Учебное пособие для магистрантов по специальности «Физика кинетических явлений» Часть первая icon

Учебное пособие для магистрантов по специальности «Физика кинетических явлений» Часть первая


2 чел. помогло.
Смотрите также:
Рабочая программа учебной дисциплины Физика (0А01) рп фти 1/УД. 011...
Учебное пособие томск 2010 удк 519. 2...
Учебное пособие Часть первая...
Сборник задач. Часть I. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика: Учебное пособие...
Учебное пособие для студентов вузов в 2-х частях часть 1...
Учебно-производственный план 2005/2006 г факультет физико-технический, курс Yномера групп...
Практикум по дифференциальным уравнениям...
Учебное пособие историко-культурные туристские ресурсы Северного Кавказа для студентов по...
Учебное пособие историко-культурные туристские ресурсы Северного Кавказа для студентов по...
Методические указания, программа и вопросы к самостоятельной работе для магистрантов...
Учебное пособие для студентов технических специальностей Павлодар...
Лекционный курс по биологической физике учебное пособие для студентов...



Загрузка...
страницы: 1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16
вернуться в начало
скачать
Глава 3. Электромагнитный и плазменные методы

^ 3.1. Электромагнитный метод. Основные принципы

В.Г. Бондаренко, Р.Н. Кузьмин


3.1.1. Введение. Формирование физических принципов электромагнитного метода разделения изотопов началось впервые десятилетия XX века с метода анализа положительно заряженных частиц по массам, изобретённого Демпстером в Райерсоннской физической лаборатории в Чикаго [1]. Дальней­шее развитие этот метод получил в работах Астона и Фаулера [2], Маттауха и Герцога [3] и других авторов 13). Принципы, изложенные в этих работах, послужили основой для создания будущих электромагнитных сепараторов.

В начале 40-х годов стала весьма актуальной проблема разделения изото­пов урана. К этому времени принципы электромагнитного метода разделения изотопов были разработаны глубже, чем других, поэтому в США и СССР началась бурная подготовка к строительству (и, почти одновременно, и само строительство) именно электромагнитных сепараторов для разделения изо­топов урана. Это дало сильный толчок для развития целого ряда разделов физики и техники. Токи ионных пучков в установках предстояло увеличить на 7-10 порядков величины по сравнению с масс-спектрометрами. Получить необходимые величины ионных токов можно было только из плазмы. Поэтому были предприняты обширные исследования по многим вопросам физики газо­вого разряда и низкотемпературной плазмы. В итоге были созданы пригодные для промышленных масштабов разделения источники ионов на основе мощ­ного дугового разряда в магнитном поле с накалённым катодом [4]. Для по­нимания процессов в сепарационных установках потребовалось значительное расширение знаний в области атомных столкновений, были нужны точные значения эффективных сечений ионизации, перезарядки, других процессов. Необходимы были исследования взаимодействия потоков ускоренных частиц с поверхностью: катодного распыления, вторичной ионной и электронной эмиссии.

Бурно развивалась вакуумная техника, появились мощные средства откачки больших (порядка нескольких кубических метров) вакуумных объёмов.

На основании этих и многих других исследований по обе стороны океана были сооружены электромагнитные «монстры» с десятками ионных «лучей», предназначенные для получения многих килограммов высокообогащённого 235U. Когда «монстры» начали работать, стало ясно, что стратегическую задачу они решить могут, но медленно и дорого. В то же время исследования по молекулярным методам разделения изотопов шли весьма интенсивно и вывели их далеко вперёд. «Монстры» в урановой проблеме остались не у дел. Зато на практике стали очевидны уникальные возможности электромагнитного метода: построенные установки допускали принципиальную возможность раз­деления изотопов любого элемента от лития до урана с большой кратностью обогащения в одном цикле разделения — от десятков крат до тысяч, в зави­симости от элемента и положения изотопа в плеяде. Поэтому обе промыш­ленные электромагнитные установки, советская и американская, получили задачу разделения изотопов по возможности всех полиизотопных элементов успешно её решили. На обеих установках были разделены изотопы более 50 элементов — от магния до свинца [5-7]. Созданные в СССР и США зонды стабильных изотопов несколько десятилетий пополнялись изотопно-обогащенными препаратами почти всех полиизотопных элементов, получен­ными на этих установках, обеспечивая широчайшее применение изотопов в науке, технике и медицине [8].


