Прерыватель атомного пучка

Авторы патента:

G21K1/043 - Устройства для управления излучением или частицами, например фокусировка или замедление (фильтры для излучений G21K 3/00)

G21K1/04 - регулирующих диафрагм, затворов или прерывателей

Владельцы патента RU 2701462:

Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (РОССТАНДАРТ) (RU)

Предлагаемое изобретение относится к области квантовой электроники, устройствам для получения управляемого прерывания атомного пучка с регулировкой его интенсивности, и может быть использовано в атомно-лучевых стандартах частоты с пучками, например, стронция, рубидия или цезия. Изобретение представляет собой прерыватель атомного пучка, содержащий вращающуюся заслонку, один конец которой соединен с двигателем для определения положения заслонки, отличающийся тем, что заслонка, выполнена в виде двух параллельных лопастей, к которой через вакуумный ввод присоединено вакуумное крепление с диафрагмой для ввода атомного пучка, с другой стороны вакуумный ввод соединен с шаговым двигателем с датчиком положения и цифровой обратной связью. Предлагаемое изобретение повышает быстродействие открытия/закрытия и контролируемости потока атомов в атомном пучке. 4 ил.

Принцип действия прерывателя атомного пучка (ПП) основывается на согласованном действии помещенных внутрь вакуумной системы, диафрагмы, через которую пролетает атомный пучок и за заслонки, обеспечивающей перекрытие сечения диафрагмы. Заслонка приводится в движение механическим, электрическим или магнитным приводом.

В оптических стандартах частоты на сегодняшний день существуют два основных сдвига, которые вносят наибольший вклад в неопределенность, например, стронциевых стандартов - это столкновительный сдвиг и тепловой сдвиг.

Процесс, который позволяет получить некоторое количество атомов в оптической решетке в оптических и атомно-лучевых стандартах частоты, начинается с образования потока испаряемого вещества путем нагрева в условиях высокого вакуума, до температуры, при которой давление насыщенного пара вещества в несколько раз выше, чем давление остаточных газов. Пары металла проходят через коллимирующую сборку, вакуумную заслонку или затвор, замедлитель Зеемана в зону захвата в вакуумной камере. Суть метода загрузки атомов в оптическую решетку или магнитооптическую ловушку заключается в покадровости, когда шаги подготовки атомов до получения определенного состояния являются дискретными. Характерное время использования атомного пучка составляет 100-200 мс, время закрытия/открытия прерывателя, т.е. перехода от нулевого количества атомов к максимальному, составляет 15-30 мс. Лазерные пучки для каждого шага получения определенных состояний атомов с пониженной линейной скоростью создаются механическими не вакуумными прерывателями в различных комбинациях. А атомный пучок после стадии накопления в магнитооптической ловушке прерывается высокоскоростным механическим вакуумным ПП. Также при прерывании пучка, можно контролировать интенсивность потока атомов, путем частичного открытия ПП. Данное преимущество может быть достигнуто использованием высокоскоростного шагового двигателя с датчиком угла поворота с высоким разрешением (энкодером) и устройством способным передавать крутящий момент на вал с заслонкой в вакуумную систему.

Необходимость применения ПП заключается в том, что атомный пучок, с большой вероятностью сталкиваясь с захваченными атомами, выбивает часть атомов из ловушки и вызывает неопределенность в определении частоты в оставшихся атомах, тем самым влияя на резонансный переход стандартов частоты в целом. ПП помещается во внутреннее пространство вакуумной трубы между нагревательными элементами и замедлителем Зеемана для того, чтобы блокировать атомный пучок и, что важно отметить, компоненту теплового излучения от нагревательных элементов.

Известен ПП (Patent No: US 5,083,744, Date of Patent: Jan. 28, 1992), содержащий трубчатую заслонку, механически соединенную с валом, который соединен с ротором бесщеточного двигателя постоянного тока, который магнитным образом соединен со статором двигателя постоянного тока, двигатель постоянного тока подсоединен к блоку питания, блок питания обеспечивает контроль силового сигнала, который определяет два положения трубчатой заслонки.

