Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Линия луча в Брукхейвенской национальной лаборатории .

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

Лучи обычно заканчиваются экспериментальными станциями, которые используют пучки частиц или синхротронный свет, полученный от синхротрона , или нейтроны от источника расщепления или исследовательского реактора . Лучи 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.

Линия луча в ускорителе частиц [ править ]

На этом канале невозможно увидеть балочную трубу. Однако секция трубы большого луча используется с сеткой для выравнивания с помощью лазера , известной как лазерная труба. Длина этого конкретного луча составляет примерно 3 километра.

В ускорителях элементарных 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 луча, магниты и т. Д. Были выровнены (часто с помощью геодезистов и бригады по выравниванию с использованием лазерного трекера ), линии луча должны находиться в пределах микрометрового допуска. Хорошее выравнивание помогает предотвратить потерю луча и столкновение луча со стенками трубы, что создает вторичные выбросы и / или излучение .

Канал синхротронного излучения [ править ]

Открытые работы пучка мягких рентгеновских лучей и конечной станции австралийского синхротрона.
Внутри кабины оптического диагностического луча (ODB) австралийского синхротрона ; луч заканчивается в маленьком отверстии в задней стенке

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 множество других методов, использующих синхротронный свет .

На большом синхротронном объекте будет много каналов пучка, каждый из которых будет оптимизирован для конкретной области исследований. Различия будут зависеть от типа вводящего 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: первые несколько линий луча открываются в первый день работы, а другие линии 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 клетки запрещен, если заслонка луча открыта и излучение может попасть в клетки. Это обеспечивается за счет использования сложных 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 включении луча. 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, о которых говорилось выше.

  • Прорези: прорези используются для определения балки 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, 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 энергией работы. Типичный фильтр состоит из двух или трех стоек, каждая из которых содержит 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 установки и манипулирования исследуемым образцом, а также его воздействия на различные внешние условия, такие как переменная температура, давление и т. Д.
  • Детекторы излучения - для измерения излучения, которое взаимодействует с образцом.

Комбинация устройств формирования пучка контролирует тепловую нагрузку (нагрев, вызываемый балкой) на конечной станции; спектр излучения, падающего на конечную станцию; и фокус или коллимация луча. Устройства, расположенные вдоль линии луча, которые поглощают значительную мощность луча, могут 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.

Нейтронный пучок [ править ]

Внешне нейтронные пучки отличаются от пучков синхротронного излучения главным образом тем, что они используют нейтроны от исследовательского реактора или источника расщепления вместо фотонов. Поскольку нейтроны не несут заряд и их сложно 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 установки
  • Клистрона

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

  • Макромолекулярная кристаллография на синхротронах: историческое введение