^ 3.1.2. Физические принципы метода. Разделение по массам в элекромагнитном методе происходит при движении предварительно ускоренных в электрическом поле заряженных частиц — ионов — через магнитное поле. Если все частицы прошли одну и ту же разность потенциалов U, то для простейшего случая однородного магнитного поля Н их движение, очевидно, описывается уравнением:

(3.1.1)

здесь М, е — масса и заряд частицы, v — компонента вектора её скорости, перпендикулярная магнитному полю. Если электрическое поле, ускоряющее ионы, и магнитное поле взаимно перпендикулярны, то, как следует из (3.1.1), радиус траектории частицы:

(3.1.2)

будет определяться отношением М/е. Таким образом, можно создать условия, при которых ионы, прошедшие через магнитное поле, будут разделены по их массам. Из (7.1.2) следует, что если ионы повернули в магнитном поле на угол 180° и пришли на коллектор (ионный приёмник), то расстояние между частицами с массами М и М + ∆М на этом коллекторе (дисперсия по массам d) составит:

(3.1.3)

Чтобы осуществить в электромагнитном сепараторе реальное разделение ионов по массам, необходимо выполнить следующие условия.

1. Разделяемый поток заряженных частиц должен быть достаточно моноэнергетичен, так как из (7.1.2) следует, что:

(3.1.4)

Допустимые пределы AU/U легко оценить: если, например, М = 200 а.е.м., ∆M = 1 и считается приемлемым отклонение ионов одной массы на 10% дисперсии, т.е. ∆U/U = 0,1∆М/М, то тогда ∆U/U = 0,05%. Требования к моноэнергетичности весьма жёсткие. Подобные рассуждения можно провести также относительно стабильности магнитного поля.

Тем или иным способом должна быть осуществлена фокусировка на коллекторе (приёмнике) разделённых по массам ионных пучков. Требования к остроте фокусировки тем сильнее, чем меньше дисперсия и чем выше необходимая кратность обогащения изотопов.

Должна иметься возможность сфокусированные пучки ионов каждой массы (или, по крайней мере, части масс) собрать в отдельные накопители, минимально загрязняемые ионами других масс или нейтральными частицами разделяемого вещества. Этому требованию трудно удовлетворить на прак­тике, если дисперсия d < 4 ÷ 5 мм. При М ~ 100 ÷ 200 а.е.м. и ∆М = 1, как следует из (7.1.3), реальное разделение в однородном магнитном поле затруднительно, если R < 0,5 метра. Ниже будет показано, что применение неоднородных магнитных полей намного увеличивает дисперсию притом же R.

Ионы на пути от источника до приёмника должны иметь малую вероятность рассеяния и перезарядки, чтобы большая их часть не покидала своих траекторий, определяемых М/е и начальной скоростью ионов.

В ионном пучке должны отсутствовать значительные силы кулоновского расталкивания: воздействие собственного электрического поля пучка на ионы должно быть меньше, чем воздействие магнитного поля. Максимальную величину кулоновского электрического поля Ek, удовлетворяющую этому требованию, оценим, приравняв кулоновское расширение пучка ионов одной массы величине дисперсии по массам: 2(RH — RB) = d = RСР∆М/М. Здесь RH, RB — радиусы «крайних» (наружной и внутренней) траекторий для ионов массы М. Используя уравнение движения Мv2 RСР = evH/с ± е Ek, можно найти допустимое кулоновское поле: Ek ~ 0,5 ∆М/М ∙ (U/R). Для М ~ 100 ÷ 200 а.е.м., ∆М = 1, U = 30 кВ, среднего радиуса RСР около 50 см получим допустимое Ek ≈ 1 ÷ 2 В/см, т.е. объёмный заряд в ионном пучке должен быть достаточно полно скомпенсирован. Это — одно из основных условий успешного разделения изотопов электромагнитным методом.


