Устройство для формирования и сепарации пучка частиц нелетучих соединений

 

Использование: управление пучками частиц , в частности фундаментальные исследования по строению атомов и молекул. Сущность изобретения: в устройстве используется новый оригинальный принцип очистки поверхности скиммера от осаждаемых рабочих веществе помощью ультразвука. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 21 К 1/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4899767/25 (22) 08,01.91 (46) 30,03.93. Бюл. ¹ 12 (71) Ленинградский институт ядерной физики им. Б.П.Константинова (72) Н,Л.Попов, В.В.Ящук и В.А.Князьков (56) Варенцов В,Л. и др. — ЖТФ, 1987, т. 57, ¹ 4, с, 755 — 759. Авторское свидетельство СССР

¹ 1453448, кл. G 21 К 1/02, 1988.

Изобретение относится к технике формирования и управления пучками частиц и может быть использовано в области физического эксперимента на атомных, молекулярных и ионных пучках нелетучих соединений.

Целью изобретение является устранение указанных выше недостатков, то есть уменьшение потерь рабочего вещества, уменьшение возможности искажения физических параметров пучка и упрощение эксплуатации устройства, Как известно, при сравнительно небольших амплитудах ультразвуковых колебаний, на поверхности твердых тел, за счет высокой — десятки килогерц — частоты колебаний, возникают большие величины ускорений, которые, оказывается, достаточны для разрушения нанесенных на колеблющуюся поверхность покрытий.

Важным преимуществом использования ультразвуковых колебаний в предлагаемом устройстве является то, что в этом случае осажденное покрытие "стряхивается" в виде макрочастиц, которые скапливаются по ходу работы под скиммером.

Использованное рабочее вещество оказывается локализованным в камере источника,, БЫ „, 1805505 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ "ФОРМИРОВАНИЯ

И СЕПАРАЦИИ ПУЧКА ЧАСТИЦ НЕЛЕТУЧИХ СОЕДИНЕНИЙ (57) Использование: управление пучками частиц, в частности фундаментальные исследования по строению атомов и молекул.

Сущность изобретения: в устройстве используется новый оригинальный принцип очистки поверхности скиммера от осаждаемых рабочих веществ с помощью ультразвука. 1 з. п, ф-лы, 1 ил. и может быть легко и практически полностью собрано для повторного использования и увеличения безопасности работы с токсичными веществами, Следовательно, уменьшаются безвозвратные потери рабочего вещества и упрощается эксплуатация устройства, Следствием использования ультразвуковых колебаний для очистки скиммера является отсутствие необходимости поддерживать его при высокой рабочей температуре.

Как уже отмечалось, с повышением температуры скиммера увеличивается деструктивное влияние на физические параметры пучка процесса рассеяния частиц набегающего потока (далее — частицы сорта а) на частицах диффузного газового облака перед входным отверстием скиммера (далее — частицы сорта Ь).

Результат такого рассеяния можно оценить исходя из среднего числа испытанных молекулой столкновений — Z b и среднего угла отклонения в одном столкновении— а 1, Из-за диффузного характера рассеяния, величина среднего угла рассеяния — а z за

2аь столкновений есть:

1805505 а z= а 1(Zаь) . (1)

СРеДнее число столкновений Zab и сРеДний угол отклонения в одном столкновении а1, как оказывается, зависят оттемпературы диффузного газового облака перед входным отверстием скиммера — т. которая, в свою очередь, равна температуре скимме- ра, Действительно, среднее число столкновений Zab зависит от отношениЯ сРеДних скоростей сталкивающихся частиц ч, и чь и от плотности частиц перед входным отверстием nb, Zab (1 + — ) nb(T)

А 1/2 ч (2) 15

Входящая в выражение (2) величина средней скорости vb связана с температурой скиммера известным соотношением: 20

vb = (8kT/л пь) ", (3) 11/а -чу 1+ — 2 1 (1+ — ) ),(6)

Va

40 из которого видно, что в практически интеРЕСНОМ СЛУЧаЕ Va Vb ИНтЕНСИВНОСтЬ ПаДаЕт с возрастанием va и, следовательно, температуры скиммера. К тому же, как вытекает 45 из (5), с увеличением температуры скиммера увеличивается угловой разброс пучка и уменьшается его монохроматичность; д V a/V Ü = Va Slf1 а z/Va = Sill а,-а,, (7)

Таким образом, в предлагаемом устрой- 50 стве уменьшается возможность искажения физических параметров формируемого пучка, поскольку предлагаемый механизм очистки поверхности скиммера не связан с применением повышенной температуры, 55 как это имеет место в прототипе.

Для дополнительного увеличения эффективности очистки в предлагаемом устройстве ультразвуковой преобразователь составлен из нескольких частей, для питаа плотность nb при постоянной величине набегающего потока пропооциональна; пь 1чь 1/(Т) . (4) 25

Зависимость среднего угла отклонения в одном столкновении а1 от температуры

Т, ДЛЯ СЛУЧаЯ ma > mb, ДОСтатОЧНО ПРОСта можно оценить из предположения об упругом столкновении твердых шариков: 30 а1- — (1+ — ) .. (5)

Используя выражения (1) — (5) получаем соотношение, описывающее зависимость интенсивности сформированного пучка 1 от 35 скорости vb (или от температуры скиммера): ния которых используются сдвинутые по фазе высокочастотные напряжения, В этом случае возбуждаются ультразвуковые колебания типа бегущей волны, когда узловые линии перемещаются по очищаемой поверхности. Следовательно на поверхности скиммера отсутствуют зоны, постоянно находящиеся при нулевой амплитуде колебаний, эффективность очистки которых ниже.

Для пояснения принципа работы предлагаемого устройства, обратимся к изображенному на чертеже варианту конструкции опытного образца, разработанного для формирования пучка молекул радикала Pbl, где

1 — поток частиц, 2 — корпус скиммера, 3— отверстие с острой кромкой, 4 — пучок частиц, 5 — ультразвуковой преобразователь, Работает устройство следующим образом.

Поток частиц 1 (см. чертеж) направляется на корпус скиммера 2. Прошедшая через отверстие с острой кромкой 3 приосевая часть потока, предельно мало изменяя свои параметры, образует пучок 4 частиц, Остальная часть потока (приблизительно 99 % от исходного потока) огибает скиммер снаружи, При наличии в потоке частиц нелетучих соединений происходит их осаждение на острой кромке и на прилегающей к оси внешней поверхности корпуса скиммера.

Образуется "шуба", которая, если от нее не избавляться, будет менять физические параметры пучка, В отличие от прототипа, в котором осажденное рабочее вещество распыляют за счет повышенной температуры скиммера, безвозвратно теряя при этом основную его массу и изменяя физические параметры пучка, в предлагаемом устройстве для его очистки и устранения указанных недостатков используют ультразвуковые колебания корпуса. Ультразвуковые колебания корпуса скиммера возбуждаются с помощью ультразвукового преобразователя—

5, прикрепленного к внутренней поверхности корпуса скиммера с помощью электропроводящего клея, Металлизированная внутренняя поверхность преобразователя разделена на четыре равных сегмента, образующих, таким образом, четыре отдельных преобразователя, каждый из которых соединен (относительно корпуса) с одним из выходов источника питания,вырабатывающего четыре высокочастотных напряжения с фазами Оо, 90О, 180 и 270 и с частотой, соответствующей резонансной частоте колебаний скиммера. Для простоты восприятия источник высокочастотных напряжений на чертеже не показан.

1805505

С точки зрения теории колебаний, корпус скиммера представляет собой конусную оболочку конечной толщины, Резонансная частота колебаний оболочки зависит от многих параметров, в том числе от радиуса и толщины оболочки, Точна настройка на нужную моду колебаний осуществляется подстройкой частоты источника высокочастотных напряжений.

Итак, за счет ультразвуковых колебаний осажденная на поверхности "шуба" из рабочего вещества разрушается и осыпается в виде макрочастичек. Отлетевшее рабочее вещество легко и практически полностью собирается для повторного использования в подставленную под скиммер емкость.

В качестве примера конкретной реализации предполагаемого изобретения рассмотрим предварительные результаты, полученные с опытным образцом, схематически показанным на чертеже. Данный образец разработан, как упоминалось выше, для формирования пучка молекул радикала

PbI, необходимого для проведения готовящихся в ЛИЯФ фундаментальных экспериментов по поиску эффектов нарушения временной инвариантности в молекулах, Из приосевой части потока, состоящего из смеси газа-носителя и термализованных в нем частиц рабочего вещества PbI, скиммер формирует пучок молекул РЫ, Не попавшие в пучок молекулы нелетучего рабочего вещества РЫ осаждаются на внешней поверхности скиммера. Если не используется очистка, то образующаяся на скиммере "шуба" примерно за три часа полностью перекрывает его входное отверстие.

Конический корпус скиммера 2 (см. чер- теж) с острой кромкой 3 состоит из рабочей части и основания, соединенных тонкой оболочкой, толщина которой меньше 0,02 мм. Основание имеет резьбу для установки скиммера, Тонкая оболочка используется для уменьшения влияния на колебательные свойства скиммера присоединительных деталей и уменьшения потерь ультразвуковой мощности. Корпус скиммера изготовлен из титана, а ультразвуковой преобразователь

5 — из пьезокерамики ПКР-7М, Внешний угол раствора скиммера 60, внутренний—

33, диаметр входного отверстия — 1 мм, толщина и микронеровности острой кромки меньше, чем 0,02 мм.

Исследования показали, что максимальная эффективность очистки получается при возбуждении в рабочей части скиммера колебаний типа "бегущей волны" с узловыми линиями вдоль образующих конуса. Такая мода колебаний соответствует колебаниям формы поперечного сечения

50 скиммера. Разрушение и удаление покрытия из осажденного на поверхности скиммера рабочего вещества происходит практически мгновенно после настройки на резонанс и может осуществляться либо непрерывно, либо эпизодически, в зависимости от конкретной задачи.

Специального охлаждения скиммера не предпринималось и он работал при комнатной температуре -300 К. Тем не менее, даже в этом случае наблюдалось согласующееся с выражением (6) увеличение интенсивности пучка по сравнению с прототипом, рабочая температура которого —.900 К. Поскольку средняя скорость диффузно рассеянного от скиммера газа-носителя N2 при 900 К вЂ” 760 м/с, а при 300 К вЂ” 450 м/с, то, согласно выражению (6), выигрыш (при уменьшении температуры) в интенсивности составляет приблизительно 30 7, В свою очередь, угловое распределение рассеянных частиц и связанная с этим монохроматичность улучшаются, согласно (2), приблизительно на

Такое устройство может найти широкое применение в массспектрометрии для исследований в области кинетики химических реакций, лазерной химии и т, п. Его использование может способствовать дальнейшему прогрессу экспериментов на молекулярных пучках по измерению моментов атомов, молекул и ядер, фундаментальных экспериментов по поиску эффектов несохранения пространственной и временной инвариантности в атомах и молекулах.

Формула изобретения

1. Устройство для формирования и сепарации пучка частиц нелетучих соединений, содержащее корпус в виде полого усеченного конуса, снабженного при вершине отверстием с острой кромкой, и средства очистки устройства от осадившихся веществ, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения искажения физических параметров пучка за счет повышения эффективности процесса очистки, введены ультразвуковой преобразователь и связанный с ним источник высокочастотного напряжения, причем ультразвуковой преобразователь размещен внутри корпуса, а корпус выполнен из материала с высокой добротностью для ультразвуковых колебаний.

2. Устройство по п,1, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что ультразвуковой преобразователь выполнен из нескольких частей, каждая из которых соединена с отдельным источником высокочастотных колебаний. сдвинутым по фазе относительно других источников.

1805505

Составитель Н.Попов

Техред М,Моргентал

Корректор И.Муска

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 945 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Устройство для формирования и сепарации пучка частиц нелетучих соединений Устройство для формирования и сепарации пучка частиц нелетучих соединений Устройство для формирования и сепарации пучка частиц нелетучих соединений Устройство для формирования и сепарации пучка частиц нелетучих соединений 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ускорительной технике, а более конкретно - к способам изготовления диафрагм, используемых в ускорителях тяжелых частиц для фокусировки или отсечки излучения

Изобретение относится к рентгенотехнике , а именно к методам управления рентгеновскими пучками путем их расщепления

Изобретение относится к неразрушающему контролю сварных швов

Изобретение относится к технологии изготовления устройств для управления пучками ионизирующего излучения, в частности рентгеновских растров

Изобретение относится к радиационной технике и может использоваться для получения сходящихся пучков рентгеновского или гамма-излучения

Скиммер // 1453448
Изобретение относится к физическим и химическим экспериментам с использованием атомных и молекулярных пучков

Изобретение относится к использованию ускорительной техники для лучевой терапии Цель изобретения - повышение эффективности и безопасности лучевой терапии областей патологии , расположенных за спинным мозгом по ходу электронных пучков

Изобретение относится к использованию ускорительной техники для лучевой терапии

Изобретение относится к области рентгенотехники, а более конкретно - к устройствам формирования пучков рентгеновского излучения

Изобретение относится к компьютерной томографии, основанной на получении изображения объекта по малоугловому рассеянному излучению

Изобретение относится к средствам для дефектоскопии и диагностики в технике и медицине, использующим излучение в виде потока нейтральных или заряженных частиц, в частности рентгеновское излучение, а также к средствам, в которых указанное излучение используется в лечебных целях или для контактной либо проекционной литографии в микроэлектронике
Изобретение относится к области технологии коллиматоров, применяемых в гамма-камерах и других радиационных приборах

Изобретение относится к средствам для получения рентгеновского излучения, в частности к средствам, предназначенным для использования при исследовании веществ, материалов или приборов

Изобретение относится к области исследования структурных характеристик объектов с помощью проникающего излучения

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано в качестве фокусирующей системы для мощного лазерного излучения при создании лазерных технологических комплексов
Изобретение относится к области диагностики с использованием проникающего излучения и может быть использовано при изготовлении приборов для преобразовании пучков частиц и излучений, например в медицинской радиологической технике для ограничения прохождения излучения, распространяющегося в различных направлениях, набором заданных путей при подавлении распространения излучения в других направлениях
Наверх