Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( апрель 2011 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
В физике ускорителей под каналом пучка понимается траектория пучка ускоренных частиц, включая общую конструкцию участка пути (направляющие трубы, диагностические устройства) вдоль определенного пути ускорительного объекта. Эта часть либо
- линия в линейном ускорителе , вдоль которой пучок из частиц перемещается, или
- путь, ведущий от генератора частиц (например, циклического ускорителя) к экспериментальной конечной станции (как в источниках синхротронного света , циклотронах или источниках расщепления ).
Лучи обычно заканчиваются экспериментальными станциями, которые используют пучки частиц или синхротронный свет, полученный от синхротрона , или нейтроны от источника расщепления или исследовательского реактора . Линии пучка используются в экспериментах в области физики элементарных частиц , материаловедения , химии и молекулярной биологии , но также могут использоваться для испытаний на облучение или для производства изотопов.
Луч в ускорителе частиц [ править ]
В ускорителях частиц пучок обычно размещается в туннеле и / или под землей, в бетонном корпусе для защиты. Канал пучка обычно представляет собой цилиндрическую металлическую трубу, обычно называемую балочной трубой , и / или дрейфовую трубку , откачанную до высокого вакуума, поэтому на пути пучка ускоренных частиц остается несколько молекул газа, которые в противном случае могли бы их рассеять. прежде, чем они достигнут пункта назначения.
На канале пучка есть специализированные устройства и оборудование, которые используются для создания, обслуживания, контроля и ускорения пучка частиц. Эти устройства могут находиться рядом с каналом пучка или прикрепляться непосредственно к нему. Эти устройства включают сложные преобразователи , средства диагностики (мониторы положения и сканеры проводов ), линзы , коллиматоры , термопары , ионные насосы , ионные датчики , ионные камеры (для диагностических целей; обычно называемые «мониторами пучка»), вакуумные клапаны («стопорные клапаны»). , и задвижки , чтобы упомянуть несколько.
Крайне важно, чтобы все секции линии луча, магниты и т. Д. Были выровнены (часто с помощью геодезической бригады и бригады по выравниванию с использованием лазерного трекера ), линии луча должны находиться в пределах микрометрового допуска. Хорошая юстировка помогает предотвратить потерю луча и столкновение луча со стенками трубы, что создает вторичные выбросы и / или излучение .
Канал синхротронного излучения [ править ]
Что касается синхротронов , линия пучка может также относиться к аппаратуре, которая переносит пучки синхротронного излучения на экспериментальную конечную станцию, которая использует излучение, создаваемое поворотными магнитами и устройствами ввода в накопительном кольце установки синхротронного излучения . Типичным применением этого типа пучка является кристаллография , хотя существует много других методов, использующих синхротронный свет .
На большом синхротронном объекте будет много каналов пучка, каждый из которых оптимизирован для конкретной области исследований. Различия будут зависеть от типа вводного устройства (которое, в свою очередь, определяет интенсивность и спектральное распределение излучения); оборудование для формирования пучка; и экспериментальная конечная станция. Типичный канал пучка на современной синхротронной установке будет иметь длину от 25 до 100 м от накопительного кольца до конечной станции и может стоить до миллионов долларов США. По этой причине установка синхротрона часто строится поэтапно, при этом первые несколько линий передачи луча открываются в первый день работы, а другие линии передачи луча добавляются позже, если позволяет финансирование.
Элементы пучка помещаются в радиационно-защитные кожухи, называемые люками , размером с небольшую комнату (кабину). Типичный луч состоит из двух люков, оптического люка для элементов формирования луча и экспериментального люка, в котором размещается эксперимент. Между люками луч движется по транспортной трубе. Вход в будки запрещен, если заслонка луча открыта и в них может проникнуть излучение. Это обеспечивается за счет использования тщательно продуманных систем безопасности с дублирующими функциями блокировки , которые гарантируют, что никто не находится внутри клетки, когда включено излучение. Система безопасности также отключит луч излучения, если дверь в клетку случайно откроется при включенном луче. В этом случае балка сбрасывается, что означает, что накопленный луч направляется в цель, предназначенную для поглощения и сдерживания его энергии.
Элементы, которые используются экспериментаторами в каналах передачи для кондиционирования пучка излучения между накопительным кольцом и конечной станцией, включают следующее:
- Окна: окна используются для разделения вакуумных секций сверхвысокого и высокого напряжения и для завершения пучка. Они также используются между вакуумными секциями сверхвысокого вакуума для защиты от аварий с вакуумом. Фольга, используемая для оконной мембраны, также ослабляет спектр излучения в области ниже 6 кэВ.
1- Бериллиевые окна: Бериллиевые окна могут поставляться охлаждаемыми или неохлаждаемыми, с оконными проемами различных размеров (и количества). Размеры окон подбираются в соответствии с конкретными требованиями, однако максимальный размер окна определяется толщиной фольги и перепадом давления, который необходимо выдержать. Окна могут поставляться с различными размерами фланцев входа / выхода балки в соответствии с конкретными требованиями. 2- Алмазные окна CVD: химическое осаждение из паровой фазы (CVD) Алмазы обладают исключительной твердостью, высокой теплопроводностью, химической инертностью и высокой прозрачностью в очень широком спектральном диапазоне. Более прочный и жесткий, чем бериллий, с меньшим тепловым расширением и меньшей токсичностью, он идеально подходит для изоляционных окон сверхвысокого напряжения в каналах рентгеновского излучения. Окна могут поставляться встроенными во фланцы сверхвысокого вакуума и с эффективным водяным охлаждением. 3- Выход из Windows:Вакуумные выходные окна изготавливаются из различных материалов, включая бериллий и CVD-алмаз, описанные выше.
- Прорези: прорези используются для определения луча по горизонтали или вертикали. Их можно использовать попарно для определения луча в обоих направлениях. максимальный размер диафрагмы выбирается в соответствии с конкретными требованиями. Варианты включают охлаждаемые (режим белого луча) или неохлаждаемые (режим монохроматического луча) щели и люминофорное покрытие на входной стороне щели для облегчения определения местоположения луча. Существует четыре основных типа прорезей: прорези для лезвий, прорези для высоких тепловых нагрузок, линейные прорези и прорези высокой точности.
- Жалюзи: Световые жалюзи используются для прерывания излучения с передней стороны или кожухов оптики, когда это не требуется ниже по потоку. У них есть функция безопасности оборудования и персонала. И есть три типа жалюзи; Фотонные ставни, Ставни с монохроматическим лучом, Ставни на заказ
- Фильтры луча: (или аттенюаторы) удаляют нежелательные диапазоны энергии из луча, пропуская падающее синхротронное излучение через тонкую пропускающую фольгу. Они часто используются для управления тепловыми нагрузками белых лучей, чтобы оптимизировать характеристики луча в соответствии с потребляемой энергией. Типичный фильтр состоит из двух или трех стоек, каждая из которых удерживает три из четырех отдельных пленок, в зависимости от поперечного сечения луча.
- Фокусирующие зеркала - одно или несколько зеркал, которые могут быть плоскими, изогнутыми или тороидальными , которые помогают коллимировать (фокусировать) луч.
- Монохроматоры - устройства, основанные на дифракции на кристаллах, которые выбирают определенные диапазоны длин волн и поглощают другие длины волн, и которые иногда настраиваются на различные длины волн, а иногда фиксируются на определенной длине волны.
- Дистанционные трубки - вакуумные трубки, которые обеспечивают необходимое пространство между оптическими элементами и экранируют любое рассеянное излучение.
- Ступени для образцов - для монтажа и манипулирования исследуемым образцом, а также для воздействия на него различных внешних условий, таких как изменяющаяся температура, давление и т. Д.
- Детекторы излучения - для измерения излучения, которое взаимодействовало с образцом.
Комбинация устройств кондиционирования пучка контролирует тепловую нагрузку (нагрев, вызываемый балкой) на конечной станции; спектр излучения, падающего на конечную станцию; и фокус или коллимация луча. Устройства вдоль линии луча, которые поглощают значительную мощность луча, может нуждаться в активном охлаждении водой или жидким азотом . Обычно по всей длине канала находится в условиях сверхвысокого вакуума .
Программное обеспечение для моделирования балок [ править ]
Хотя конструкция канала синхротронного излучения может рассматриваться как применение рентгеновской оптики, существуют специальные инструменты для моделирования распространения рентгеновских лучей по каналу пучка и их взаимодействия с различными компонентами. Существуют коды трассировки лучей, такие как Shadow и McXTrace, которые обрабатывают рентгеновский луч в пределах геометрической оптики, а также есть программное обеспечение для распространения волн, которое учитывает дифракцию и собственные волнообразные свойства излучения. Чтобы понять полную или частичную когерентность синхротронного излучения, необходимо учитывать волновые свойства. Коды SRW , Spectra и xrt включить эту возможность, последний код поддерживает «гибридный» режим, позволяющий переключаться от геометрического подхода к волновому на заданном оптическом участке.
Канал нейтронного пучка [ править ]
Внешне нейтронные пучки отличаются от пучков синхротронного излучения главным образом тем, что они используют нейтроны из исследовательского реактора или источника расщепления вместо фотонов. Поскольку нейтроны не несут заряд и их трудно перенаправить, компоненты сильно отличаются (см., Например, чопперы или нейтронные суперзеркала). В экспериментах обычно измеряется рассеяние нейтронов или передача энергии исследуемому образцу.
См. Также [ править ]
- Ионный пучок
- Категория: Нейтронные комплексы
- Клистрона
Ссылки [ править ]
Внешние ссылки [ править ]
- Макромолекулярная кристаллография на синхротронах: историческое введение