Однако в указанном ПП используется двигатель постоянного тока без обратной связи, который не позволяет обеспечить контроль положения заслонки, т.е. ее частичного открытия, обеспечивая два положения открытое и закрытое, как следствие, высокие ударные вибрационные нагрузки, а также отсутствует возможность герметизировать конструкцию для использования в условиях сверхглубокого вакуума, что делает конструкцию непригодной для использования в оптических и атомно-лучевых стандартах частоты.

Кроме того, известно КСЧ (Patent No: US 7,302,043 В2, Date of Patent: Nov. 27, 2007), являющееся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий многощелевую заслонку, механически соединенную с валом, который соединен с ротором бесщеточного двигателя постоянного тока, который магнитным образом соединен со статором двигателя постоянного тока, ротор соединен с оптическим датчиком положения (открыто-закрыто), двигатель постоянного тока подсоединен к блоку питания, блок питания обеспечивает контроль силового сигнала, который определяет два положения многощелевой заслонки.

Однако в указанном устройстве используется двигатель постоянного тока с обеспечением контроля всего двух положений (открыто-закрыто) посредством оптического одноэлементного датчика, и не предусматривает контроля промежуточного положения, как следствие, высокие скорости переключения приводят к высоким вибрационным нагрузкам, также конструкция не предусматривает возможность герметизации для использования в условиях сверхглубокого вакуума, что делает конструкцию непригодной для использования в оптических и атомно-лучевых стандартах частоты.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение быстродействия открытия/закрытия и контролируемости потока атомов в атомном пучке.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве ПП, содержащего многощелевую заслонку, один конец которой соединен с валом двигателя механически соединенной с валом, который соединен с ротором бесщеточного двигателя постоянного тока, который магнитным образом соединен со статором двигателя постоянного тока, ротор соединен с оптическим датчиком положения (открыто-закрыто), двигатель постоянного тока подсоединен к блоку питания, блок питания обеспечивает контроль силового сигнала, который определяет два положения многощелевой заслонки, заключающееся в том, что в него введены двухлопастная заслонка, вакуумное крепление, диафрагма, вакуумный ввод, шаговый двигатель с обратной связью при том, диафрагма соединена с вакуумным креплением, вакуумное крепление соединено с вакуумным вводом, двухлопастная заслонка соединяется с валом, который соединен с вакуумным креплением, вакуумный ввод соединен с шаговым двигателем с обратной связью.

Изобретение поясняется чертежами. На Фиг. 1 приведен эскизный чертеж вращающейся заслонки ПП, на Фиг. 2 приведен эскизный чертеж крепления с диафрагмой и заслонкой ПП в вакуумной системе, на Фиг. 3 приведен эскизный чертеж крепления заслонки к вакуумному вводу и шаговому электродвигателю, на Фиг. 4 (помещается в реферат) приведен эскизный чертеж ПП в сборе.

ПП (Фиг. 1) содержит: 1 - вращающуюся двухлопастную заслонку.

ПП (Фиг. 2) содержит: 1 - вращающуюся заслонку, 2 - крепление в вакуумной системе заслонки и диафрагмы, 3 - диафрагму атомного пучка,

ПП (Фиг. 3) содержит: 1 - вращающуюся заслонку, 4 - вакуумный ввод, 5 - шаговый электродвигатель,

ПП (Фиг. 4) содержит: 1 - вращающуюся заслонку, 2 - крепление в вакуумной системе заслонки и диафрагмы, 3 - диафрагму атомного пучка, 4 -вакуумный ввод, 5 - шаговый электродвигатель, 6 - вход атомного пучка (вход), 7 - выход атомного пучка (выход),

При этом одна сторона двухлопастной заслонки 1 соединена с вакуумным креплением 2, через вакуумный ввод 4, к вакуумному креплению 2 присоединяется диафрагма 3, а к вакуумному вводу 4 присоединен шаговый электродвигатель 5.

Двухлопастная заслонка 1 может быть выполнена из нержавеющей стали или сплава алюминия, или титана, вакуумное крепление 2 может представлять собой куб, типа Ideal Vacuum Р104786, из нержавеющей стали с прорезями под фланцы трубы нагревательных элементов или трубы замедлителя Зеемана (CF16 или CF40), диафрагма 3 может быть выполнена из нержавеющей стали или титана так, чтобы плотно входить в отверстие вакуумного крепления 3, вакуумный ввод 4 может представлять собой статор и ротор с вакуумноплотной магнитной жидкостью типа MD16A, как шаговый двигатель 5 можно использовать двигатель MD16NISES1X000Z с драйвером MSMC1-HL1-JS-240.

Устройство работает следующим образом, атомный пучок пролетая диафрагму 3 попадает на лопасти вращающейся заслонки 1, положения заслонки выбираются в зависимости от необходимого потока атомов, заслонка 1, приводится в движение ваккумным вводом, который соединен с шаговым двигателем 5.

Таким образом, посредством применения ПП с двухлопастной вращающейся заслонкой за счет перекрытия отверстия диафрагмы с двух сторон двумя лопастями за один поворот в два раза уменьшается время полного закрытия/открытия отверстия диафрагмы, за счет шагового двигателя с энкодером и вакуумным вводом обеспечивается возможность поворота двухлопастной заслонки на определенный свободно задаваемый угол при работе в условиях сверхглубокого вакуума и, тем самым, обеспечивается повышение быстродействия и контролируемости потока атомов в атомном пучке и уменьшение неопределенности оптических и атомно-лучевых стандартов частоты.

Прерыватель атомного пучка, содержащий вращающуюся заслонку, один конец которой соединен с двигателем для определения положения заслонки, отличающийся тем, что заслонка выполнена в виде двух параллельных лопастей, к которой через вакуумный ввод присоединено вакуумное крепление с диафрагмой для ввода атомного пучка, с другой стороны вакуумный ввод соединен с шаговым двигателем с датчиком положения и цифровой обратной связью.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам визуализации при проведении компьютерной томографии. Устройство содержит источник излучения для испускания излучения из фокальной области через зону визуализации, блок обнаружения излучения из зоны визуализации, который содержит антирассеивающую решетку и детектор, гентри, на котором установлены источник излучения и блок обнаружения, и который допускает поворот источника излучения и блока обнаружения вокруг зоны визуализации, и контроллер для управления блоком обнаружения, чтобы обнаруживать излучение во множестве положений проекций во время поворота вокруг зоны визуализации, при этом контроллер выполнен с возможностью для манипуляции положением, настройкой и/или ориентацией, по меньшей мере, части упомянутого источника излучения и/или упомянутого блока обнаружения в первых положениях проекций таким образом, что излучение, падающее на детектор в первых положениях проекций, ослабляется антирассеивающей решеткой в большей степени по сравнению со вторыми положениями проекций, представляющими собой остальные положения проекций.

Устройство многопроекционной съёмки // 2695637

Изобретение относится к средству получения изображений в пучках волн или частиц. Устройство многопроекционной съемки содержит неподвижный источник излучения для формирования пучка излучения в виде волн или частиц; вращающуюся двухплечевую опору, оба плеча которой находятся по разные стороны от ее оси вращения, совпадающей с осью пучка излучения; по меньшей мере один изогнутый капилляр, каждый из которых предназначен для пропускания пучка излучения и закреплен на одном плече двухплечевой опоры так, что его входной конец обращен к неподвижному источнику излучения, а выходной конец направлен под заданным углом к оси вращения и смещен относительно этой оси вращения на первую заданную величину; детектор излучения для детектирования пучка излучения, неподвижно закрепленный на другом плече двухплечевой опоры напротив выходных концов изогнутых капилляров и смещенный относительно оси вращения на вторую заданную величину; привод вращения, выполненный с возможностью вращать двухплечевую опору вокруг снимаемого объекта, размещенного на оси вращения между выходными концами изогнутых капилляров и детектором излучения.

Способ двухэнергетической томографии в коническом пучке и схема устройства двухэнергетического детектора // 2694331

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к двухэнергетической томографии. Способ двухэнергетической томографии в коническом пучке включает формирование посредством рентгеновского аппарата направленного потока рентгеновского излучения через тело пациента, разделение прошедшего сквозь область тела пациента излучения на низкоэнергетическую и высокоэнергетическую составляющие рентгеновского спектра посредством фильтра, регистрацию прошедшего излучения на плоскопанельном детекторе рентгеновского излучения, обработку данных с детектора после завершения экспонирования и получения томограммы, при этом фильтр закреплен на торце плоскопанельного детектора рентгеновского излучения, поглощает низкоэнергетическую составляющую рентгеновского спектра и перекрывает половину пикселей детектора в шахматном порядке или посредством параллельных ламелей, половина пикселей детектора регистрирует излучение, не взаимодействовавшее с фильтром, и образует первую группу пикселей, а другая половина пикселей детектора регистрирует излучение, прошедшее через фильтр, и образует вторую группу пикселей, при этом обеспечивается условие регистрации излучения, когда комбинация четырех рядом стоящих пикселей состоит из двух пикселей первой группы, регистрирующих излучение, не взаимодействующее с фильтром и представляющее полный спектр рентгеновского излучения, и двух пикселей второй группы, регистрирующих излучение, прошедшее через фильтр и представляющее высокоэнергетическую составляющую спектра рентгеновского излучения, при обработке данных в каждой из групп пикселей проводят сложение сигналов, вычитают сигнал второй группы пикселей из первой и получают информацию о низкоэнергетической составляющей спектра рентгеновского излучения, полученной для четырех пикселей первой и второй групп, которую относят к средней координате этих пикселей при получении томограммы.

Спеченный компакт фторида магния, способ изготовления спеченного компакта фторида магния, замедлитель нейтронов и способ изготовления замедлителя нейтронов // 2686785

Изобретение относится к получению керамического материала для использования в составе замедлителя нейтронов для нейтронозахватной терапии. Предложен спеченный компакт фторида магния дискообразной формы, имеющий сквозное отверстие, ось которого совпадает с осью спечённого компакта, и не содержащий трещин или сколов.

Способ изготовления спеченной порошковой детали из фторида магния, способ изготовления замедлителя нейтронов и замедлитель нейтронов // 2655356

Изобретение относится к замедлителю нейтронов, используемому для нейтронозахватной терапии. Замедлитель нейтронов получают путём наложения и соединения дискообразных деталей, спеченных из порошка фторида магния, которые не имеют трещин и сколов, а имеют высокую относительную плотность.

Криогенное фланцевое разъемное соединение для шарикового холодного замедлителя нейтронов // 2650509

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к криогенному фланцевому разъемному соединению для шарикового холодного замедлителя нейтронов, и предназначено для транспортировки веществ в любых агрегатных состояниях при криогенных температурах по транспортному трубопроводу в рабочую камеру холодного замедлителя нейтронов ядерного исследовательского реактора.

Формирователь пучка с опцией поляризатора для установки малоуглового рассеяния нейтронного пучка // 2624633

Изобретение относится к формирователю пучка с опцией поляризатора для установки малоуглового рассеяния нейтронного пучка. В заявленной установке предусмотрена компактная конструкция поляризатора за счет того, что пластины из слабопоглощающего нейтроны материала выполнены в виде ломаных асимметричных каналов, образующих стопку из "N" каналов.

Мультинаправленная фазоконтрастная рентгеновская визуализация // 2624513

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам рентгеновской фазоконтрастной визуализации. Система содержит источник рентгеновского излучения, схему детектирования и схему решеток.

Инжектор пучка нейтральных частиц на основе отрицательных ионов // 2619923

Изобретение относится к области формирования пучка нейтральных частиц, используемых при исследованиях, в области термоядерного синтеза, обработки материалов. Инжектор пучка нейтральных частиц на основе отрицательных ионов, содержащий источник ионов, ускоритель и нейтрализатор для того, чтобы формировать пучок нейтральных частиц приблизительно в 5 МВт с энергией приблизительно в 0,50-1,0 МэВ.

Нейтронный поляризационный рефлектометр // 2590922

Изобретение относится к средствам нейтронной рефлектометрии. Устройство содержит: монохроматор, фильтр, выделяющий определенную длину волны, формирователь монохроматического пучка, состоящий из зеркального поляризатора, зеркального дефлектора, коллимационную систему, спин-флиппер.

Поворот детектора, управляемый коллимацией рентгеновского излучения // 2701123

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам получения рентгеновских изображений. Конструкция детектора рентгеновского излучения содержит блок детектора рентгеновского излучения и блок поворота, причем блок детектора рентгеновского излучения содержит детектор рентгеновского излучения с множеством обнаруживающих рентгеновское излучение элементов, выполненных в виде поверхности детектора, блок поворота выполнен с возможностью поворота детектора рентгеновского излучения вокруг оси, перпендикулярной поверхности детектора по меньшей мере в точке пересечения с поверхностью детектора, после приема сигнала поворота по отношению к блоку детектора рентгеновского излучения, при этом сигнал поворота управляется в зависимости от конфигурации коллиматора конструкции источника рентгеновского излучения для выдачи рентгеновского излучения к блоку детектора рентгеновского излучения с возможностью сохранения по меньшей мере параметров конфигурации коллиматора вместе с рабочими параметрами конструкции детектора рентгеновского излучения.

Получение фазы для систем сканирования с дифференциальным фазовым контрастом // 2677763

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам для фазоконтрастной радиографии. Фазоконтрастная радиографическая система (MA) сканирующего типа, содержит основание (PD), раму (AR), подвижную относительно основания, узел интерферометра в креплении (GM) в раме или на раме, включающий в себя одну или более решеток (G0, G1, G2), источник (XR) рентгеновского излучения, детектор (D), смонтированный в раме или на раме, подвижный при сканирующем движении для приема излучения после взаимодействия излучения с решетками интерферометра для создания картины интенсивности дрейфующего муара, обнаруживаемой детектором на протяжении последовательности считываний во время использования устройства, элемент (RGD) жесткости, выполненный с возможностью приложения силы к раме и/или к креплению интерферометра для изменения жесткости рамы и/или крепления (GM) интерферометра перед или во время упомянутого сканирующего движения таким образом, чтобы передавать относительное движение между этими по меньшей мере двумя решетками, таким образом обеспечивая возможность изменения локальной фазы интерференционной полосы упомянутой муаровой картины.

Система уменьшения интенсивности рентгеновского излучения // 2660944

Изобретение относится к рентгеновской системе. Система содержит источник рентгеновского излучения, детектор, имеющий входную зону, монитор, выполненный с возможностью воспроизведения зафиксированных изображений, средства для определения местоположения области исследования на указанном отображаемом изображении и коллиматор, содержащий средства для проецирования указанной области исследования на выбранную часть указанной входной зоны, облучаемой указанным источником рентгеновского излучения.

Фильтрация мультифокального рентгеновского излучения // 2615151

Изобретение относится к средствам фильтрации рентгеновского излучения. Для генерации многоэнергетического рентгеновского излучения разработана рентгеновская трубка (10) для генерации многоэнергетического рентгеновского излучения, содержащая анод (12) и фильтрующий блок (14).

Коллиматорное устройство и способ // 2591761

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам для сканирования с использованием множества рентгеновских пучков. Рентгеновское устройство содержит источник, детектор и первый коллиматор, имеющий первое рабочее положение, и второй коллиматор, имеющий второе рабочее положение, при этом рентгеновское устройство дополнительно содержит позиционный датчик и средство для переключения на один из коллиматоров в зависимости от значения из позиционного датчика.

Многолепестковый коллиматор для протонной лучевой терапии // 2499621

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для дистанционной лучевой терапии. Коллиматор содержит корпус с основанием, крышкой и боковинами, в котором параллельно основанию на равной высоте расположены два блока из набора пластин, каждая из которых установлена с возможностью перемещения посредством индивидуального привода параллельно основанию и перпендикулярно оси симметрии коллиматора.

Коллиматор для сквозного сканирования // 2499559

Изобретение относится к медицине, а именно к средствам для регулирования дозы облучения пациента во время СТ-сканирования. Система для ограничения дозы облучения содержит источник рентгеновского излучения, динамический и стационарный коллиматоры и рентгеновский детектор.

Способ тотального облучения поверхности тела пациента // 2440162

Изобретение относится к медицине, точнее к радиологии, и может найти применение в лучевой терапии онкологических больных. .

Устройство для диафрагмирования рабочего пучка медицинского рентгенодиагностического аппарата // 2281692

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено преимущественно для оснащения цифровых рентгенодиагностических аппаратов. .

Устройство формирования заданного спектра рентгеновского излучения // 2168229

Изобретение относится к устройствам формирования спектра рентгеновского излучения при размещении фильтра рентгеновского излучения между источником излучения и детекторной системой.