Линия луча

В физике ускорителя линия луча относится к траектории луча частиц, включая общую конструкцию сегмента пути (направляющие трубки, диагностические устройства) вдоль определенного пути установки ускорителя . Эта часть либо

Линия ускорите линейном в
Путь, ведущий из генератора частиц (например, циклический ускоритель, источники синхротронного света , циклотроны или источники шпалляции ), к экспериментальной конечной станции.

Линии луча обычно заканчиваются на экспериментальных станциях, которые используют лучи частиц или синхротронный свет, полученный из синхротрона , или нейтронов из источника шпалляции или реактора исследования . Линии луча используются в экспериментах в области физики частиц , материаловедения , науки о жизни , химии и молекулярной биологии , но также могут использоваться для испытаний на облучение или для производства изотопов.

Линия луча в ускоритель частиц

Невозможно увидеть лучевую трубу на этой линии балки. Однако раздел **большой лучевой трубы** используется с системой сетки для выравнивания с лазером , известной как лазерная труба. Эта конкретная *линия луча* длиной около 3 километров.

У акселераторов частиц линия луча обычно хранится в туннеле и/или под землей, обтягивая внутри бетонного корпуса для экранирования. Линия луча обычно представляет собой цилиндрическую металлическую трубу, обычно называемую лучевой трубкой и/или дрейфой , эвакуированной в высокий вакуум , чтобы на пути было мало молекул газа для удара ускоренных частиц, которые могли бы разбросить их Прежде чем они достигнут пункта назначения.

На линии луча есть специализированные устройства и оборудование, которые используются для производства, поддержания, мониторинга и ускорения луча частицы. Эти устройства могут находиться в непосредственной близости или прикрепленной непосредственно к линии луча. Эти устройства включают в себя сложные преобразователи , диагностику (мониторы положения и проволочные сканеры ), линзы , коллиматоры , термопары , ионные насосы , ионные датчики , ионные камеры (для диагностических целей; обычно называемые «мониторы луча»), вакуумные клапаны («Изоляционные клапаны») и затворы , упомянуть несколько.

Крайне важно иметь все секции, магниты и т. Д., Выровненные (часто с помощью обзора и экипажа выравнивания с использованием лазерного трекера ), линии луча должны находиться в пределах толерантности к микрометрам . Хорошее выравнивание помогает предотвратить потерю луча, а пучок не столкнулся с стенками трубы, что создает вторичные выбросы и/или излучение .

Синхротронная лучевая линия

Выставленные работы мягкой линии луча рентгеновских лучей и конечной станции в австралийском синхротроне

Внутри оптической диагностической линии луча (ODB) в австралийском синхротроне ; Линия луча заканчивается в небольшой апертуре в задней стенке

Что касается синхротронов , точка луча может также относиться к прибору, который несет лучи синхротронного излучения на экспериментальную конечную станцию, которая использует излучение, полученное изгибающими магнитами и устройствами вставки в кольце хранения синхротронного радиационного объекта . Типичным применением для такого рода лучевой линии является кристаллография , хотя существуют многие другие методы, использующие синхротронный свет .

На большом синхронном заводе будет много линий луча, каждая из которых оптимизирован для конкретной области исследований. Различия будут зависеть от типа устройства вставки (которое, в свою очередь, определяет интенсивность и спектральное распределение излучения); оборудование для кондиционирования луча; и экспериментальная конечная станция. Типичная линия луча на современном синхронном объекте будет иметь длину от 25 до 100 м от кольца хранения до конечной станции и может стоить до миллионов долларов США. По этой причине, синхротронный объект часто встроен в этапах, с первыми несколькими лининами луча открывается в первый день работы, а другие линии луча добавляются позже по мере разрешения финансирования.

Элементы линии луча расположены в облученных корпусах, называемых хатчами , размером с небольшую комнату (салон). Типичная линия луча состоит из двух хатч, оптической клетки для элементов кондиционирования луча и экспериментальной клетки, в которой находится эксперимент. Между хатчами луч путешествует в транспортной трубке. Вход в Хатчи запрещен, когда затвора луча открыт, а излучение может войти в клетку. Это обеспечивается использованием тщательно продуманных систем безопасности с избыточными функциями взаимодействия , которые гарантируют, что никто не находится внутри клетки при включении излучения. Система безопасности также отключит луче излучения, если дверь в клетку случайно открыта при включении луча. В этом случае луча сбрасывается , что означает, что хранимый луч направляется в цель, предназначенную для поглощения и содержания его энергии.

Элементы, которые используются в линии луча экспериментаторами для кондиционирования луча радиации между кольцом для хранения и конечной станцией включают следующее:

Windows: Windows используются для разделения вакуумных секций UHV и HV и для прекращения линии луча. Они также используются между вакуумными секциями UHV для обеспечения защиты от вакуумных аварий. Фольги, используемая для оконной мембраны, также ослабляет спектр радиации в области ниже 6 кеВ.

1- Wereryllium Windows: Wererillium Windows можно поставляться с охлаждением или неохлажденными, с различными размерами (и числами) отверстий окон. Окна размером с конкретных требований, однако максимальный размер окна определяется толщиной фольги и различия давления для выдержания. Окна могут быть предоставлены в диапазоне размеров входа/выхода балки в соответствии с конкретными требованиями. 2- Алмазные окна CVD: бриллиант химического паров (CVD) обеспечивает экстремальную твердость, высокую теплопроводность, химическую инертность и высокую прозрачность в очень широком спектральном диапазоне. Более сильнее и более жесткий, чем бериллий, с более низким тепловым расширением и более низкой токсичностью, он идеально подходит для окна выделения UHV в рентгеновских линии лучей. Окна могут быть поставляются в встроенные в фланцы UHV и с эффективным водяным охлаждением. 3- Выходные окна: вакуумные выходные окна бывают из различных материалов, включая бериллий и Diamond Diamond, подробно описанные выше.

Прорези: щели используются для определения луча горизонтально или вертикально. Их можно использовать парами, чтобы определить луч в обоих направлениях. Максимальный размер диафрагмы выбирается в соответствии с конкретными требованиями. Варианты включают охлаждение (работа белого луча) или неотсыщенные (монохроматическая работа пучка) и прорезь фосфора на верхней стороне разреза, чтобы помочь с расположением луча. Существует четыре основных типа прорези: щели лезвия, прорезь с высокой тепловой нагрузкой, встроенные прорезь, высокая точность.
Ставни: ставни балки используются для прерывания излучения с передней части или оптических корпусов, когда это не требуется вниз по течению. У них есть оборудование и функция безопасности персонала. И есть три типа ставни; Фотонные жалюзи, монохроматические лучей лучших ставней
Болеевые фильтры: (или аттенуаторы) Удалите нежелательные энергетические диапазоны из луча путем прохождения падающего синхротронного излучения через тонкую трансмиссивную фольгу. Они часто используются для управления тепловыми нагрузками белых балок для оптимизации производительности луча в соответствии с энергией работы. Типичный фильтр имеет две или три стойки, причем каждая стойка удерживает три из четырех отдельных фольг, в зависимости от поперечного сечения пучка.

Фокусируя зеркала - одно или несколько зеркал, которые могут быть плоскими, согнутыми или тороидальным , что помогает в совокупности (фокусируется) луча
Монохроматоры - устройства, основанные на дифракции кристаллами, которые выбирают определенные полосы длины волны и поглощают другие длины волн, а иногда настраиваются на различные длина волн, а иногда и прикреплены к определенной длине волны
Пробирки расстояния - вакуумные трубки, которые обеспечивают правильное пространство между оптическими элементами, и защищают любое рассеянное излучение
Стадии выборки - для монтажа и манипулирования исследуемым образцом и подвергаемом его различным внешним условиям, такой различной температуре, давлению и т. Д.
Детекторы радиации - для измерения излучения, которое взаимодействовало с образцом

Комбинация устройств кондиционирования луча контролирует тепловую нагрузку (нагревание, вызванное лучом) на конечной станции; спектр радиационного инцидента на конечной станции; и фокус или коллимация луча. Устройства вдоль линии луча, которые поглощают значительную мощность от луча, могут быть активно охлаждены водой или жидким азотом . Вся длина линии луча обычно сохраняется в условиях сверхвысоких вакуумов .

Программное обеспечение для моделирования луча

Хотя конструкция синхротронного излучения линии луча может рассматриваться как применение рентгеновской оптики, существуют специальные инструменты для моделирования рентгеновского распространения вниз по линии луча и их взаимодействия с различными компонентами. Существуют коды традиции лучей, такие как Shadow и McXtrace , которые обрабатывают рентгеновский луч в пределе геометрической оптики, а затем существует программное обеспечение для распространения волн, которое учитывает дифракцию, и внутренние волновые свойства излучения. В целях понимания полной или частичной когерентности синхротронного излучения необходимо учитывать свойства волны. Коды SRW , Spectra и XRT включают эту возможность, последний код поддерживает режим «hybryd», позволяющий переключаться с геометрического подхода на волну в данном оптическом сегменте.

Нейтронный лучевой линия

Внешне, линии нейтронных лучей отличаются от синхротронных лучевых линий излучения в основном тем фактом, что они используют нейтроны из исследовательского реактора или источника размаскивания вместо фотонов. Поскольку нейтроны не несут заряда и их трудно перенаправить, компоненты весьма разные (например, чппепер или нейтронные супер -зеркала). Эксперименты обычно измеряют рассеяние нейтронов или перенос энергии в исследуемый образцы.

Смотрите также

Ссылки

Внешние ссылки