Диссертация (1149639), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Для уменьшения влияния электродов на магнитное поле50Рисунок 3.8: Схема сборки ловушек и их положение относительно зон однородностимагнитного поля сверхпроводящего магнита установки TRIGA-TRAP.при создании покрытий не используется покрытие никелем. Изоляторы между электродами выполнены из оксида алюминия Al2 O3 , сочетающего хорошие изоляционные свойства51с достаточной теплопроводностью.Подготовительная ловушка использована цилиндрической конфигурации с внутреннимдиаметром 32 мм.
Она предназначена для высокоточной масс-сепарации (см. пункт 1.2.4)ионов и охлаждения их для последующего измерения массы. Полная длина подготовительной ловушки равна 110,6 мм.Ловушка оборудована непосредственно смонтированным на ней предусилителем дляпроведения широкополосной детекции и определения массы ионов в облаке при помощипреобразования Фурье (см. пункт 2.2).Ловушка имеет три оконечных электрода со стороны входа и два со стороны выхода.Каждая группа оконечных подключена к своему двухуровневому быстропереключаемомуисточнику напряжения.
Симметрично относительно центра ловушки расположены внешние и внутренние корректирующие электроды. Пара внутренних корректирующих электродов разделена на 2 сегмента по 180∘ каждый для возможности подачи дипольноговозбуждения. Каждая группа корректирующих электродов запитана от индивидуальногобыстропереключаемого двухуровневого источника.Центральный электрод разделен на 4 сегмента. Одна пара противоположных сегментовзанимает угол по 140∘ , а другой, соответственно, по 40∘ .
В случае неразрушающего детектирования облака ионов и широкополосного преобразования Фурье полученного сигнала,меньшие сегменты используются для подачи возбуждения, а большие для снятия сигнала.В связи с необходимостью коммутации предусилителей, системы смешивания постоянной составляющей сигнала с радиочастотными составляющими расположены внутри вакуумной системы. Постоянное напряжение смещения для центрального электрода подаетсяот прецизионного источника напряжения.Для реализации масс-селективного охлаждения в подготовительную ловушку подаетсябуферный газ, гелий высокой степени очистки. Газ из баллона после предварительной редукции давления до 1 атм. подается на контроллер потока. Обычно при работе системыTRIGA-TRAP поток газа устанавливается на уровне 1 × 10−5 l/s · mbar, создающем внутриобъема ловушки давление порядка 10−6 mbar.Между подготовительной и измерительной ловушками расположена диафрагма диаметром 1,5 мм.
Выбрана конструкция с удлиненным каналом, так как она должна не толькоотсекать часть ионов, но и обеспечивать разность давлений между областями ловушек.Напряжение на диафрагму подается с отдельного быстрого двухуровневого источника.При открытии подготовительной ловушки производится одновременное переключениеуровней у источников напряжения, питающих оконечные и внутренний и внешний корректирующие электроды со стороны входа ловушки.Измерительная ловушка для обеспечения лучших условий съема сигнала при неразрушающей детекции (см.
пункт 2.2) сделана гиперболической конструкции (см. рис. 1.5).Расстояние между центрами оконечных электродов 20 = 11 , а внутренний диаметркольцевого электрода равен 20 = 12.76 [6].Электроды аналогично подготовительной ловушке изготовлены из высокоочищенноймеди с золотым покрытием. В качестве материала изоляторов использован сапфир.Оконечные гиперболические электроды разделены на пару сегментов каждый по 180∘ .Это сделано для возможности подачи дипольного возбуждения через них, но пока эта возможность не используется. В центрах электродов выполнены круглые отверстия диаметром 1,6 мм.
Напряжение на оконечные электроды подается от двухуровневых источниковпо одному на каждый.Для компенсации искажения электрического поля оконечных электродов от их центральных отверстий, позади оконечных электродов снаружи ловушки и в непосредственнойблизости от отверстий, расположены корректирующие внешние электроды.52Для коррекции отклонения поля из-за конечности центрального и оконечных электродов, между ними расположена пара внутренних корректирующих электродов. Корректирующие электроды сделаны несегментированными и каждый из них подключен к своемубыстропереключаемому двухуровневому источнику.Центральный гиперболический электрод выполнен сегментированным на 4 части – двепротивоположные по 140∘ и две по 40∘ .
В случае неразрушающего узкополосного детектирования ионов и применении преобразования Фурье полученного сигнала, меньшие сегменты используются для подачи возбуждения, а большие для снятия сигнала подключаются к первичной обмотке сверхпроводящего трансформатора. К первичной обмотке такжеподключены варикапы для настройки резонансной частоты контура (см. схему 2.8).Внутренние соединения позволяют подавать постоянное напряжение смещения на всесегменты центрального электрода, прикладывать дипольное и квадрупольное возбуждения.Постоянное напряжение на всем центральном электроде подается с прецизионного источника постоянного тока и на 5 Вольт меньше напряжения центрального электрода подготовительной ловушки.При переводе ионов из подготовительной ловушки в измерительную на короткое времяпроизводится переключение двухуровневых источников питания, отключающих удерживающий потенциал ловушек.
Производится переключение каналов, питающих оконечные, атакже оконечный и центральный корректирующие электроды подготовительной ловушкии напряжение на диафрагме.Напряжения на внешнем корректирующем, оконечном и внутреннем корректирующемэлектродах измерительной ловушки со стороны подготовительной переключаются по сигналу с другого выхода блока синхронизации. Если обычно выходные электроды подготовительной ловушки при переводе ионов открываются на достаточно длительный промежутоквремени – 50 мс, то входные электроды измерительной ловушки переключаются в закрытое состояние как только ионы попадут внутрь, то есть примерно через 100 мкс послеоткрытия подготовительной.При выпуске ионов в дрейфовую секцию к детектору переключается напряжение наоконечном гиперболическом, внешнем и внутреннем корректирующих электродах.В области дрейфа (см.
рис. 3.9) ионы сначала вытягиваются из ловушки электродами д1д2. Для увеличения эффективности конверсии энергии радиального движения в аксиальное(см. пункт 2.1) производится сильное торможение ионов для увеличения времени пролетаими области градиента магнитного поля.Затем производится сильное ускорение ионов на пути к детектору.
В этой области используются несколько электродов для создания электростатической квадрупольной линзы для фокусировки пучка ионов, расфокусированного при прохождении градиента поля,на небольшой активной поверхности детектора. Так же в конце участка установлены 4электрода электростатического дефлектора, позволяющие вывести ионный пучок в центрдетектора.В качестве детектора используется МКП. Также возможно использование каналотрона.Каналотрон обладает примерно в 3 раза большей эффективностью регистрации, но значительно меньшей активной площадью регистрации.Сигнал с детекторов усиливается предусилителями на 40 дБ и подается на времяцифровой преобразователь.
На него же подается сигнал начала и конца окна преобразования, позволяющие определить время пролета иона от ловушки к детектору. Преобразованный сигнал через интерфейс GPIB передается в управляющую ЭВМ и там визуализируетсяи сохраняется на диске.В ближайшее время планируется установка к МКП позиционно-чувствительного детектора RoentDeck - DLD40 (см. рис. ??) для внедрения методики фазового отображения дляболее точных измерений масс ионов (см.
раздел 2.3).53Рисунок 3.9: Схема дрейфовой секции от измерительной ловушки к детектору ираспределение в ней напряженности магнитного поля и электрического потенциалаустановки TRIGA-TRAP.Для генерации дипольного и квадрупольного возбуждений используются функциональные генераторы DS345 Synthesized Function Generator от Stanford Research Systems. Генераторы создают непрерывный синусоидальный сигнал требуемых частот. Для стабилизациичастот генераторы подключены к эталону частоты на базе 87 Rb. Установка амплитуды ичастоты сигнала генераторов производится дистанционно по интерфейсу GPIB.
Сигналот генераторов поступает на электронные ключи, задающие длительность и определяющие моменты подачи, управляемые стандартным для транзисторно-транзисторной логики(TTL) сигналом от системы синхронизации. Затем сигнал через аттенюаторы подается насмесители для добавления постоянного смещения и затем на электроды.Система синхронизации построена на основе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) от National Instruments. Выход ПЛИС подключен к блоку, формирующем TTL импульсы, которые и управляют электроникой.Двухуровневые быстрые источники напряжения, используемые для электродов, напряжение которых требуется переключать в ходе эксперимента между двумя заданными значениями изготовлены в GSI.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
