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polarized ion source

  提供极化的离子流,以便经过加速而获得极化束的装置(见核的极化)。由于利用极化束进行核反应实验可得到有关核力、核结构、核反应机制、对称性及粒子物理的许多信息,因此从1953年起就开始了人工产生极化离子束的方法的探索。1960年终于建成首台极化离子源。目前世界上装备在各类低、中及高能加速器上的极化离子源已有几十台。

  人工产生极化离子束的常见方法有以下两种。

原子束型极化离子源

  其流程见图1。先通过高频放电将氢分子H2离解为氢原子H,处于基态(1S)的氢原子从喷嘴以超声速喷出后射入分离磁铁(一般为六极磁铁),分离磁铁对自旋顺磁场取向的原子起聚焦作用,对反磁场取向的原子起散焦作用,故在出口处将射出极化氢原子束H。再将H束引入射频跃迁管道以提高质子极化度。然后将H注入电离器使之在电子轰击下转化为H+,由此即得极化质子束。如需引出极化负离子H-束,需再让H+穿过一碱金属(如铯)蒸气附加管道,使H+转化为H-

兰姆移位型极化离子源

  氢原子的2S及2P态间有一能量差(4.4×10-6eV),此即兰姆移位。此源流程见图2。先从双等离子体离子源(或高频离子源)引出正离子H+。H+穿过铯蒸气管道后通过电荷交换转变为中性原子H。H可处于基态(1S)或激发态(2P及2S)。2P态寿命很短(1.6×10-9s),而2S态是亚稳态(寿命为0.1s),故2P态很快衰变。H(2S)原子通过为575Gs横向磁场及10V/cm静电场的极化器后,由于塞曼效应斯塔克效应使原子自旋在外场投影为-1/2的2S态与2P态混杂而引起快速猝灭,由此可引出投影为 +1/2的2S态中性极化原子。然后利用弱场中磁场的突然倒向并再过渡到强场则得质子极化度较高的H(2S)原子。为去掉混入的非极化1S态原子,可采用选择电离反应H+Ar─→H-+rr+。该反应在H能量为500eV时,其截面对2S态比对1S态大100倍,故H束通过氩气管道后可得极化度较高的负离子H-束。

  近来原子束型源技术向两个方向发展都取得了较大进展,一是通过中性Cs碰撞束技术得到中性极化原子束;二是改进了电离器及原子束输运系统,由此获得了较大的流强。利用原子束型原理建成了重离子Li及Na极化源。兰姆移位型源虽有空间电荷自猝灭效应的限制,流强也有提高,但主要进展是建成了自旋过滤器,可得到纯投影态的张量极化氘束。此型源较利于产生极化负离子束,发射度较小,故串列加速器多用此源。利用兰姆移位型原理还建成了氚及3He极化离子源。

  极化电子源近年来也取得很大进展。原理主要有极化Li原子光电离法、重碱土原子的圆极化光电离法、GaAs的光发射法、极化He原子的化学电离法及钨表面涂铁磁材料EuS的场致发射法等等。极化度为0.85时,流强为2×109电子/秒,极化度为0.43时,流强则可达1.2×1014电子/秒。

  在物理实验中,需要改变粒子束自旋方向,使之相对于束流方向取某一特定角度。利用静电反射镜可使自旋方向与束流方向由平行变为垂直或反之。欲任意改变自旋方向可用维恩(Wien)过滤器,粒子束在其中受到满足200712031850605-02.gif条件的静磁场 (B)及静电场(E)的作用,故束流方向不变而自旋方向因绕磁场(B)进动而变化。

  束流在输运到靶室的过程中,一般要穿过开关磁铁、分析磁铁及四极透镜等装置。这将使粒子自旋方向改变,为使粒子在靶上的自旋方向取特定值,需通过物理实验进行绝对刻度,以调整自旋方向的初始值。

  束流的矢量及张量极化度的绝对测量可采用光谱分析方法及猝灭方法,但实验中一般采用核反应的方法进行相对测量。

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