к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Магнитный бета-спектрометр

Магнитный бета-спектрометр - прибор для измерения энергетического спектра электронов и позитронов, в частности1119910-520.jpg-частиц, с помощью магн. поля. Принцип действия магнитного бета-спектрометра состоит в пространственном разделении траекторий заряж. частиц в магн. поле в зависимости от их импульсов. На заряд, движущийся в магн. поле В, действует Лоренца сила .Составляющая1119910-521.jpg импульса р частицы, перпендикулярная В, и радиус кривизны 1119910-522.jpg сё траектории связаны соотношением:

1119910-523.jpg

где е - заряд электрона (в CGSE). Из ф-лы (1) видно, что магн. полю пропорциональна не энергия электрона, а его импульс. Переход от импульса электрона к его энергии 1119910-524.jpg производится по ф-ле:1119910-525.jpg (m0 -масса покоя электрона).

Магн. поле, обусловливая спектральную чувствительность, обладает и фокусирующими свойствами, т.е. обеспечивает собирание частиц с одинаковыми импульсами, вылетающих из источника по разным направлениям. Электроны, вылетающие из источника, движутся в вакуумной камере, помещённой в магн. поле,

1119910-526.jpg

Рис. 1. Траектории электронов в поперечном однородном магнитном поле В: S - источник 1119910-527.jpg-частиц; D-диафрагма.

и, пройдя через диафрагмы, регистрируются детектором. В бета-спектрографах магн. поле неизменно, и энергия частиц определяется по координатам х точки их регистрации в протяжённом детекторе (обычно ядерные фотографические эмульсии, рис. 1). В Б--с. изменяется величина магн. поля (без нарушения его конфигурации), детектор же имеет узкую входную щель, позволяющую регистрировать частицы определ. энергии.

Основные характеристики магнитного бета-спектрометра

Энергетическое разрешение 1119910-528.jpg , где величина 1119910-529.jpg связана с тем, что электроны одной и той же энергии, вылетающие из разл. точек источника и под разными углами, несмотря на фокусирующее действие магн. поля, собираются не в точку на детекторе, а образуют протяжённое "изображение" источника. Форма распределения интенсивности "изображения" обычно близка к трапеции с основанием 1119910-530.jpg. Принимают, что разрешимыми являются линии, разделённые интервалом1119910-531.jpg1119910-532.jpg. С разрешением связана дисперсия D,

1119910-533.jpg

Рис. 2. а - схематическое изображение трохоидального бета-спектрометра: S-источник; Дет - детектор; D - диафрагма. Трохоидальные траектории вылетевших в угол j собираются в пятно 1119910-534.jpg; б - неоднородное магнитное поле спадает с расстоянием r по закону1119910-535.jpg.

к-рая характеризует смещение dx положения электронной линии при малом изменения энергии частиц: 1119910-536.jpg

Светосилой I наз. доля электронов, вылетевших из моноэнергетич. источника, регистрируемых детектором: 1119910-537.jpg , где 1119910-538.jpg - телесный угол, в к-ром вылетевшие из источника электроны достигают детектора, а 1119910-539.jpg - эффективность детектора (в %). Светимость - 1119910-540.jpgэлемент площади S поверхности источника. Обычно I мало изменяется вдоль поверхности, поэтому L=IS. Стремление к высокому разрешению приводит к ограничениям светосилы и светимости, и наоборот. Фактором качества наз. отношение U/R или LIR.

Классификация магнитных бета-спектрометров

Существующие магнитные бета-спектрометры можно разделить на 2 класса: Б--с. с поперечным полем ("плоские"), в к-рых траектории электронов лежат вблизи плоскости, перпендикулярной В; Б--с. с продольным полем ("винтовые"), где частицы движутся по винтовым траекториям, ось к-рых параллельна В.

Магнитные бета-спектрометры с полукруглой фокусировкой

В 1912 Л. Даниш (L. Danysz) показал, что в однородном магн. поле В имеет место фокусировка моноэнергетич. электронов, вылетающих под разными углами из одной точки, в плоскости, перпендикулярной В. Траектория частицы, обладающей импульсом p,- окружность в плоскости 1119910-541.jpg с радиусом1119910-542.jpg, определяющимся ф-лой (1) при 1119910-543.jpg . Частицы, испущенные из точки S (рис. 1) с угловой апертурой 1119910-544.jpg (траектории 1, 1', 1''), наиболее близко сходятся через 1/2 оборота ("полукруговая" фокусировка в однородном поле). Ширина линии при точечном источнике 1119910-545.jpg (углы 1119910-546.jpg малы),1119910-547.jpg Если учесть конечные размеры источника S, ширину детекторной щели W и угловую расходимость частиц в направлении В (угол вертикальной апертуры1119910-548.jpg), то:

1119910-549.jpg

T. о., в однородном магн. поле частицы, вылетавшие из источника под углами 1119910-550.jpg , сходятся в пятно размером, пропорциональным j2. Это наз. фокусировкой в первом порядке. Достигнутое разрешение R~10-3 при I=2,5*10-4.

