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
люминий 100 мкм
Длина ионопровода, смНачальная энергия пучка, МэВКоличество частиц попавших в мишень, %Плотность тока в мишени, нА/см2Относительная неравномерность поля, %Разброс по энергии, МэВ107.6023.9661.039.614.82 - 5.18208.2021.5654.908.944.80 - 5.20308.7519.4649.578.104.79 - 5.21409.2817.3644.226.674.73 - 5.23509.7915.8240.306.274.72 - 5.286010.2514.4736.865.854.71 - 5.297010.7513.0233.173.814.68 - 5.328011.1511.8930.295.624.65 - 5.359011.6510.9927.993.744.61 - 5.3910012.039.9325.283.824.61 - 5.3911012.449.1323.252.894.57 - 5.4312012.868.4621.544.094.52 - 5.4813013.237.6619.523.764.49 - 5.5114013.637.4218.912.824.48 - 5.5215013.956.6516.952.304.47 - 5.53Табл.4 Параметры пучка после прохода системы формирования в мишени диаметром 10 см в зависимости от длины второго ионопровода при средней выходной энергии 5 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, МэВ108.1820.8853.179.894.82 - 5.18208.7319.0448.486.884.79 - 5.21309.2817.4444.427.014.77 - 5.23409.7815.7440.086.324.73 - 5.275010.2014.4636.815.724.63 - 5.216010.7713.0533.245.594.62 - 5.387011.1212.0630.725.094.62 - 5.388011.6410.8727.693.934.61 - 5.399012.0710.2326.053.324.60 - 5.4010012.429.3123.702.904.59 - 5.4111012.988.6822.092.684.55 - 5.4512013.207.8219.932.414.54 - 5.4613013.677.3818.792.474.53 - 5.4714014.086.6917.052.504.50 - 5.5015014.436.3216.091.94.45 - 5.55Табл.5 Параметры пучка после прохода системы формирования в мишени диаметром 10 см в зависимости от длины второго ионопровода при средней выходной энергии 5 МэВ, начальном токе пучка 15 мкА и третьей рассеивающей фольги - алюминий 100 мкм
Видно, что фольга толщиной 50 мкм показывает лучшие результаты, хоть и незначительно, также было определено, что практически для всего диапазона значений выполняется условие о равномерности по энергии.
2.2 Анализ полученных данных
Построим графики зависимостей относительной неравномерности, начальной энергии протонов и плотности тока в мишени от длины второго ионопровода.
Рис.6 Зависимость относительной неравномерности поля протонов от длины второго ионопровода для средних выходных энергий 5 МэВ и 8 МэВ.
Из графика зависимости относительной неравномерности (рис.6) видно, что для соблюдения условия равномерности поля необходимо, чтобы для средней выходной энергии 8 МэВ длина второго ионопровода была больше 60 см, а для 5 МэВ - больше 10 см. То есть рекомендуется сделать или сменяемый ионопровод, или телескопический - для того чтобы была возможность регулировать его длину.
Рис.7 Зависимость плотности тока в мишени диаметром 10 см при токе пучка из циклотрона 15 мкА от длины второго ионопровода для средних выходных энергий 5 МэВ и 8 МэВ.
В соответствии с вычисленными длинами второго ионопровода из условия равномерности поля согласно графику зависимости плотности тока в мишени (рис.7) получаем, что она в том и другом случае составляет примерно 60 нА/см2.
График, отображающий зависимость начальной энергии пучка от длины второго ионопровода (рис.8) , позволяет определить её при данных значениях: для 8 МэВ она составляет 12.24 МэВа, а для 5 МэВ - 7.60 МэВа
Рис.8 Зависимость начальной энергии протонов в пучке на выходе из циклотрона от длины второго ионопровода для средних выходных энергий 5 МэВ и 8 МэВ.
Согласно проведённому моделированию, система формирования равномерного поля протонов состоит из:
)Для средней выходной энергии 5 МэВ (Рис.9):
Выходная энергия пучка протонов из циклотрона - 7.60 МэВ, первая рассеивающая фольга - алюминий 50 мкм, первый ионопровод - вакуум, 213 см, вторая рассеивающая фольга - железо 20 мкм, третья рассеивающая фольга - алюминий, 50 мкм.
Рис.9 Схема системы формирования для средней выходной энергии 5 МэВ
)Для средней выходной энергии 8 МэВ (Рис.10):
Выходная энергия пучка протонов из циклотрона - 12.24 МэВ, первая рассеивающая фольга - алюминий 50 мкм, первый ионопровод - вакуум, 213 см, вторая рассеивающая фольга - железо 20 мкм, второй ионопровод - воздух, 60 см, третья рассеивающая фольга - алюминий, 50 мкм.
Рис.10 Схема системы формирования для средней выходной энергии 10 МэВ
Выводы
Было произведено моделирование прохождения пучка протонов через систему формирования равномерного поля протонов и исследована возможность создания на базе циклотрона МГЦ-20 установки для облучения кремниевых пластин диаметром до 10 см. Также были определены составляющие компоненты системы формирования для создания равномерных полей при заданных выходных энергиях.
Список используемой литературы
)Шпольский Э.В. Атомная физика. Т.II Электронная оболочка атома и атомное ядро. - М.: Государственное издательство технической литературы, 1950г. - 720 с.
)Глессон C. Атом. Атомное ядро. Атомная энергия. Развитие современных представлений об атоме и атомной энергии. Пер. с англ. М.И.Флёровой. - М.: Издательство иностранной литературы, 1961г. - 648 с.
3)Ziegler J.M., Biersack J.P., Mattias D. SRIM - The Stopping and Range of Ions in Matter. - Morriville: Lulu Press, 2012. - 398 pages
4)Галаев А.Н., Гальчук А.В., Рябова Л.А., Степанов А.В., Стогов Ю.И. Магнитное поле 103-см компактного циклотрона. - Л.: НИИЭФА, 1978г. - 20 с.
)Козловский В.В. Модифицирование полупроводников пучками протонов. - СПб: Наука, 2003г. - 272 с.