УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОКУСИРОВКИ ПУЧКОВ УСКОРЕННЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ НА ОБЛУЧАЕМОМ ОБЪЕКТЕ

Предлагаемая полезная модель относится к технике фокусировки пучков ускоренных заряженных частиц на облучаемом объекте и может быть использована для технологических процессов, в которых применяются пучки ускоренных заряженных частиц, в частности, при проведении поэлементного анализа материалов.
Известно устройство для фокусировки пучков ускоренных заряженных частиц (полезная модель RU №113859, «Устройство для фокусировки пучков ускоренных заряженных частиц», опубликована 27.02.2012, Бюл. №6), размещенное в вакууммируемом объеме и содержащее диэлектрический капилляр в форме усеченного конуса, закрепленный в металлическом корпусе, располагаемый между источником ускоренных заряженных частиц и облучаемым объектом, причем направление сужения конуса совпадает с направлением распространения заряженных частиц.
Известное устройство имеет недостаток, связанный с отсутствием оперативного контроля расстояния между капилляром и облучаемым объектом. При проведении исследований требуется установка объекта на минимальном расстоянии от края капилляра. Чем меньшее расстояние от объекта до края капилляра будет установлено, тем меньше размер пучка на облучаемом объекте, и тем больше сведений о структуре материала будут получены. Однако при отсутствии контроля осевого зазора между объектом и краем капилляра существует вероятность касания объекта с торцом капилляра. При этом хрупкий, часто сделанный из стекла, конец капилляра может обломиться. Чтобы избежать поломки капилляра, необходим контроль осевого зазора между объектом и краем капилляра.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу обеспечения высокопроизводительного анализа структуры исследуемого материала.
Техническим результатом полезной модели является возможность быстрой установки облучаемого объекта максимально близко к торцу капилляра без его повреждения.
Технический результат полезной модели обеспечивается тем, что в устройстве для фокусировки пучков ускоренных заряженных частиц, размещаемом в вакууммируемом объеме и содержащем диэлектрический капилляр в форме усеченного конуса, закрепленный в металлическом корпусе, причем направление сужения конуса совпадает с направлением распространения заряженных частиц, новым является то, что оно снабжено контактным датчиком крайнего положения, образованным двумя электродами, один из которых закреплен на корпусе с возможностью перемещения вдоль оси капилляра и выполнен в виде металлического стержня, и контактным электродом, жестко связанным с облучаемым объектом.
Кроме того на диэлектрический капилляр может быть нанесен токопроводящий слой.
Контактный датчик крайнего положения работает как замыкающий выключатель в цепи оптического сигнализатора (лампочка, светодиод) или звукового сигнализатора (генератор звуковой частоты) и служит для индикации достижения облучаемым объектом рабочего осевого положения относительно торца капилляра. Когда объект достигает рабочего положения, металлический стержень датчика замыкается на контактный электрод, и сигнализатор выдает световой или звуковой сигнал, воспринимаемый оператором как команда прекратить осевое перемещение облучаемого объекта.
Перед работой осуществляется предварительная настройка датчика, которая включает в себя установку облучаемого объекта на требуемом осевом расстоянии относительно торца капилляра при помощи оптического измерительного микроскопа. После этого стержень перемещается навстречу контактному электроду до их взаимного замыкания и в данном положении фиксируется. Теперь при отводе облучаемого объекта от торца капилляра (например, для замены одного облучаемого объекта на другой), обратная установка объекта в рабочее положение занимает минимальное время, поскольку заключается в приближении облучаемого объекта к торцу капилляра до замыкания контактного датчика, что значительно проще и требует в несколько раз меньшего времени, чем установка с помощью микроскопа. При этом жесткая связь контактного электрода с облучаемым объектом обеспечивает постоянное относительное положение электрода относительно объекта и, соответственно, точное позиционирование объекта относительно торца капилляра.
Нанесение токопроводящего слоя на диэлектрический капилляр преследует цель нейтрализации электрического заряда, который накапливается на диэлектрическом капилляре при фокусировке ускоренных заряженных частиц. Нанесение токопроводящего слоя производится токопроводящим клеем (например, клеем "Контактол"), либо вакуумным напылением серебра или другого металла.
Конструкция предлагаемого технического решения схематически показана на фиг., где:
1 - вакуумированный объем;
2 - источник ускоренных заряженных частиц;
3 - металлический корпус;
4 - токопроводящий слой;
5 - диэлектрический капилляр;
6 - облучаемый объект;
7 - контактный электрод;
8 - металлический стержень.
Устройство для фокусировки пучков заряженных частиц на облучаемом объекте расположено в вакуумируемом объеме 1 и содержит диэлектрический капилляр 5, закрепленный в металлическом корпусе 3 и расположенный между источником ускоренных заряженных частиц 2 и облучаемым объектом 6. На металлическом корпусе 3 закреплен металлический стержень 8, имеющий возможность осевого перемещения относительно оси капилляра 5. Напротив стержня 8 установлен контактный электрод 7, жестко связанный с облучаемым объектом 6 соединяющей их оправкой или являющийся частью объекта 6. Участки поверхностей электрода 7 и облучаемого объекта 6, обращенные к торцу капилляра 5, могут либо выступать относительно друг друга, либо находиться в одной плоскости.
Устройство для фокусировки пучков работает следующим образом.
Перед работой осуществляется предварительная установка облучаемого объекта 6 с помощью соответствующих средств (шаговый двигатель, микрометрические винты) на требуемом осевом расстоянии относительно торца капилляра 5 при помощи оптического измерительного микроскопа. После этого стержень 8 выдвигается по направлению к контактному электроду 7 до замыкания контактного датчика, которое сопровождается оптическим или звуковым сигналом и означает осуществление рабочего позиционирования объекта 6 относительно капилляра 5. При расположении поверхностей электрода 7 и облучаемого объекта 6 со стороны капилляра 5 в одной плоскости, предварительная установка заключается в обеспечении выступания края стержня 8 относительно торца капилляра 5 на заданном расстоянии.
После установки облучаемого объекта, во внутреннюю полость капилляра 5 по направлению сужения конуса параллельно его оси вводился пучок ускоренных протонов из источника 2. В капилляре 5 происходила фокусировка пучка, который далее направлялся на облучаемый объект.
-12
Для оценки размера пятна протонов, прошедших через капилляр, была выбрана дозиметрическая пленка Gafchromic ЕВТ3, которая крепилась перед концом диэлектрического капилляра Femtotip. Перед установкой в камеру было обеспечено выступание края стержня 8 относительно торца капилляра 5 на расстоянии 100 мкм, что соответствовало расстоянию между капилляром 5 и дозиметрической пленкой при срабатывании контактного датчика. При этом загоралась лампа, сигнализирующая о замыкании цепи. Затем проводилось облучение образца протонами энергией 4 МэВ в течение 1 сек при среднем токе пучка 1.5⋅10 А. Было установлено, что диаметр пучка на расстоянии 100 мкм от конца капилляра составляет 31 мкм.
Испытания заявляемого устройства показали, что при использовании контактного датчика намного проще устанавливать расстояние до облучаемого объекта, при этом выходной торец капилляра полностью защищен от повреждений.
Технический результат, который заключается в возможности быстрой установки облучаемого объекта максимально близко к торцу капилляра без его повреждения, реализован полностью. Устройство является простым и дешевым в изготовлении.