Расчет формирования равномерных полей облучения протонами с энергиями от 5 до 15 МэВ на циклотроне МГЦ-20
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
тепенью точности можно считать моноэнергетичным и точечным. Первая рассеивающая фольга должна удовлетворять следующим требованиям:
.Должна слабо активироваться и не разрушаться под длительным воздействием мощного пучка протонов.
.Должна обеспечивать основной вклад в необходимое рассеяние пучка протонов с целью его последующей оптимизации.
.Должна создавать небольшой разброс по энергиям
Было рассмотрено несколько различных фольг: две алюминиевые фольги с толщиной 50 мкм и 100 мкм соответственно, железная с толщиной 20 мкм, никелевая с толщиной 20 мкм и титановая с толщиной 50 мкм. Результаты моделирования приведены в таблице 1:
Тип и толщина рассеивающей фольгиКоличество частиц попавших в мишень, %Плотность тока в мишени, нА/см2Относительная неравномерность поля, %Разброс по энергии, МэВAl, 50 мкм97,2849549.1498814.60 - 14.72Al, 100 мкм92,9647346.4858814.22 - 14.42Ni, 20 мкм90,4446145.0530914.54 - 14.70Fe, 20 мкм92,9047246.7732914.57 - 14.74Ti, 50 мкм90,4546144.9481314.41 - 14.60Табл.1 Параметры пучка в мишени диаметром 5 см в зависимости от типа и толщины рассеивающей фольги на расстоянии 213 см от неё при входной энергии пучка 15 МэВ и его токе 10 мкА
Как видно, алюминиевая фольги с толщиной 50 мкм обеспечивает самую большую плотность тока из всех, и даёт удовлетворительный разброс по энергии. Её недостатком является самая большая неравномерность получившегося протонного поля.
2.1.2Первый ионопровод
После прохождения первой рассеивающей фольги, пучок протонов попадает в первый ионопровод. Его длина составляет 2130 мм. В данной части системы формирования необходимо минимизировать воздействие на рассеянный пучок, для этого внутри ионопровода создаётся вакуум.
2.1.3Вторая рассеивающая фольга
После прохождения первого ионопровода пучок попадает на вторую рассеивающую фольгу. Её назначение - изолирование первого ионопровода от второго и доводка параметров пучка до необходимых. Соответственно, она должна обладать необходимым запасом прочности, для выдерживания разности давлений в первом и втором ионопроводе, а также должна улучшить такой показатель пучка как неравномерность. Моделирование показало, что алюминиевые фольги показывают лучшие результаты по оптимизации, но они не выдерживают разности давлений в одну атмосферу, поэтому целесообразно использовать железные фольги с минимально возможной толщиной. Опыт показал, что фольга толщиной 20 мкм обеспечивает необходимую прочность и удовлетворительные данные по оптимизации пучка.
2.1.4 Второй ионопровод
В качестве наполнителя ионопровода используется воздух по следующим причинам: доступность, отсутствие необходимости в специальном оборудовании по контролю за газом, а также, в случае нарушения целостности трубы, характеристики системы прохождения не изменяться. Длина второго ионопровода определяется вместе с типом и толщиной третьей рассеивающей фольги.
2.1.5 Третья рассеивающая фольга
В конце всей системы прохождения протоны проходят сквозь последнюю фольгу, которая окончательно корректируют все параметры пучка. Несмотря на то, что её вклад незначителен по сравнению с остальными, тем не менее, её правильный выбор тоже важен. Было рассмотрено два варианта фольги - алюминиевая толщиной 50 мкм и алюминиевая толщиной 100 мкм. Вместе с её определением была также найдена зависимость необходимых параметров от длины второго ионопровода.
В качестве остальных параметров системы формирования использовались найденные ранее:
Первая рассеивающая фольга - алюминий, 50 мкм.
Первый ионопровод - вакуум, 213 см.
Вторая рассеивающая фольга - железо, 20 мкм.
Второй ионопровод - вакуум, переменная длина.
Рассматривалось четыре серии случаев:
)Средняя выходная энергия протонов - 8 МэВ, третья рассеивающая фольга - алюминий 50 мкм.
)Средняя выходная энергия протонов - 5 МэВ, третья рассеивающая фольга - алюминий 50 мкм.
)Средняя выходная энергия протонов - 8 МэВ, третья рассеивающая фольга - алюминий 100 мкм.
)Средняя выходная энергия протонов - 5 МэВ, третья рассеивающая фольга - алюминий 100 мкм.
Результаты представлены в виде таблиц:
Длина ионопровода, смНачальная энергия пучка, МэВКоличество частиц попавших в мишень, %Плотность тока в мишени, нА/см2Относительная неравномерность поля, %Разброс по энергии, МэВ1010.0042.92109.3017.917.86 - 8.142010.4838.0596.9115.677.83 - 8.173010.9434.0486.6914.397.81 - 8.194011.3930.2477.0212.247.80 - 8.205011.8127.2869.4810.587.77 - 8.236012.2424.6562.799.907.76 - 8.247012.6422.0456.149.157.74 - 8.268013.0420.1951.438.317.72 - 8.289013.4918.2746.537.017.70 - 8.3010013.8116.7042.526.957.67 - 8.3311014.1815.2638.875.527.66 - 8.3412014.5413.8935.375.677.66 - 8.3413014.9112.8732.794.567.63 - 8.3714015.2511.9030.305.507.63 - 8.3715015.6011.1428.365.237.61 - 8.39Табл.2 Параметры пучка после прохода системы формирования в мишени диаметром 10 см в зависимости от длины второго ионопровода при средней выходной энергии 8 МэВ, начальном токе пучка 15 мкА и третьей рассеивающей фольги - алюминий 50 мкм
Длина ионопровода, смНачальная энергия пучка, МэВКоличество частиц попавших в мишень, %Плотность тока в мишени, нА/см2Относительная неравномерность поля, %Разброс по энергии, МэВ1010.4437.5395.5815.007.84 - 8.162010.9133.6985.7913.527.81 - 8.193011.3129.9576.2712.407.74 - 8.164011.7528.1071.5711.387.74 - 8.165012.2024.9163.4310.617.75 - 8.256012.6122.4557.199.847.73 - 8.267012.9520.6152.348.567.73 - 8.278013.4018.6747.557.577.70 - 8.309013.8117.1343.636.637.69 - 8.3110014.1815.7940.216.527.66 - 8.3411014.5414.4436.776.177.65 - 8.3512014.8913.2533.754.717.64 - 8.3613015.2412.2631.235.007.62 - 8.3814015.5611.4229.083.987.59 - 8.4115015.9610.4526.612.437.57 - 8.43Табл.3 Параметры пучка после прохода системы формирования в мишени диаметром 10 см в зависимости от длины второго ионопровода при средней выходной энергии 8 МэВ, начальном токе пучка 15 мкА и третьей рассеивающей фольги - а