一類磁譜儀。用以分析品質大於質子的粒子引起的核反應中,反應產物能譜。早在E.盧瑟福時代,180°單聚焦磁譜儀就被用來研究天然α衰變,這是最早的重粒子磁譜儀。
原理 磁譜儀的作用在於使不同動量的帶電粒子通過磁場後在空間上分散開,並分別聚焦在位置靈敏探測器上。為達到高解析度,要求具有相同動量的粒子聚焦在探測器上的像點盡可能小。在核反應實驗中,為減少積累資料的時間,要求譜譜儀系統的接受立體角Ω盡可能大。如能在大接受立體角(如Ω≈10msr)下獲得良好動量分辨率如Δp/p=10-4,重粒子磁譜儀必須對二次以至高次像差進行精確修正。所以近代重粒子磁譜儀在結構上不僅采用瞭多個分立磁元件的組合形式,還使用瞭復雜邊界形狀的磁極。
為提高測量效率,不采用逐點改變磁場值的"單道"測動量譜的方法,這時譜儀要覆蓋一定的動量量程,如
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由於核反應出射粒子的動量同出射角度有關,則由譜儀孔徑張角內接受的粒子動量將有微小差異,從而不能嚴格聚焦在一點。這種純屬反應運動學造成的動量分散稱為運動學展寬,以因子 k量度,
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為瞭完全識別重離子核反應產物,還需知道它的質量,電離電荷和核電荷等多種參量。這就要求把譜儀的磁分析同其他類型的粒子分辨技術(如飛行時間技術,E-ΔE望遠鏡, 見核物理實驗中的粒子鑒別技術)等結合起來,所以重粒子譜儀大多數是混合的多參量測量系統。
典型的重粒子磁譜儀 分裂磁極譜儀 是20世紀60年代出現的高分辨、大立體角、寬動量量程(
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QDDD磁譜儀 為使譜儀適應位置靈敏焦面探測器的位置分辨,發揮高效率、高分辨的數據采集能力的優點,70年代做出一種垂直方向中間成像的大色散的QDDD磁譜儀,有時也稱它們為中間像譜儀,如圖1。譜儀由三塊分離的二極磁鐵以Q-MⅠ-DⅠ-MⅡ-DⅡ-DⅢ的光學程式構成(Q是四極透鏡,M是多極透鏡,而D是二極磁鐵)。QDDD 型磁譜儀具有曲線的磁極邊界形狀和多極元件M,可對直至八次的像差作完全的修正, 所以在全部接受的立體角下(10msr)達到高動量分辨(10-4)。兩個多極元件MⅠ、MⅡ可分別對垂直和水平方向的像差做近似獨立的修正。DⅡ的出口和DⅢ的入口的作用在於把焦面拉直,直焦面對焦面探測器的設計和安排十分有利。此外,在DⅡ出口和DⅢ入口處裝有鍛鐵片疊成的蛇形鐵(或稱蛇),可用於微調邊界形狀。這種磁譜儀可工作在│k│≤0.5情況下。它的焦面長1m,焦面角為45°,大都采用單電阻絲室作為焦面探測器。QDDD類型磁譜儀設計指標較高,同時兼顧到分辨、色散和接受立體角幾項性能,是一般核反應研究的有效工具。但這種譜儀系統結構復雜,體積龐大,造價昂貴。
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分裂磁極磁譜儀和QDDD磁譜儀多用來分析輕粒子或輕的重離子,且大都配置在串列靜電加速器或分離扇加速器上。
QQDQ磁譜儀 專門設計適於十分重的離子。它的最大特點是色散可變,運動學補償范圍大,譜儀內粒子飛行路程差 Δl小
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上述磁譜儀都是安裝在軌道上,可在水平平面上繞靶旋轉以改變探測入射角。此外,也還有一些其他具有不同功能的磁譜儀。