Способ коррекции оптической системы

 

О П И С А Н И Е 320I28

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ

Зависимый от патента ¹

Заявлено 31.Ч.1968 (№ 1248251/18-10) МПК G 02Ь 5/20

G 02b 13/18

Приоритет 31Х.1967 и 12Л 1.1967, № 108505 и № 109917, Франция

Комитет по аелзм изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 539.1.044:535.818.8 (088.8) Опубликовано 02.Х1.1971. Бюллетень М 33

Дата опубликования описания 7.1.1972

Автор изобретения и заявитель

Иностранец

Филипп Синаи (франция) СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Изобретение относится к способам аберрационной коррекции оптических систем.

Известны способы коррекции оптической системы путем радиального изменения ее преломляющих свойств.

Предлагаемый способ отличается от известных тем, что компоненты системы облучают потоком, взаимодействующим с материалами этих компонентов, закон изменения которого задают с помощью фильтра переменной плотности, после чего возникающее окрашивание используемых оптических материалов устраняют термообработкой, а изменение объема— полировкой, а также тем, что закон изменения интенсивности облучения задают за счет смещения корригируемой системы относительно облучающего потока.

Это позволяет проводить аберрационную коррекцию при сохранении геометрической расчетной формы компонентов системы.

По предлагаемому способу для радиального изменения показателя преломления компонентов системы их подвергают действию излучения, вызывающего изменение оптических свойств материалов этих компонентов. Используют, например, быстрые и тепловые нейтроны, получаемые в ядерном реакторе. Быстрые нейтроны непосредственно действуют на атомы стекла или другого оптического материала.

При облучении тепловыми нейтронами оптический материал должен содержать определенное количество элемента, например бора-10 или лития-б, способного испускать быстрые частицы под действием нейтронов.

5 Бор-10 или литий-6 вступает в реакцию (n,а) в стекле, показатель преломления которого изменяют, и получаемые альфа-частицы вызывают ядерные соударения, вызывающие определенное число смещений сталкивающихся

10 атомов. При такого рода облучении введение небольшого количества элемента с большим сечением реакции, например бора-10, необходимо для образования достаточного числа смещений. Кроме того, применение реакции

1б (n, а) позволяет ограничить диффузию и локализовать происходящие изменения структуры, что очень трудно при быстрых нейтронах, так как они замедляются при упругих соударениях, а траектории альфа-частиц невелики, 20 порядка 1 лук.

Эффективные сечения смещения значительно больше при применении тепловых нейтронов, чем быстрых. Эффективное сечение реакции бора-10, снижается от 4000 барнов для

25 тепловых нейтронов, до 4 барнов для быстрых нейтронов. Например, эффективное общее сечение кремния (реакции и диффузии) составляет всего 2,5 барна для нейтронов с энергией от 0,01 эв до 3 кэв. Быстрые нейтроны

30 оказывают тем меньшее влияние, чем более

320128 тепловые нейтроны преобладают в спектрах используемых ядерных реакторов (типа котел — бассейн) .

В качестве оптического материала компонентов системы используют стекло на основе кремнезема, содержащее 0,7 бора-10 в форме ВгОз. Природный бор, являющийся смесь|о двух изотопов бора-10 и бора-11, содержит 18,83 /о бора-10. Эффективное сечение реакции этого стекла составляет около 28 барнов. Сечение диффузии для этого бора составляет около 2 барнов. Процентное содержание бора-10 или лития в стекле может колебаться в пределах порядка 0,1 — 1 /о.

Тепловые нейтроны быстро затухают при обычных концентрациях бора или лития. Это затухание выражается в изменении объемной плотности по мере более глубокого проникновения излучений, в результате чего возника.ют сокращения, и в некоторых случаях может появиться вредное двойное лучепреломление.

Поэтому при применении тепловых нейтронов необходимо следить за тем, чтобы процентное содержание бора не превышало пороговой величины, соизмеримой с деформациями, допустимыми для рассматриваемых оптических

-изделий. Это неудобство отпадает в случае облучения быстрыми нейтронами.

Ограничения при выборе оптического материала обусловлены с одной стороны активностью, которую может приобрести материал при облучении, а с другой — возможным появлением окраски. Основной компонент стекол, кремнезем, свободен от указанных ограничений. Период полураспада Si составляет

2,б часа. Время для достижения предела без.опасности 2,5 нр/час мало; при кремнеземистом стекле, облученном 10" нт/смг и обладающем активностью порядка 1 р/час, на выходе из реактора это время полураспада составляет величину порядка 22 час для линзы, диаметром около 3 см.

Так как другие составные части стекла обладают различными периодами полураспада, наличие некоторых из них может оказаться недопустимым. Так, например, сурьма и железо имеют изотопы, индуцируемые активности которых отличаются большими периодами.

Порядок величин этих активностей также значителен. Активность продуктов реакции (n, а) мгновенно снижается, и в этом отношении такая активность более желательна, чем активация, вызванная быстрыми нейтронами.

Описываемое облучение ведет, как правило, к окрашиванию стекол, устраняемому термообработкой. Поэтому необходимо, чтобы стекло не содержало элементов, которые могут быть причиной окрашивания, так же стойкого термически, как и изменение показателя преломления. В связи с этим желательно присутствие щелочных металлов, за исключением лития, и их галогенидов.

Для непрерывного изменения интенсивности облучения используют фильтр, имеющий, как и линзы центрированной системы, симмет5

25 зо

З5

60 б5 рию относительно оси системы. При облучении тепловыми нейтронами применяют фильтр из стекла с примесью элемента, поглощаюшего тепловые нейтроны, например лития, бора или кадмия. Форма сечения фильтра определяется расчетом как функция требуемого изменения облучения. Фильтр можно изготовить из нескольких наложенных друг на друга элементов, причем каждый из них может обладать своей абсорбционной способностью.

Полученный расчетный профиль фильтра проверяют, используя авторадиограмму металлической пластинки, например, из золота или меди, которую облучают нейтронным потоком через фильтр. Активность пластинки позволяет определить, насколько точна полученная доза.

Облучение можно проводить без фильтра.

В этом случае линзу перемещают относительно облучающего потока таким образом, чтобы каждая точка линзы получила требуемую дозу облучения. Можно поворачивать линзу вокруг оси, отрегулировав дозу облучения вдоль меридиана. Можно также комбинировать оба приема и вращать линзу со своим фильтром вокруг оси. Это позволяет добиться равномерности облучения по кругу.

Возникающее после облучения окрашивание, ведущее к потерям светопропускания, устраняют путем нагревания линзы в течение определенного времени и при определенной температуре. Для ряда стекол интервал температур, при которых окраска восстанавливается, соответствует предельной или лежит ниже той зоны, при которой имеет место изменение показателя преломления. Так, для стекол из кремнезема восстановление окраски происходит при температурах 320 — 1500 С, тогда как появление окраски происходит при температурах 100 — 320 С. Для устранения окрашивания стекла достаточно нагревать его в течение десятка часов в определенном температурном интервале. Ускорение обесцвечивания стекла достигается действием ультрафиолетового излучения. Свинцовые или окисноцериевые стекла отличаются высокой стойкостью против окрашивания даже при больших дозах нейтронов, Для увеличения однородности облучающего потока используют коллиматор, выполненный из материала, поглощающего нейтроны.

Дейстзие энергетических излучений на оптический материал вызывает внутри этого материала изменения объема. Если облучение производят после придания линзе расчетной формы, то это изменение устраняют дополнительной полировкой.

При осуществлении предлагаемого способа на примере стекла пирекс, содержащего

8010о/о Ог, 1275о/о ВгОз; 225 А1гОз 29о/

МагО; 1 /о MgO и 1 /о СеОг с концентрацией

0,5 /о бора-10, имеет место практически линейное изменение показателя преломления при дозе облучения до 10" и/смг для температур до 100 С, Изменение показателя преломле320128 ния, равного 1,477, составляет 0,007 для дозы, близкой к 10" н)см-, что дает возможность корректировать линзы с достаточно большой апертурой.

Рассчитывают коррекцию показателя преломления в каждой точке линзы в виде функции расстояния от оси и дозы нейтронов, которая должна быть получена в каждой из этих точек для осуществления требуемой коррекции. у Я

Учитывая, что f=Af —, где А — констанf — Ьп та, r — радиус линзы, и -- =, находим и — 1 выражение для изменения показателя преломления линзы в произвольной точке М, расположенной на расстоянии h от оси Ьп= — ah, где а — константа.

Для линейной зависимости изменения показателя преломления от дозы облучения имеем и= и;+ b8, где и; — начальный показатель преломления стекла до облучения; 0 — доза тепловых нейтронов, полученная на расстоя. нии hот оси,,и b — константа.

Ьп = и — по= — ahä= n;-+- ЬΠ— по, где пд — показатель на оси, откуда при h=O;

n=na, 0=ОЙ, где Оо — доза облучения на оси.

О=п- - ЬΠ— no u — ah — п + nz — ah + бО а

=6 — — Й2

Ь b b

Если толщина фильтра по оси равна нулю и

Y=0 и h=O, то получим 8;=8p и е- =1—

ah 1 ah или Y= — 1n 1—

Последнее выражение связывает толщину У фильтра и расстояние Й до оси.

Для данного стекла имеем: п=1.478+8.35 10 — 0 для 0=10" н)слР n=1,479 для 0=7 10" н(см n=1,484 и= — 2,28 10- Й b=8,35.10-", юг=4,207, 8p= 7 10" н(см Y= 1п (1 — 0,39h )—

4,207 уравнение для профиля фильтра при равномерном и параллельном потоке.

Для сообщения равномерности нейтронному потоку при использования ядерного реактора типа бассейна применяют коллиматор, содержащий наружный алюминиевый цилиндр, закрытый с двух сторон торцовыми крышками также из алюминия, спаянными с цилиндром в атмосфере аргона. Коллиматор из кадмия охватывает одну торцовую часть и боковую поверхность цилиндрической полости, оставляя свободной вторую торцовую часть, через которую проникает поток тепловых нейтронов, Фильтр помещают на пути этого потока перед корригируемой линзой. 3а этой линзой размещены на алюминиевой детали два детектора из никеля и кобальта для измерения быстрых и тепловых нейтронов. Между фильтром и линзой может быть помещена пластинка из золота и меди, хранящая информацию о дозе нейтронов, полученной каждым участ10 ком линзы.

Влияние коллиматора на эффективный поток, достигающий линзы, учитывается при расчете фильтра. Для кругового коллиматора радиуса r и длины L отношение Hn/8o для по15 токов, полученных на расстоянии Й от центра, определяется выражением

"+ 2h+ 1.2

phd „

0 п п о

Lg(r+h) +L

В данном примере L 5 см; h изменяется от 0 до 1,5 см и r=1,5 см. Профиль фильтра

Предмет изобретения

1, Способ коррекции оптической системы

45 путем радиального изменения ее преломляющих свойств, огличаюи ийся тем, что, с целью проведения аберрационной коррекции при сохранении геометрической расчетной формы компонентов системы, ее облучают потоком, 50 взаимодействующим с материалами этих компонентов, закон изменения которого задают с помощью фильтра переменной плотности, после чего возникающее окрашивание используемых оптических материалов устраняют тер55 мообработкой, а изменение объема — полировкой.

2. Способ по п, 1, отличающийся тем, что закон изменения интенсивности облучения задают за счет смещения корригируемой системы

60 относительно облучающего потока.

При излучении 10" н(см )сек облучение должно длиться несколько менее 20 час для полу30 чения дозы порядка 7 10" н)см .

После облучения линзу обесцвечивают путем суточного нагревания примерно до 260 С или путем ультрафиолетового облучения, проводимого одновременно или после теплового

35 обесцвечивания.

Окончательно линзы полируют и выдерживают в течение месяца для снижения радиоактивности материала линзы, после чего по интерференционной картине контролируют

40 точность выполнения коррекции.