Испытания на воздействие микрометеорных тел, страница 4

На рисунках 3.5.4. и 3.5.4.а. показана конструкция инжектора, разработанная в НИИ ЯФ МГУ и выполненная так, чтобы предотвратить загрязнение металлической пылью вакуумного объема трубки основного ускорителя. Она дает возможность менять интенсивность пучка частиц в широких пределах, начиная от единиц в секунду до нескольких сотен. Время работы инжектора от одной загрузки порядка сотен часов.

Для зарядки микрочастиц используется контактный способ. Если сферическая частица радиуса r касается заряжающего сферического электрода радиуса R , то ее заряд будет равен

            (3.5.5.)

где V - напряжение на сферическом эаряжающем электроде.

При R>> r заряд микрочастицы можно рассчитать по формуле

                       (3.5.6.)

которая совпадает с выражением для заряда сферической частицы в плоском конденсаторе.

Из-за конструктивных особенностей инжектора потенциал заряжающего электрода является одновременно и начальным ускоряющим потенциалом. Скорость частиц v и заряд Q вначале пропорциональны приложенному потенциалу V , а при достижении напряженности поля на микрочастице близкой к критической, заряд ее становится постоянным. Поэтому зависимость скорости вылетающих из инжектора микрочастиц от потенциала имеет два характерных участка: Q ~ V и v ~ V до насыщения, и Q = const и v = V^1/2 в области насыщения.

Используемый металлический порошок (Al, Ni , Cr, W, Со, Ti) обычно имеет размеры частиц 0,1…5 мкм. При ускоряющем напряжении на инжекторе  V = 10…15 кВ вылетающие из инжектора частицы имеют скорость в пределах 0,05…5 км/с, причем величина скорости сильно зависит от формы, размера и материала металлических пылинок.

Для достижения более высоких скоростей частицы из инжектора направляются в ускорительную трубку электростатического ускорителя (см. рисунок 3.5.5.). Дополнительная скорость v приобретаемая в ускорительной трубке частицей с зародом Q и массой m , определяется известным соотношением

                          (3.5.7.)

где V- постоянное напряжение, приложенное к трубке.

Определение скорости заряженных микрочастиц осуществляется по времени пролета частиц расстояния между двумя электродами (рисунок 3.5.6.). Импульс с первого кольца (пояс Роговского) запускает ждущую развертку осциллографа, импульсы со второго и третьего колец наблюдаются на экране. Время между этими импульсами и характеризует скорость микрочастицы.

Измеряя скорость и амплитуду импульсов с колец, пропорциональные заряду частиц, можно затем рассчитать значения заряда и массы частицы.

Ускорение микрочастиц осуществляется, как уже указывалось, в линейных ускорителях. На рисунке 3.5.7. приведена схема линейного ускорителя искусственных микрометеорных частиц. В нем имеется 10 пролетных трубок, которые поочередно присоединены к противоположным полосам источника переменного напряжения амплитудой 300 кВ и частотой 36 кГц. Частота ускоряющего напряжения, размеры пролетных трубок и ускоряющих промежутков подбираются так, чтобы частицы, имеющие удельный заряд 30 Кл/кг, пролетая через ускоряющую систему, оказывались бы в ускоряющем электрическом поле во всех промежутках. В ускоряющую систему частицы инжектируются с начальной скоростью 5,1 км/с, которую они приобретают в электростатическом ускорителе. Вследствие большого разброса значений удельного заряда ускоряемых частиц линейный ускоритель с фиксированной частотой будет ускорять лишь небольшую долю инжектированных в него частиц. Для ускорителей такого типа радиальную фокусировку производить трудно», поскольку сетки не могут быть использованы вследствие нежелательного уменьшения прозрачности ускоряющей системы, а магнитная фокусировка частиц с небольшим отношением Q/m малоэффективна.