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  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что "гравитационное линзирование" якобы наблюдаемое вблизи далеких галактик (но не в масштабе звезд, где оно должно быть по формулам ОТО!), на самом деле является термическим линзированием, связанным с изменениями плотности эфира от нагрева мириадами звезд. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.06.2019 - 05:11: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ГИБЕЛИ ПЧЁЛ И ДРУГИХ ОПЫЛИТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ - Карим_Хайдаров.
12.06.2019 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты Сёрла и его последователей с магнитами - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 06:28: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> К 110 летию Тунгуской катастрофы - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> Высший разум - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 08:40: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution