Линия луча

В ускорительной физике понимают под пучком траекторию пучка частиц, включающую общую конструкцию участка пути (направляющие трубы, диагностические устройства) по конкретному пути ускорительной установки. Эта часть либо

линия в линейном ускорителе, которой движется пучок частиц по , или
путь, ведущий от генератора частиц (например, циклического ускорителя, источников синхротронного света , циклотронов или источников расщепления ) к экспериментальной конечной станции.

Лучевые линии обычно заканчиваются на экспериментальных станциях, которые используют пучки частиц или синхротронный свет, получаемый от синхротрона , или нейтроны от расщепительного источника или исследовательского реактора . Лучевые линии используются в экспериментах по физике элементарных частиц , материаловедению , наукам о жизни , химии и молекулярной биологии , но также могут использоваться для испытаний на облучение или для производства изотопов.

Линия луча в ускорителе частиц

На этом луче невозможно увидеть лучевую трубу. Однако секция **большой лучевой трубы** используется с сеткой для выравнивания с помощью лазера , известной как лазерная труба. Длина этого конкретного *луча* составляет около 3 километров.

В ускорителях частиц линия луча обычно размещается в туннеле и/или под землей, заключенная в бетонный корпус в целях защиты. Линия луча обычно представляет собой цилиндрическую металлическую трубу, обычно называемую лучевой трубой , и/или дрейфовую трубку , откачанную до высокого вакуума, поэтому на пути попадания луча ускоренных частиц остается мало молекул газа, которые в противном случае могли бы их рассеять. прежде чем они достигнут места назначения.

На линии луча имеются специализированные устройства и оборудование, которые используются для создания, поддержания, мониторинга и ускорения пучка частиц. Эти устройства могут находиться рядом с лучом или быть прикреплены непосредственно к нему. Эти устройства включают в себя сложные датчики , средства диагностики (мониторы положения и проволочные сканеры ), линзы , коллиматоры , термопары , ионные насосы , ионные датчики , ионные камеры (для диагностических целей; обычно называемые «лучевыми мониторами»), вакуумные клапаны («запорные клапаны»). и задвижки , и это лишь некоторые из них.

Крайне важно, чтобы все секции луча, магниты и т. д. были выровнены (часто с помощью геодезической бригады и группы центровки с использованием лазерного трекера ), линии луча должны находиться в пределах допусков в микрометрах . Хорошая центровка помогает предотвратить потерю луча и столкновение луча со стенками трубы, что приводит к вторичному излучению и/или излучению .

Канал синхротронного излучения

Открытая работа линии мягкого рентгеновского излучения и конечной станции австралийского синхротрона.

Внутри камеры оптического диагностического канала (ODB) австралийского синхротрона ; луч луча заканчивается в небольшом отверстии в задней стенке

Что касается синхротронов , луч может также относиться к приборам, которые передают пучки синхротронного излучения на экспериментальную конечную станцию, которая использует излучение, создаваемое изгибающими магнитами и устройствами вставки в накопительное кольцо установки синхротронного излучения . Типичным применением такого типа пучка является кристаллография множество других методов, использующих синхротронный свет , хотя существует .

На большой синхротронной установке будет множество каналов, каждый из которых оптимизирован для определенной области исследований. Различия будут зависеть от типа вводящего устройства (который, в свою очередь, определяет интенсивность и спектральное распределение излучения); оборудование для формирования луча; и экспериментальная конечная станция. Типичная линия луча на современной синхротронной установке будет иметь длину от 25 до 100 м от накопителя до конечной станции и может стоить до миллионов долларов США. По этой причине синхротронная установка часто строится поэтапно: первые несколько каналов открываются в первый день работы, а другие каналы добавляются позже, если позволяет финансирование.

Элементы пучка расположены в радиационно-защитных кожухах, называемых кабинками , размером с небольшую комнату (кабину). Типичный канал состоит из двух камер: оптической камеры для элементов формирования луча и экспериментальной камеры, в которой проводится эксперимент. Между клетками луч перемещается в транспортной трубе. Вход в клетки запрещен, когда жалюзи открыты и радиация может проникнуть в клетку. Это достигается за счет использования сложных систем безопасности с резервными функциями блокировки , которые гарантируют, что никто не находится внутри клетки, когда включено излучение. Система безопасности также отключит луч излучения, если дверь в клетку случайно откроется, когда луч включен. В этом случае луч сбрасывается , то есть накопленный луч направляется в мишень, предназначенную для поглощения и сдерживания его энергии.

Элементы, которые экспериментаторы используют в лучах для формирования пучка излучения между накопительным кольцом и конечной станцией, включают следующее:

Окна: окна используются для разделения вакуумных секций сверхвысокого и высокого напряжения, а также для завершения линии луча. Они также используются между секциями вакуума сверхвысокого давления для обеспечения защиты от аварий, связанных с вакуумом. Фольги, используемые для оконной мембраны, также ослабляют спектр излучения в области ниже 6КэВ.

1- Бериллиевые окна: Бериллиевые окна могут поставляться охлажденными или неохлаждаемыми, с различными размерами (и количеством) оконных проемов. Размеры окон подбираются в соответствии с конкретными требованиями, однако максимальный размер окна определяется толщиной пленки и выдерживаемым перепадом давления. Окна могут поставляться с различными размерами входных/выходных фланцев балок в соответствии с конкретными требованиями. 2. Алмазные окна CVD: химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Алмазы обладают чрезвычайной твердостью, высокой теплопроводностью, химической инертностью и высокой прозрачностью в очень широком спектральном диапазоне. Более прочный и жесткий, чем бериллий, с меньшим тепловым расширением и меньшей токсичностью, он идеально подходит для изоляционных окон сверхвысокого напряжения в линиях рентгеновского излучения. Окна могут поставляться со встроенными фланцами сверхвысокого напряжения и с эффективным водяным охлаждением. 3. Выходные окна. Вакуумные выходные окна изготавливаются из различных материалов, включая бериллий и CVD-алмазы, подробно описанные выше.

Прорези: Прорези используются для определения балки по горизонтали или вертикали. Их можно использовать парами для определения луча в обоих направлениях. максимальный размер апертуры выбирается в соответствии с конкретными требованиями. Опции включают охлаждаемые (работа с белым лучом) или неохлаждаемые (работа с монохроматическим лучом) щели и люминофорное покрытие на входной стороне щели для облегчения позиционирования луча. Существует четыре основных типа прорезей: прорези с лезвиями, прорези с высокой тепловой нагрузкой, линейные прорези, высокоточные прорези.
Жалюзи: Жалюзи для лучей используются для прерывания излучения из передней части или корпусов оптики, когда это не требуется на выходе. Они имеют функцию безопасности оборудования и персонала. Есть три типа ставен; Фотонные жалюзи, Монохроматические жалюзи, Нестандартные жалюзи
Лучевые фильтры: (или аттенюаторы) удаляют нежелательные диапазоны энергии из луча, пропуская падающее синхротронное излучение через тонкую пропускающую фольгу. Они часто используются для управления тепловыми нагрузками белых лучей для оптимизации производительности лучей в зависимости от рабочей энергии. Типичный фильтр имеет две или три стойки, каждая из которых содержит три или четыре отдельных фольги, в зависимости от поперечного сечения луча.

Фокусирующие зеркала — одно или несколько зеркал, которые могут быть плоскими, изогнуто-плоскими или тороидальными , помогающими коллимировать (фокусировать) луч.
Монохроматоры - устройства, основанные на дифракции на кристаллах, которые выбирают определенные диапазоны длин волн и поглощают другие длины волн и которые иногда настраиваются на разные длины волн, а иногда фиксируются на определенной длине волны.
Пространственные трубки - трубки для поддержания вакуума, которые обеспечивают необходимое пространство между оптическими элементами и защищают любое рассеянное излучение.
Стадии отбора проб - для установки и манипулирования исследуемым образцом, а также воздействия на него различных внешних условий, таких как изменяющаяся температура, давление и т. д.
Детекторы радиации - для измерения излучения, вступившего во взаимодействие с образцом.

Комбинация устройств кондиционирования луча контролирует тепловую нагрузку (нагрев, вызываемый лучом) на конечной станции; спектр излучения, падающего на конечной станции; и фокус или коллимация луча. Устройства вдоль линии луча, которые поглощают значительную мощность луча, возможно, придется активно охлаждать водой или жидким азотом . Вся длина луча обычно поддерживается в условиях сверхвысокого вакуума .

Программное обеспечение для моделирования пучков

Хотя проектирование канала синхротронного излучения можно рассматривать как применение рентгеновской оптики, существуют специальные инструменты для моделирования распространения рентгеновских лучей по каналу и их взаимодействия с различными компонентами. Существуют программы трассировки лучей, такие как Shadow и McXTrace , которые обрабатывают рентгеновский луч в пределах геометрической оптики, а также есть программное обеспечение для распространения волн, которое учитывает дифракцию и внутренние волновые свойства излучения. Для понимания полной или частичной когерентности синхротронного излучения необходимо учитывать волновые свойства. Коды SRW , Spectra и xrt включают такую возможность, последний код поддерживает «гибридный» режим, позволяющий переключаться с геометрического на волновой подход на заданном оптическом сегменте.

Линия нейтронного пучка

На первый взгляд, каналы нейтронных пучков отличаются от каналов синхротронного излучения главным образом тем, что в них используются нейтроны исследовательского реактора или источника расщепления вместо фотонов . Поскольку нейтроны не несут заряда и их трудно перенаправить, компоненты совершенно разные (см., например, прерыватели или нейтронные суперзеркала). В экспериментах обычно измеряют рассеяние нейтронов или передачу энергии исследуемому образцу.

См. также

Ссылки

Внешние ссылки