^ 3.1.3. Схема электромагнитной сепарационной установки. Источник ионов. Чтобы осуществить электромагнитную сепарацию, исходное вещество (смесь изотопов) надо испарить, а полученный пар возможно полнее ионизо­вать, стремясь получить ионы преимущественно одной зарядности (обычно — однозарядные). Максимально возможную часть образующихся ионов необхо­димо ускорить электрическим полем и сформировать ионный пучок, удовле­творяющий по своим геометрическим параметрам — углам горизонтальной и вертикальной расходимости (сходимости), высоте и т. д. — требованиям данной установки. Все эти функции выполняет источник ионов — ключевой узел электромагнитного сепаратора. Создано множество типов источников ионов, подавляющее большинство из них используют ионизацию в плаз­ме [4, 9 и др.]. Элементы ионно-оптической схемы электромагнитного сепа­ратора приведены на рис. 3.1.1. Между газоразрядной камерой 2 источника 1 и электродом 5 прикладывают необхо­димую для ускорения ионов разность потенциалов U.



Рис. 3.1.1. Схема электромагнитного сепа­ратора (в плане). 1 — источник; 2 — га­зоразрядная камера; 3,4,5 — электроды; 6, 7 — «приемный карман»; 8 — реперные электроды


Профилируя электроды 3, 4, и 5 ионно-оптической системы, добиваются нужной для формирования ионного пучка геометрии электрического поля.

При выборе энергии ионов (ускоря­ющей разности потенциалов U в источнике) учитывают множество факто­ров. Увеличение U связано с желанием иметь:

  • достаточно сильное электрическое поле в ускоряющем промежутке для формирования ионного пучка;

  • минимальное рассеяние и перезарядку ионов при их движении по тра­ектории;

  • высокую моноэнергетичность ионов в пучке: (приходится учитывать, что требуемое ∆U/U < 0,05% трудно получить при U < 10 кВ);

  • достаточную ионизацию остаточного газа ударом ионов (см. п. 7.1.5). К уменьшению U ведёт необходимость:

  • сократить энергозатраты на ускорение ионов и на поддержание магнит­ного поля;

  • снизить как тепловую нагрузку на приёмник ионов, так и его разруше­ние ионами;

  • облегчить конструирование источника ионов и блока его электропита­ния.

С учётом всех этих и других факторов, чаще всего ускоряющее напряже­ние выбирают в интервале 25 ÷ 45 кВ.

Что касается возможной величины ионного тока из источника, то она определяется площадью S щели в газоразрядной камере (ГРК), предназначенной для формирования пучка, и плотностью тока j на щель, которую можно достигнуть в данном источнике при данной массе ионов.

Обе эти величины имеют жёсткие пределы. Величину j, главным образом, ограничивает электрическое поле в ускоряющем зазоре. Если в зазоре давле­ния плазмы и электрического поля уравновешены, и мениск плазмы находится в плоскости электрода 3 (рис. 3.1.1), можно воспользоваться для оценки j известным уравнением:

(3.1.5)

Здесь а — величина ускоряющего зазора в см, j выражается в А/см2. Поскольку практически невозможно поддерживать в источнике ионов электрическое поле больше 105 В/см и довольно трудно сделать а < 0,3 ÷ 0,4 см, то нельзя надеяться на j > 2,7∙М-0,5 А/см2. При этом (7.1.5) описывает идеальный случай плоских электродов, а практически j ещё меньше. Что касается площади щели, то она ограничена, прежде всего, длиной разрядной камеры. В мировой практике не известны источники ионов с длиной дугового разряда существенно превышающей 20 см. Увеличение ширины щели больше, чем до 0,3 см, наталкивается на проблемы с фокусировкой пучка. Таким образом, значение S составляет максимум 3 ÷ 5 см2.

Приёмник ионов. Разделённые по массам (точнее по М/е) и сфокусированные ионные пучки необходимо принять каждый в отдельный, по воз­можности замкнутый, объём («приёмный карман» — 6, 7 на рис. 3.1.1), вход в который размещён в фокусе соответствующего ионного пучка. От приёмных карманов должно отводиться выделяющееся тепло, необходима возможность контроля качества фокусировки ионных пучков, точности наводки масс-спек­тра на соответствующие карманы и его удержания в оптимальном положе­нии в течение всего процесса накопления. Карманы должны быть сделаны с учётом интенсивного катодного распыления поверхностей, принимающих ионы, и защищены от загрязнения другими изотопами или не разделённым веществом. Все эти функции выполняет ионный приёмник — второй важ­ный узел сепаратора. Приёмник обычно представляет собой жёсткий блок изолированных друг от друга (или не изолированных) «карманов» (коробок), смонтированный на платформе, способной перемещаться в направлении про­дольной оси прибора (указано стрелкой на рис. 3.1.1) для совмещения входов в карманы с фокусами ионных пучков. Реперные электроды 8 позволяют контролировать положение спектра, качество фокусировки, правильность на­водки.

^ Сепарационная камера и магнит. Источники и приёмники ионов обычно называют сменным оборудованием сепаратора. Их устройство меняют приме­нительно к свойствам разделяемого элемента, числу изотопов и т.д. Источник и приёмник ионов устанавливают в сепарационную камеру, полностью или частично находящуюся между полюсами магнита. Камера откачивается ва­куумными агрегатами до оптимального давления. Как будет пояснено ниже, оно лежит в пределах (2 ÷ 10) ∙ 10-6 мм рт. ст. Магнит должен обеспечить в довольно большом объёме поле Н с заданным пространственным распре­делением и стабильностью во времени не хуже (2 ÷ 5) ∙ 10-2 %. Величина Н довольно значительна: если U = 30 кВ, М = 150 а.е.м. и R = 70 см, то Н ≈ 0,4Т. Схема траекторий ионных пучков в установке с квазиоднородным (см. п. 3.1.6) магнитным полем показана на рис. 3.1.1.

После накопления в приёмнике нужного количества изотопов разделяемо­го элемента следует химический этап работы: снятие с приёмных карманов накопленных изотопно-обогащенных продуктов — как правило, путём хими­ческого травления — и их глубокая очистка от примесей конструкционных материалов и других элементов.


^ 3.1.4. Основные характеристики электромагнитного метода. Разде­ляемые элементы. Уже отмечалось, что принципиально на электромагнит­ной установке можно разделить изотопы любого элемента. Но исходное вещество в источнике ионов необходимо испарить и создать в газоразрядном узле давление 10-2 ÷ 10-3 мм рт. ст. Это накладывает на возможности метода определённые ограничения.

В числе полиизотопных элементов, если исключить газы, едва наберётся полтора десятка имеющих указанное давление насыщенных паров при темпе­ратуре ниже 900 ÷ 1000 °С, а нагрев газоразрядного узла источника до более высоких температур вызывает ряд технических трудностей. В табл. 3.1.1 приведены необходимые температуры (в °С) газоразрядного узла источника ионов для работы на некоторых элементах, изотопы которых получали элек­тромагнитным методом, используя исходные вещества в виде металлов.


Таблица 3.1.1. Температуры, необходимые для работы источников ионов

Rb

Zn

Mg

Yb

Sr

Sb

Ca

Tl

Eu

Ba

Sm

165

360

430

470

525

540

585

600

600

610

720


Для разделения изотопов большинства других элементов нужны высоко­температурные источники ионов, но чаще предпочитают использовать в ка­честве исходных веществ химические соединения, например хлориды, многие из которых имеют требуемое давление паров при 500 ÷ 700 °С. Ими часто пользуются, несмотря на то, что применение химических соединений создаёт ряд дополнительных трудностей, в том числе:

  • увеличение давления в сепарационной камере, как правило, выше оптимального, рост нагрузки на средства откачки;

  • необходимость иметь дополнительные коллекторы в сепарационной камере для образующихся «побочных» ионов обоих знаков;

  • снижение полезного тока из источника, ибо объёмный заряд в ускоряющем промежутке создают все ионы — и полезные, и «побочные». Как правило, последних в несколько раз больше, и они значительно увеличивают нагрузку на высоковольтный выпрямитель.

Вместе с тем, есть и одна позитивная сторона в применении хлористых (или фтористых) соединений в качестве исходных веществ: присутствие хло­ра (фтора) оказывает положительное воздействие на процесс прохождения ионного пучка по сепарационной камере, так как легко образующиеся отрицательные ионы хлора или фтора улучшают компенсацию пространственного заряда ионов.

С применением хлоридов (или фторидов) успешно производилось разде­ление изотопов почти всех редкоземельных элементов (у которых они есть), а также Сr, Cu, Ag, Ni, V, Ga, Rb и некоторых других элементов. Разработаны и другие технологии получения требуемого для работы источника давле­ния паров трудно испаряемых элементов, например, фторирование непосред­ственно в тигле источника ионов с применением газообразного фтора [10]. По данной технологии были разделены изотопы всех элементов платино-пал­ладиевой группы. Сейчас эта технология не применяется по экологическим соображениям.

Производительность метода. Будем рассматривать производительность электромагнитной сепарационной установки, имеющей один «луч», т.е. один источник ионов и один приёмник изотопных пучков. Из выше изложенного ясно, что производительность определяется, прежде всего, током из источника, на ограниченность которого уже обращалось вни­мание. Суммарный вес всех разделённых изотопов Р (в мг), которые можно получить за сутки работы установки, очевидно, равен Р = 0,0373 IпрMсрtдµxµy, где Mср — среднее массовое число для данного элемента, tд = 24k — время работы установки в режиме деления в течение суток, k — коэффициент использования времени, являющийся показа­телем совершенства установки и данной технологии разделения, µx — коэффициент, учитывающий потери при извлечении накопленного вещества и очистке изотопно-обогащенного препарата, µy — коэффициент улавливания, т.е. доля частиц, осевших в кар­мане приёмника из числа пришедших.



Рис. 3.1.2. Производительность сепаратора (по сумме всех изотопов)

На рис. 3.1.2 показана зависимость производительности по сумме всех изотопов от массовых чисел для ряда элементов, достигнутая на установке промышленного типа. Там же построена расчётная зависимость от массы Р(М), (кривая 2), нормированная к «практической» при М = 100. Согласно (7.1.5) I ~ М-0,5, поэтому Р(М) ~ М0,5. «Практическая» кривая 1 (рис. 3.1.2) примерно следует этой закономерности. Несколько более медленный рост с тем, что при М > 100, как правило, приходится уменьшать площадь щели в источнике для достижения оптимальной фокусировки. Наиболее интересны для практического применения обычно один или два изотопа каждого элемента. Скорость накопления изотопа с массой Мi, очевидно, определяется выражением Р = 0,0373(Iпр∙МiC0i/Ciµxiµyi)24k, где C0i — исходная концентрация (обычно природная) изотопа с массой Мi, a Ci — достигнутая его концентрация в результате обогащения.

