|
|
действия Б.-с. состоит в пространственном раздолс-нни траектории заряж. частиц и магн, поле в зависимости от их импульсов. На заряд, движущийся в магн. поло /i, действует Лоренца сила. Состанлятощая р ,
импульса р частицы, перпендикулярная JJ, и радиус кривизны р см; траектории связаны соотношением:
-Ире/с, (1)
где е- ларпд электрона (в CGSE). Мл ф-лы (1) видно, что магн. нолю пропорциональна но энергии электрона, а его импульс. Переход от импульса электрона к егоэнер-
гин £ производится и о ф-ле: £=у е2Б2р'2-\\-т^ ≈ тас2 (т0 масса покоя электрона).
Магн. поле, обусловливая спектральную чувствительность, обладает и фокусирующими свойствами, т. е, обеспечивает собирание частиц с одинаковыми импульсами, вылетающих из источника по разным направлениям. Электроны, вылетающие из источника, движутся Б вакуумной камере, помещ╦нной в магн. поле,
Рис. 1. Траектории электронов в ттоп(!П<-чн(1М однородном Л1ягнитнг>м поле В: S≈ источник р-частиц; J-> ≈ диа-
D
и, пройдя через диафрагмы, регистрируются детектором. Л бет а -спектрографах маги, поле не-и.шенно, и ;.шоргия частиц определяется но координатам х точки их регистрации в протяж╦нном детекторе (обычно ядерные фотографические эмульсии^ рис. 1). В Б.-с. изменяется величина магн. ноля {без нарушения его конфигурации), детектор же имеет узкую иходную щель, позволяющую регистрировать частицы опрсде.ч. энергии,
Основные характеристики Б.-с. Э и е р г е т и ч. р а з р е щ о и и е R ≈ Д£/£~ Др/рр где величина Д<? связана с тем, что электроны одной и той же ;шер-глп, вылетающие из разл. точек источника и под разньг-мн углами, несмотря на фокусирующее денстшю маги, поля, собираются не в точку на детекторе, а образуют протяж╦нное «изображение^ источника. Форма распределения интенсивности «изображения» обтлчно близка к трапеции с основанием Д,т<,. Принимают, что разрешимыми являются линии, раздел╦нные интерналом Д.г^^ ≈ Д,г0/2. С разрешением связана д иене р с и я /),
вылетевшие и:) источника электроны достигают детектора, а е ≈ эффективность детектора (в %). Свет и-
м о с т ь L≈ \\ IdS, где dS ≈ элемент площади Л' по-
верхности источника. Обычно / мало изменяется вдоль поверхности, поэтому L≈IS. Стремление к высокому разрешению приводит к ограничениям светосилы м светимости, и наоборот. Фактором качества паз. отношение IIR или LjR.
Классификация. Б.-с. Существующие Б.-с. можно разделить па 2 класса: Б.-с. с поперечным полем («плоские»), в к-рых траектории электронов лежат вблизи плоскости, перпендикулярной Л; Б.-с. с продольным полем («винтовые»), где частицы движутся по винтовым траекториям, ось к-рых параллельна /J.
Б.-с. с полукруглой фокусировкой. Б 1912 Л. Даншл (L. Danysz) показал, что в однородном магн. поле К имеет место фокусировка мокоэнергетич, электронов, вылетающих под разными углами из одно» точки, в плоскости, перпендикулярной Л. Траектория частицы, обладающей импульсом р,≈ окружность в плоскости _\\_В с радиусом р, определяющимся ф-лой (1) при р , ~^р. Частицы, испущенные из точки S (рис, 1) с угловой апертурой 2ф (траектории 1, 1', 1"), наиболее близко сходятся через 1/2 оборота («полукруговая» фокусировка в однородном поле). Ширина линии при точечном источнике Ах,)«рф2 (углы (р малы), Н ≈ф2/4. Если учесть конечные размеры источника S, ширину детекторной щели W и угловую расходимость частиц в направлении В (угол вертикальной апертуры 2г|э), то:
п ^=
4Р
однородном
а
Рис. "2. а ≈ схематическое изображение трохоидального Оста-спектрометра: S≈источник; Дет ≈ детектор; D ≈ циафрагми. Трохоидпльные траектории вылетевших в
угол ф г;обираются в пятно Л; б ≈ неоднородное магнитное
нием г по закону В≈ 1/> sin 0.
к-ран характеризует смещение dx положения ялоктрон-лишш при малом изменении энергии частиц:
tix
0
Отсюда R=
Светосилой 7 паз, долг я электронов, пылотсв-И1их на моноэпвргстич. источника, регистрируемых детектором: /=Йе/4лт, где Q ≈ телесный угол, в к-ром
Т. о., в однородном магн. иоле частицы, вылетавшие из источника под углами ^:2ф, сходятся л пятно разморим, пропорциональным фа. Это нал. фокусировкой в первом порядке. Достигнутой разрешение Д~10^3 при 7-2,Г>.10-4.
Попытки найти такую конфигурацию маги, поля, в к-ром осуществлялась бы фокусировка в более высоком порядке ILO ф, привили к неоднородным магн. полям. Плодотворном оказалась идея д в о и н о Л ф о к у-с и р о в к и как в плоскости орбиты ио углу ф, так и и направлении ноля П ио углу \\\> [К. Зигбан (К . SiegbaVm) и Н. Сиа[)т\\ольм (N. Hvarlfiolm), 194G], она лежит в
основе наиб, совершенных П.-с. (П,-с. л]^2). В нск-рмх из них поле аксиально симметрично и спадает с расстоянием г, как г~а(а.жУ»). В прябора.х этого ггипа достигнуто Л≈(1≈2).10-* мри £2/4л- (1,5≈и>10-:1.
Азимутальная вариация магн. лили (небольшие отклонения от осевой симметрии) позволила достичь фокусировки ещ╦ в более высоком порядке но углам гр и 1]). В 1967 К. Пьортснист {К- Bjorkwisl.) с сотрудниками осуществили фокусировку до fi-i'o порядка Л~1-10~5 при Q/2.T;-^10~3. С помощ])Ю такого Б.-с, Бь╦рквисту удалось в сер. 1070-х гг, исследовать верх, границу fi-споктра трития и получить оцонку массы нейтрино m <Г>0 эВ {см. Бета-распад].
Трохоидальные Б.-<*. Частицы в пил движутся не по окружностям, а но сложным траекториям, близким к трохоидам (рис. 2). Использование трохоидальпых траекторий предложено Ж. Тибо (J. ТЫ-в 1933 для разделения электронов и позитронов {дрейф трохоиды для них происходит в разные стороны). В дальнейшем Р. Бальцсром (Balxer, 1964) осуществл╦н Л.-с., где поле .изменялось с расстоянием но закону Ъ~\\1г sin О (г и 0 ≈ полярные координаты точки).. При движении частиц в таком поле в медианной плоскости (0 ≈ л/2) после одного периода трохоиды имеет место-
голе трохоидального
поло спадает с р песте JH-
Ш
О
ш
с и
ш
197
")
}