Попытки найти такую конфигурацию магн. поля, в к-ром осуществлялась бы фокусировка в более высоком порядке по j, привели к неоднородным магн. полям. Плодотворной оказалась идея двойной фокусировки как в плоскости орбиты по углу ф, так и в направлении поля В по углу 1119910-551.jpg [К. Зигбан (К. Siegbahn) и H. Свартхольм (N. Svartholm), 1946], она лежит в основе наиб. совершенных Б--с. 1119910-552.jpg . В нек-рых из них поле аксиально симметрично и спадает с расстоянием r, как 1119910-553.jpg. В приборах этого типа достигнуто R~ (1-2)*10-4 при 1119910-554.jpg=(1,5-6)*10-3.

Азимутальная вариация магн. поля (небольшие отклонения от осевой симметрии) позволила достичь фокусировки ещё в более высоком порядке по углам 1119910-555.jpg . В 1967 К. Бьёрквист (К. Bjorkwist) с сотрудниками осуществили фокусировку до 6-го порядка R~1*10-5 при 1119910-556.jpg =10-3. С помощью такого Б--с. Бьёрквисту удалось в сер. 1970-х гг. исследовать верх. границу 1119910-557.jpg-спектра трития и получить оценку массы нейтрино <60эВ (см. Бета-распад).1119910-558.jpg

Трохоидальные магнитные бета-спектрометры

Частицы в таких бета-спектрометрах движутся не по окружностям, а по сложным траекториям, близким к трохоидам (рис. 2). Использование трохоидальных траекторий предложено Ж. Тибо (J. Тhibaud) в 1933 для разделения электронов и позитронов (дрейф трохоиды для них происходит в разные стороны). В дальнейшем P. Бальцером (Balzer, 1964) oсуществлён Б--с., где поле изменялось с расстоянием по закону1119910-559.jpg (1119910-560.jpg-полярные координаты точки). При движении частиц в таком поле в медианной плоскости1119910-561.jpg после одного периода трохоиды имеет место полная фокусировка по азимутальному углу. Движение частиц в направлении оси поля происходит по спиралевидным траекториям так, что осевая компонента скорости 1119910-562.jpg=0 при нок-ром значении 1119910-563.jpg, т. е. частица "отражается" от нарастающего по мере приближения к полюсу поля, как в системе с "магн. пробками". В результате траектория электрона колеблется относительно медианной плоскости и имеет место двойная фокусировка в тем более высоком порядке, чем больше периодов трохоиды используется. Расчетные значения параметров Б--с. Бальцера: R~5*10-4, 1119910-564.jpg~0,02.

Секторные магнитные бета-спектрометры

В нек-рых, магнитного бета-спектрометр для отклонения частиц используется лишь сектор магн. поля с фокусировкой частиц вне поля, В Б--с. Броуна, Бюхнера (С. P. Brown, W. W. Buchner) отклонение частиц осу-

1119910-565.jpg

Рис. 3. Схематическое изображение тороидального бета-спектрометра.

ществлялось в клиновидном зазоре между двумя наклонными друг к другу плоскими магн. полюсами. В дальнейшем для увеличения светосилы использовались магниты с неск. зазорами; в Б--с. типа "апельсин" полюсы и зазоры располагаются "ломтями" вокруг оси, соединяющей источник с детектором. В безжелезном бета-спектрометре. (В. В. Владимирский) с магн. полем тороидальной формы, образованным витками с током, частицы проходят через много промежутков между витками по всему тору (рис. 3). В таких бета-спектрометрах при 1119910-566.jpg 0,1-0,15 достигается R~1-3*10-3, что позволило осуществить эксперимент по оценке массы нейтрино (E. Ф. Третьяков и др., 1981).

Идея секторного отклоняющего поля привела к созданию бета-спектрометра аналогичного оптическому призменному спектрометру (В. M. Кельман, Б. П. Перегуд и др.).

1119910-567.jpg

Рис. 4. Траектории электронов в призменном бетаспектрометре: а - в плоскости, перпендикулярной полю В; б-в плоскости, параллельной В.

