сечени  исследуемого пучка фотонов к площади поперечного сечени  одног из выделенных пучков. На чертеже показано устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит врем пролетный масс-спектрометр с ионизационной камерой, ограниченной электрода ,ми 1 и 2; электронную пушку, снабженную диафрагмой 3 с двум  одинаковыми отверсти ми, электродом 4 и детектором 5 ионов; диафрагму б пучка фотонов, имеющую два таких, же одинаковых отверсти , закрытые фольгами А и В, составл ющими пару сбалансированных фильтров, и дополнительный электрод 7, расположенный между электродами 1 и 2 ионизационной камеры параллельно их плоскост м и выполненный в виде сетки.

Устройство работает следующим образом .

Диафрагмой б выдел ют из исследуемого пучка фотонов два пространственно разделенных пучка и пропускают их через фильт;ры А и Б, отвечающие интервгшу энергий td/n - а) . Далее пучки направл ют в ионизационную камеру врем пролетного масс-спектрометра . Пучком, прошедшим через фильт , А, осуществл ют ионизацию газовой мишени Б области Уд, заключенной между электродами 1 и 7, а пучком, .прошедшим через фильтр Б, ионизируют мишень в области Vg между электродам 2 и 7. После окончани  фотоионизациипроизвод т выталкивание ионов, образованных в област х VA и Vg,, в ускор ющий промежуток - пространство между электродами 2 и 4. С помощью дополнительного электрода 7 эту операцию осуществл ют раздельно дл  областей Уд и Vg . Вследствие того, что ионы из области Vg выталкивают в ускор ющий промежуток между электродам 2 и 4 с временной задержкой по отношению к ионам из области Уд, , все пог следук дие операции с ионами из области Vg (ускорение между электродами 2 и 4,пространственное разделение ионов различной кратности по времени пролета в эквипотенциальном пространстве между электродом 4 и детектором 5 ионов и регистрацию ионов с зар дом п) выполн ют с такой же временной задержкой, В результате этого электрический сигнал величиной Иф на выходе детектора 5, отвечающий ионам с зар дом п из области Vp, , запаздывает на врем  t относительно аналогичного сигнала ифдот таких же ионов из области Уд . Так как длительность каждого сигнала не превосходит 50 НС, а величина t - пор дка микросекунды, сигналы ифди ифцхорошо разделены во времени. Их величины измер ют в относительных единицах. Спуст  интервал времени t после фотоионизации газовой мишени, в течение которого сохран ютс  услови  образовани  и регистрации ионов, производ т повторную ионизацию газовой мишени в област х Уд и У двум  одинаковыми пучками электронов известной интенсивности, также при отсутствии электрического пол  в камере. Пучки электронов создают электронной пушкой, снабженной диафрагмой 3 с двум  одинаковыми отверсти ми. Все операции с ионами, вновь созданными в област х Уд и УЗ, выполн ют так же как операции с ионами после фотоионизации газовой мишени. В результате этих операций на выходе детектора 5 по вл ютс  электрические сигналы УЭД и Ujg, отвечающие ионам с зар дом п, созданным соответственно в област х Уд и У . Эти сигналы измер ют в относительных единицах. Данные измерений сигналов ифА, 1, УЭД и Ugg используют дл  определени  числа фотонов в исследуемом пучке с энерги ми в интервале по приведенной зависимости.

Пример. Измер ют величину потока фотонов из лазерной плазмы с энерги ми -в интервале 4,9565 ,464 кэВ при длительности импульса 20 НС. Указанный спектральный интервал выдел ют с помощью пары сбалансированных фильтров -из ванади  и титана, имеющих толщины соответственно 12,2 и 19,3 мкм. Средний в этом спектральном интервале коэффициент пропускани  ванадиевого . фильтра равен 0,53, титанового 0,002.

Рассто ние между электродами 1 и 7, 7 и 2 составл ет 5 мм. Проo пускавшиес  через газовую мишень пучки имеют поперечное сечение размером 0, мм, рассто ние между ними 1,5 мм.

Ионизационную камеру заполн ют

5 неоном при давлении 510 мм рт.ст. Регистрируют ионы с зар дом два. Среднее в выбранном спектральном интервале сечение двукратной фотоионизации неона равно 2/1 .

0 Параметры двойного электронного пучка следуквдие: ток в каждом пучке 5 мА, энерги  электронов 500 эВ, длительность импульса 20 не. Сечение двукратной ионизации неона электронами с такой энергией равно

5 1,86-10 ®см.

Вторую группу ионов вытсшкивают из ионизационной камеры с задержкой 0,2 МКС. Пиковые значени  сигналов с выхода детектора ионов, измеренные

0 в относительных единицах осциллографическим способом, равны: ифд t.Z; ифб 3.1; иэА 7,5; .6.7. Длительность каждого из этих сигналов составл ет 25 не. на уровне половины

5 пикового значени .

Отношение площади поперечного сечени  первичного пучка к площади сечени  одного из выделенных пучков равно 4..

0

В результате, по вышеприведенной зависимости определ ют искомую величину потока в первичном пучке

Нф (1, 1±.0 ,1) 10° фот- А . ср.1- имп1

5

Предлагаемый способ определени  интенсивности м гкого рентгеновского излучени  импульсного источника и устройство дл  его осуществлени  позвол ет производить измерени  в йыбранном спектральном интервале в поO токе немонохроматизированного излу чени .

Особенно эффективно предлагаемые способ и устройство могут быть использованы , при исследовании лазерной

5 плазмы и плазмы, создаваемой рел тивистким пучком электронов в работах по управл емому термо дерному синтезу .

Claims (2)

1. Способ определени  интенсивности м гкого рентгеновского излучени  импульсного источника, заключающийс  в ионизации газовой мишени путем пропускани  фотонов через га5 зовую мишень, пространственном разделении ионов с paзличныгvlи зар дами по времен  пролета, регистрации ионов с зар дом п путем измерени  относительной величины отвечающего им электрического сигнала на выходе детектора ионов, повторной ионизации упом нутой мишени пучком моноэнергетических электронов известной интенсивности спуст  интервал времени, в течение которого сохран ютс  услови  образовани  и регистрации ионов, пространственном разделении вновь полученных ионов с различными зар дами по времени пролета, регистрации ионов с тем же зар дом п путем измерени  относительной величины отвечающего им электрического сигнала на выходе детектора ионов, отличающийс  тем, что, с целью определени  интенсивности излучени  источника, испускающего неонохроматизированный поток фотонов, в интервале энергий, ограниченном потенциалам ионизации К-оболочек элементов с близкими атомными HOMepaj-m, выдел ют из исследуемого пучка фотонов два пространственно разделенных пучка с одинаковым поперечным сечением, пропускают каждый из них через один из фильтров А и Б, составл ющих пару сбалансированных фильтров, отвечающих выбранному интервсшу энергий - , и осуществл ют фотоионизацию мишени в двух ее пространственных област х Уд и Vg, и повторную ионизацию мишени производ т в тех же област х двум  одинаковыми пучкам электронов, а операции с ионами как после первой,так и после второй ионизации мишени выполн ют раздельно дл  каждой из областей с задержкой, не превышающей времени жизни ионов с зар дом п в области ионизации, а число фотонов Nq, с энерги ми в интервале (Од - Wg , прошедших через поперечное сечение исследуемого пучка , определ ют по следующей зависимости:

УЕ)Ыэ1иф,,

Мф

ЪфМ T(U))

ЭА

где Ъ(Б)- сечение образовани  ионов с зар дом п электронами с энергией Е, равной энергии электронов, проыедших через газовую мишень;

Klu среднее в интервсше (А 4 | сечение образовани  тех же ионов фотонами;

ифА.Чд величины сигналов на выходе .Детектора ионов, отвечающих ионам, образоэанны соответственно фотонами и эЛектронами в области

фб.Эб величины аналогичных сигналов дл  области Vg/ N число прошедших через газовую мишень электронов в каждом из пучков;

Т(ю) средн   в интервале разность коэффициентов пропускани  фильтров/ К - отношение площади поперечного сечени  исследуемого пучка фотонов к площади поперечного сечени  одног из выделенных пучков.

2. Устройство дл  осуществлени  способа по п,1, содержсвдее врем пролетный масс-спектрометр с ионизадионной камерой и электронной пушкой, снабженной диафрагмой, и диафрагму, коллимирующую исследуемый пучок фотонов , отличающеес  тем, что диафрагма электронной пушки выполнена с двум  одинаковыми отверсти ;ми , диафрагма пучка фотонов имеет два таких же одинаковых отверсти , закрытые фольгами, составл ющими пару сбалансированных фильтров, а между электродами ионизгщионной камеры, параллельно их плоскост м, расположен дополнительный электрод, выполненньлй в виде сетки.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Samson I.A.R., Technigues of VacuuraiU)t rav i olet Spectroscopy,

New-Jork, Wiley, 1967.

2.Авторское свидетельство СССР №519663, кл. 6 01 Т 1/16, 1976.

Л.Л