Fascicul ionic
Un fascicul de ioni este un fascicul focalizat de particule încărcate , mai precis de ioni , generate de o sursă de ioni. [1]
Istorie
Istoria fasciculelor de ioni începe cu cercetările lui Ernest Rutherford asupra radiațiilor alfa din 1911. [2] Sursa de ioni din Rutherford a constat într-o radiopreparare, a cărei radiație alfa pentru dispersia Rutherford a fost concentrată cu ajutorul unui ecran de plumb .
Deja în 1928 primii ioni au fost accelerați artificial cu un accelerator echipat cu un tub de propagare . În anii următori, generatorul Cockroft-Walton și alte acceleratoare liniare au fost utilizate pentru generarea fasciculelor de ioni, până când în 1932 s-a realizat prima reacție nucleară artificială. [3] În anii 1930, optica electronică și, prin urmare, principiul opticii ionice au fost aduse la maturitate: cu ajutorul câmpurilor magnetice este posibil să focalizați un fascicul de ioni într-un mod similar cu un fascicul de lumină și astfel să-l transportați fără fascicul. expansiune. [3]
Datorită rezultatelor obținute în timpul celui de- al doilea război mondial în domeniul generării de microunde, s-a realizat o îmbunătățire rapidă a acceleratoarelor cu câmp variabil. La scurt timp după cel de-al doilea război mondial s-a descoperit principiul focalizării puternice: [4] cu ajutorul focalizării puternice este posibil să se îngusteze un fascicul de ioni pe distanțe mari într-un spațiu mic. Mai mult, cu ajutorul focalizării, fasciculul de ioni poate trece în mod repetat un câmp magnetic variabil accelerat într-un accelerator circular și, prin urmare, poate fi accelerat la energii mari.
Generaţie
Astăzi, fasciculele de ioni sunt generate cu ajutorul unor surse de ioni specializate, în care tipul de sursă depinde de cerințele de energie , starea de încărcare , curentul total sau pulsat și speciile ionice , care sunt impuse fasciculului de ioni. Sursele de ioni au în comun faptul că fasciculul de ioni este generat în vid. Pentru aceasta atomii neutri sunt mai întâi ionizați cu ajutorul diferitelor tehnici și apoi extrasați. În sursa ionică există și primul nivel de accelerație, care cu ajutorul unui câmp electric fixează o direcție principală de mișcare pentru ioni. [5] Numai după acest pas putem vorbi despre un fascicul de ioni.
Pentru unele aplicații, energia de ieșire a unei surse de ioni este suficientă și fasciculul de ioni poate fi utilizat direct. Alte domenii de aplicare, în special fizica nucleară și fizica particulelor , necesită energii mai mari, pentru care ionii trebuie ulterior accelerați într-un accelerator de particule .
Aplicarea în cercetare
În cercetare, fasciculele de ioni sunt utilizate în mod similar cu razele de electroni din fizica particulelor , fizica nucleară și fizica atomică . În plus față de sursa de ioni, un accelerator de particule este adesea folosit pentru a aduce ionii la energia necesară în scopul utilizării lor.
Aplicatie industriala
În industrie, fasciculele de ioni cu cea mai mică energie găsesc aplicații în câmpul energetic până la unele megaelectroni volți, în special pentru implantarea ionilor , de ex. în fabricarea dispozitivelor semiconductoare . Fasciculele de ioni cu cea mai mare energie sunt utilizate pentru generarea de radioizotopi și neutroni pentru medicină și analiza materialelor. Fasciculele de ioni sunt de asemenea utilizate pentru analiza izotopilor : în spectrometria de masă a acceleratorului se generează un fascicul de ioni dintr-un material cu o compoziție de izotop necunoscută. Apoi, diferențele în proprietățile optice ale ionilor diferiților izotopi sunt utilizate pentru determinarea compoziției izotopice și, prin urmare, a vârstei sau originii materialelor. În navigația spațială, sunt utilizate propulsoarele cu fascicul de ioni . [6]
Notă
- ^ Stanley Humphries, Charged Particle Beams , John Wiley și Sons, 1990, ISBN 0-471-60014-8 .
- ^ Ernest Rutherford, împrăștierea particulelor alfa și beta de către materie și structura atomului , în Philosophical Magazine , vol. 21, 1911, pp. pp. 669-688. Adus la 1 septembrie 2012 (arhivat din original la 28 iulie 2012) .
- ^ a b SY Lee, Accelerator Physics , World Scientific, 1999, ISBN 981-02-3710-3 .
- ^ ED Courant, Livingston, M. Stanley, Snider, S. Hartland, Sincrotronul cu focalizare puternică - Un nou accelerator de energie înaltă , în Physical Review , vol. 88, nr. 5, DOI : 10.1103 / PhysRev.88.1190 .
- ^ Ian G. Brown (ed.), The physics and technology of ion sources , ed. A II-a, Wiley-VCH Verlag GmbH, 2004, DOI : 10.1002 / 3527603956 , ISBN 9783527404100 .
- ^ Robert W. Hamm, Marianne E. Hamm, The beam business: Accelerators in industry , in Physics Today , vol. 64, nr. 6, 2011, p. 46, DOI : 10.1063 / 1.3603918 .