Источник и щель детектора располагаются в фокусах магн. линз (тонких катушек с продольным магн. полем), с помощью к-рых пучок электронов от источника превращается в параллельный и собирается после отклонения в магн. призме на щели детектора (рис.4) бета-спектрометра.

призменного типа компактны и по параметрам могут конкурировать с приборами с двойной фокусировкой. Б--о. с продольным полем. Среди них различают бета-спектрометры с длинной и короткой линзами. Предельным случаем "длинной линзы" является однородное продольное магн. поле. Траектория электронов, испущенных точечным источником S под углом 1119910-568.jpg к оси Z, по к-рой направлено поле В, - спираль, навитая на цилиндр радиусом1119910-569.jpg (рис. 5). Частица снова пересекает ось z на расстоянии 1119910-570.jpg. Выделив с помощью кольцевой диафрагмы частицы, вылетевшие в интервале углов от 1119910-571.jpg до 1119910-572.jpg, ограничим этим длину "изображения" точечного источника моноэнергетич. электронов1119910-573.jpg 1119910-574.jpg, отсюда 1119910-575.jpg.

1119910-576.jpg

Рис. 5. Движение электронов в однородном продольном поле 1119910-577.jpg ; 1119910-578.jpg - диаметр окружности, описываемой электроном, вылетевшим из точки О под углом 1119910-579.jpg , r- расстояние до оси Z при движении частицы по спирали.

Фокусировка может быть улучшена, если использовать промежуточный "кольцевой фокус" (рис. 5), установив там 2-ю узкую кольцевую диафрагму, а детектор расположить на оси Z так, чтобы улавливать все прошедшие через неё частицы. Тогда R~1119910-580.jpg и 1119910-581.jpg, что позволяет использовать большую светосилу при том же разрешении. Др. варианты Б--с. с продольным полем разрабатывались с целью уменьшения сферич. аберраций и улучшения фокусировки. К. Зигбан и X. Слэтис показали, что наилучшие условия фокусировки в протяжённом продольном поле достигаются, если поле спадает и потом снова нарастает в промежутке между источником и детектором. Подбором формы спада поля посередине можно сузить промежуточный кольцевой фокус.

Наибольшее распространение получили приборы "короткой линзой", в к-рых магн. поле образуется тонкой катушкой с током 1 (рис. 6). Действие такого поля аналогично действию тонкой оптич. линзы. Фокусное расстояние тонкой магн. линзы даётся ф-лой:

1119910-582.jpg

где а - полуширина распределения поля линзы. Поскольку f пропорционально р2, то частицы с разными

1119910-583.jpg

Рис. 6. Схема бета-спектрометра с короткой магнитной линзой: 1-катушка с током; 2 -диафрагмы.

значениями импульса фокусируются на разных расстояниях от линзы. Бета-спектрометры с тонкой магн. линзой не являются прецизионным (R~1%), но они обладают большой светосилой (порядка неск. %).

Наиболее высокое разрешение [R~(5-7)*10-5] достигается в бета-спектрометрах с неоднородным аксиально-симметрич. полем, а также в призменных спектрометрах (табл.).

Тип бета-спектрометра

Rмакс

1119910-584.jpg при предельном R, %

С аксиальным неоднородным полем

10-4- 10-3

0,1-0,5

Прирменные

"

0, 1

С длинной линзой

5*10-4- 5*10-3

1-10

С короткой линзой

5*10-3


Литература по бета-спектрометрам

  1. Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, пер. с англ., в. 1, M , 1069;
  2. Абрамов А. И., Казанский Ю. А., Матусевич E. С., Основы экспериментальных методов ядерной физики, 2 изд., M., 1977;
  3. Призменные бета-спектрометры и их применение, Вильнюс, 1971;
  4. Mladjenoviс M., Development of magnetic Х-ray spectroscopy, В., 1976;
  5. Detectors in nuclear science, "Nucl. Instr. and Meth.", 1979, v. 162, Mi 1 - 3.

Б. Г. Ерузолимский

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

поделиться этой страницей в соцсети
VK
OK

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тыс. км/с при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 18.01.2021 - 11:33: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
18.01.2021 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
18.01.2021 - 08:21: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александра Флоридского - Карим_Хайдаров.
18.01.2021 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Анны ван Дэнски - Карим_Хайдаров.
17.01.2021 - 17:59: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
17.01.2021 - 16:46: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
17.01.2021 - 16:00: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
16.01.2021 - 08:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 09:03: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ФАЛЬСИФИКАЦИЯ ИСТОРИИ - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 09:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Фурсова - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 08:20: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
15.01.2021 - 08:19: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution