Магнітний спектрометр
Магнітний спектрометр Magnetic spectrometer
Магнітний спектрометр– прилад для вимірювання імпульсів заряджених частинок кривизною їх траєкторій в магнітному полі. Магнітний спектрометр характеризується роздільною здатністю (точністю вимірювання імпульсу частинки) і апертурою (діапазоном кутів, під якими повинні потрапляти частинки спектрометр, щоб бути зареєстрованими на його виході). Пояснимо принцип роботи магнітного спектрометра, розглянувши найпростіший варіант.
Спектрометр складається з джерела заряджених частинок 1 (це може бути радіоактивне джерело або мішень, де відбувається ядерна реакція), напівкругової вакуумної камери, де створено постійне однорідне магнітне поле напруженістю Н, силові лінії якого перпендикулярні площині малюнка, і детектора частинок 2, реєструючого виходять із камери. Частинки джерела через щілинну діафрагму 3 потрапляють в камеру спектрометра. У камері вони рухаються круговими орбітами, радіуси R яких перебувають з рівності лоренцевої і відцентрової сил: qvH = mv 2 /R. Звідси отримуємо для імпульсу частки
Оскільки радіус орбіти частинки R в камері і напруженість магнітного поля в ній задані, то вихідну щілинну діафрагму 4 потраплять лише частинки, імпульс яких визначається співвідношенням (1). Магнітний спектрометр має фокусуючі властивості, які виявляються в тому, що пучок частинок з однаковими імпульсами, що розходиться під кутом α на вході в камеру, на її виході буде знову збиратися. Цей кут і є кутовий апертурою спектрометра. Змінюючи магнітне поле всередині камери, можна налаштовувати спектрометр на реєстрацію частинок із різними значеннями імпульсу. Тому магнітний спектрометр дозволяє визначати спектр імпульсів частинок, що вилітають зджерела. Якщо відома маса частки, то за імпульсом можна визначити її кінетичну енергію. Так, для нерелятивістської частки кінетична енергія Е пов'язана з її імпульсом p співвідношенням
Е = mv2/2=p2/2m.
Радіус кривизни R нерелятивістської частки маси m, що має заряд q і кінетичну енергію T в магнітному полі з індукцією визначається співвідношенням
R = (2Tmc 2) 1/2 /qB.
Для розрахунків зручно використовувати співвідношення (3) у системі одиниць, наведеної у квадратних дужках:
R[м] = (2T[МеВ]mc 2 [МеВ]) 1/2/300B[Тл]Z,
де Z – заряд частинки в одиницях елементарного заряду. Отримаємо розрахункову формулу для руху частинки в постійному магнітному полі, справедливу за будь-яких швидкостей. Сила Лоренца L, що діє на точкову частинку із зарядом q і швидкістю з боку магнітного поля з індукцією, дається так:
L = q/c × ,
де с – швидкість світла. Релятивістським рівнянням руху у разі є Другий закон Ньютона
d/dt = L,