Метод газодинамического охлаждения молекулярных и ионных пучков для внутренних мишеней в ускорителях-накопителях

• Автор: Варенцов, Виктор Львович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 224 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Обзор по методам формирования молекулярных пучков и внутренним газовым мишеням в ускорителях-накопителях
1.1 Эффузиопные источники
1.1.1 Источники с тонкой стенкой
1.1.2 Многоканальные источники
1.2 Газодинамические источники
1.2.1 Сверхзвуковые струи чистых но составу газов
1.2.2 Использование сильно разбавленной смеси двух газов
1.3 Молекулярно-пучковые внутренние мишени в ускорителях-накопителях
1.3.1. Неполяризованные газоструйные и кластерные мишени
1.3.2 Поляризованные атомно-пучковые мишени
2 Метод газодинамического охлаждения молекулярных и ионных пучков
2.1 Механизм газодинамического охлаждения
2.2 Способ очистки молекулярного пучка от газа-
поситоля
2.3 Очистка поверхности скиммера при работе с мо-
лекулярными и ионными пучками из нелетучих соединений

2.4 О возможности дополнительного уменьшения фаноного объема ионного пучка, при его газодипа-мическом охлаждении
3 Экспериментальная проверка метода газодииа мического охлаждения
3.1 Общее описание установки сверхзвукового молекулярного источника
3.2 Узел сверхзвукового сопла
3.3 Ск им меры и приемник полного давления
3.4 Информационно-измерительная система
3.4.1 Тракт перемещения узла сопла
3.4.2 Масс-снектрометрический тракт
3.4.3 Времяпролегный тракт
3.5 Измерение параметров струи газа-носителя и молекулярных пучков
3.5.1 Измерение профилей струи газа-носителя и молекулярного пучка
3.5.2 'Времянролетные измерения
4 Математическая модель и программное обеспе-
ченис
4.1 Основные уравнения и допущения
4.2 і Алгоритм решения
4.3 Граничные условия
4.4 Проверка модели и численные эксперименты
4.4.1 Сравнение расчетов с литературными данными
4.4.2 Сравнение расчетов с измерениями в GSI
5 Внутренние мишени в ускорителях-накопителях
5.1 Традиционные внутренние газоструйные мишени
5.2 Нового типа внутренние молекулярно-пучковые мишени из нелетучих веществ
5.3 Нового типа поляризованные внутренние атомно-пучковые мишени

88 9G
Содержание.

Приложение 1. Моделирование газодинамического ' охлаждения ионного пучка
Приложение 2. Новая концепция транспортировки зарядово-нейтрализованного ионного пучка в камере реактора термоядерного синтеза
Заключение
Литература

Глава І. Обзор по молекулярным пучкам

очередь важны тройные столкновения). Ясно, что чем меньше значение параметра Кнудсена Кщ = А//)*, тем большее число соударений испытают молекулы, пока долетят до скимме-ра, а значит, тем вероятнее будет происходить кластеризация. Так как средняя длина свободного пробега А ~ (Дет)-1» то во избежание кластеризации не стоит подавать в сопло газ при давлении и температуре, близких к насыщенному состоянию.
Следует подчеркнуть, что для получения пучков, соответствующих большим числам Маха нужно, с одной стороны, иметь большое значение Кщ~1 ~ ДД* , а с другой стороны — поддерживать как можно меньшее давление в камере расширения струи. Поэтому для каждой скорости откачки и типа вакуумных насосов всегда существует оптимальное значение
(ДД)
Для повышения вероятности образования кластеров в струе выбирают как молено меньшие диаметры критического сечения и работают при больших давлениях торможения. Причем используют длинные и узкие сопла Лаваля, а не свободное расширение струи в вакуум, так как более медленный разгон газа и пограничные слои на стенках увеличивают общее число столкновений, а значит, повышают вероятность кластеризации. Кластеризация 5Д излучалась в работе [78] как раз с использованием обычного сопла Лаваля и кластеры регистрировались с помощью метода рассеяния лазерного пучка и высокоэперхичных электронов (Ее = 40 КэВ). Для образования кластеров ІУє, Аг, К г, Хе, N-2 и С()-2 авторы работы [79] охлаждали стенки сопла Лаваля и проводили измерения в диапазоне температур 120 < Д < 450 К при давлениях 100 < Д < 1200 гор. Чтобы справиться с большими расходами газа через сопло, их источник работал в импульсном режиме, а средний размер кластеров менялся (в зависимости от условий эксперимента) от 102 до 104 атомов на кластер. Получение кластерных пучков С в (до 2500 атомов на кластер) при расширении паров СЧ в вакуум через аксиально-симметричное сопло Лаваля описано в работе [80]. Сопло имело следующие