Достигаемые обогащения. Как и в других методах, кратность обогаще­ния изотопов К, определяется выражением К = Ci (100 — C0i) / C0i (100 — Ci), где C0i исходная, а Ci достигнутавя концентрации. При электромагнитной сепарации в принципе возможно почти полное разрешение изотопных линий, а кратность обогащения в одном цикле разделения может достигать десят­ков тысяч. Но на практике К для конкретного изотопа сильно зависит от характеристик установки и от режима её работы, от места данного изотопа в изотопной плеяде элемента, от массового числа. Наконец, в ходе процесса разделения действуют несколько групп факторов изотопного загрязнения, снижающих величину К: это наличие нейтральных паров разделяемого ве­щества в сепарационной камере, несовершенство фокусировки, рассеяние w перезарядка ионов, их разброс по энергии, пробои в источнике ионов, сходы спектра с оптимального положения на приёмнике и т. д. Подробно действие всех факторов изотопного загрязнения рассмотрено в [5].

При изучении воздействия факторов изотопного загрязнения часто пользу­ются величинами eij — относительными загрязнениями изотопа i изотопом j, обычно выражаемыми в %: eij = Cj C0i / Ci C0j ∙ 100, где C0i, C0j исходные концентрации этих изотопов, а Cj, примесь изотопа j в изотопе i. Обычно под индексом j имеют в виду числа, равные ±∆МMiMj. Исследование за­висимости Sij(j) во многих случаях позволяет разделить действие различных факторов изотопного загрязнения и найти главный из них для данного про­цесса разделения. Кроме того, набор величин eij позволяет прогнозировать качество обогащения изотопов ранее не делившегося на данной установке элемента с похожими физическими свойствами, но с другой атомной массой.


Таблица 3.1.2. Достигнутые обогащения на установках РНЦ «КИ»

Изотоп

C0, %

Ср. обог.,%

J, мA/cм2

К, макс.

67Zn

4,11

95,1

100

754

68Zn

18,56

99,5

100

873

66Zn

27,81

99,5

100

517

102Pd

1,02

95,5

55

2060

203Tl

29,5

99,37

40

329

168Yb

0,14

82,4

55

3460

170Yb

3,03

94,12

55

512

171Yb

14,31

97,35

55

220

172Yb

21,82

98,16

55

191

151Eu

47,77

99,87

10

1214

153Eu

52,23

99,97

10

3048


Действие большинства факторов изотопного загрязнения в электромагнитном сепараторе может быть снижено или почти подавлено конструктивными или технологическими мерами, в результате чего изотопные загрязнения могут быть доведены до тысячных долей процента [11]. Во многих случаях для достижения весьма высоких обогащений можно обойтись и без экстраординарных мер: в частности, почти не снижать производительность. Особенно хорошие возможности здесь дают высокодисперсионные сепараторы (см. п. 3.1.8). В табл. 3.1.2 и 3.1.3 приведены результаты разделений, опубли­кованные в работах [11, 12] соответственно.

Энергоёмкость производства изотопов. Необходимо рассматривать следующие основные статьи затрат электроэнергии в процессе разделения изотопов электромагнитным методом:

  • на поддержание магнитного поля WM;

  • на ионообразование (на работу источника ионов) WИ;

  • на ускорение ионов Wy;

  • на создание вакуума в сепарационной камере Wвак;

  • на обеспечение отвода тепла (циркуляцию воды, воздуха) Wохл.


Таблица 3.1.3. Достигнутые обогащения на установке Sidonie в Orsay




Все они сильно зависят от конструкции установки и, безусловно, от раз­деляемого элемента: WM и Wy сильно изменяются с массовым числом ионов: WM ~ I2 ~ Н2 ~ М (I — ток в обмотке магнита); Wy ~ 1/М. Остальные зависят от М слабо. Для определения энергозатрат на производство 1 мг изотопного препарата в некотором диапазоне масс оценим потребляемую установкой мощность в кВт и её производительность Руд в мг/час в том же диапазоне масс для элементов с близкими свойствами.

Определив ωуд как (WM + Wy + WИ + Wвак + Wохл) / Руд, оценим энергоза­траты на единицу веса полученных изотопно-обогащенных препаратов. Для примера рассмотрим однолучевую установку средней производительности С-2, действующую в РНЦ «Курчатовский институт». Она работает при токах ион­ного пучка от 5 до 15 мА, в зависимости от элемента. Когда М = 200 а.е.м., её производительность составляет около 50 мг/час. При имеющемся оборудо­вании энергозатраты следующие:

WM = 14 кВт с учётом потерь в мотор-генераторе;

Wy = 0,9 кВт с учётом потерь во вспомогательных цепях;

WИ = 1,3 кВт в «типичном» режиме для Tl, Yb и подобных элементов;

Wвак = 7,8 кВт с учётом коэффициента использования времени 0,9;

Wохл ≈ 1 кВт.

Всего получаем W — 25 кВт, или ωуд = 0,5 кВт ∙ час/мг. Но здесь затраты «разложены» на все изотопы разделяемого элемента. Несколько иная картина получается, если товарной продукцией является только один изотоп, особенно малораспространённый, например 168Yb. Для него энергозатраты составят ~ 76 кВт ∙ час/мг. Эта величина составляет несколько процентов рыночной стоимости препарата.

^ Эффективность использования исходного вещества. Стоимость исходного вещества чаще всего составляет небольшую часть затрат на производство изотопно-обогащенного препарата, тем не менее, повышение эффек­тивности использования вещества снимает целый ряд проблем и улучшает работу установки: снижается необходимый запас вещества в источнике ионов, легче оптимизируется давление в сепарационной камере, меньше вероятность перезарядки ионов пучка, уменьшается загрязнение карманов приёмника нейтральными и рассеянными частицами и т.д. Особое место занимают случаи, когда исходное вещество представляет значительную ценность: при повторном обогащении, при разделении радионуклидов и т.д. Для этих слу­чаев разработаны специальные источники ионов и даже особые установки (см. п. 3.1.7). Таким образом, эффективность использования исходного ве­щества является существенной характеристикой сепарационной установки, а также применяемой технологии разделения изотопов.

Определим эффективность использования разделяемого вещества ηm как отношение веса полученных изотопно-обогащенных препаратов к весу исходного вещества, помещённого в источник ионов Рисх (по элементу) — тогда ηm = ∑Р/Рисх. Предполагается, что приёмник собирает все изотопы разделяемого элемента. Чтобы увидеть роль основных источников потерь исходного вещества, представим ηm в виде произведения коэффициентов: ηm = ηисп ∙ ηкам ∙ ηион ∙ ηпрох ∙ ηпр ∙ ηх, каждый из которых учитывает эффективность определённой части процесса разделения: ηисп — полноту испарения вещества в тигле источника (нередко близок к 1); ηкам — учитывает потери пара через неплотности ГРК и паро-подающего тракта источника ионов; при хорошей конструкции достигает 0,85, но для многих источников менее 0,5; ηион — коэффициент преобразования нейтральных частиц в однозарядные ионы. Так как с ростом эффективности ионизации увеличивается доля многозарядных ионов, то ηион редко превышает 0,8. ηпрох — учитывает потери ионов при прохождении в сепарационной камере из-за рассеяния, перезарядки, несо­вершенства фокусировки, обычно близок к 0,8 ÷ 0,9; ηпр — эффективность приёма: учитывает неполное захождение в карманы и неполное улавливание, т. е. обратный вылет частиц. Хорошим значением является величина око­ло 0,8, однако нередко она составляет не более 0,5. ηх — учитывает потери на стадии химических работ, редко бывает больше 0,9. Если перемножить максимальные значения всех составляющих эффективности, то получится ηm ≈ 0,44, если минимальные — то ≈ 0,1. На практике хорошей величиной является ηm = 0,3 ÷ 0,35.





оставить комментарий
страница6/16
Дата26.09.2011
Размер3,65 Mb.
ТипУчебное пособие, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16
отлично
  9
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх