Введение
Траектория пучка ускоренных частиц
В физике ускорителей, линия пучка (beamline) относится к траектории пучка частиц, включая общую конструкцию участка пути (направляющие трубки, диагностическое оборудование) вдоль определенного направления в ускорительском комплексе. Этот участок может быть либо линией в линейном ускорителе, по которой движется пучок частиц, либо путем, ведущим от источника частиц (например, циклического ускорителя, источников синхротронного излучения, циклотронов или источников спалляции) к экспериментальной установке. Линии пучка обычно заканчиваются экспериментальными станциями, использующими пучки частиц или синхротронное излучение, полученное из синхротрона, или нейтроны из источника спалляции или исследовательского реактора. Линии пучка используются в экспериментах по физике частиц, материаловедению, биологии, химии и молекулярной биологии, а также для радиационных испытаний или производства изотопов.
the line in a linear accelerator along which a beam of particles travels, or
the path leading from particle generator (e. g. a cyclic accelerator, synchrotron light sources, cyclotrons, or spallation sources) to the experimental end station. Beamlines usually end in experimental stations that utilize particle beams or synchrotron light obtained from a synchrotron, or neutrons from a spallation source or research reactor. Beamlines are used in experiments in particle physics, materials science, life science, chemistry, and molecular biology, but can also be used for irradiation tests or to produce isotopes.
Лента излучения в ускорителе частиц
В ускорителях частиц лучевая линия обычно размещается в туннеле и/или под землей, заключенная в бетонную оболочку для защиты от излучения. Лучевая линия обычно представляет собой цилиндрическую металлическую трубу, как правило называемую лучевой трубой, и/или дрейфовую трубу, откачанную до высокого вакуума, чтобы на пути пучка ускоренных частиц было как можно меньше молекул газа, которые в противном случае могли бы рассеять их до достижения цели. На лучевой линии располагаются специализированные устройства и оборудование, предназначенные для создания, поддержания, контроля и ускорения пучка частиц. Эти устройства могут находиться вблизи лучевой линии или быть непосредственно к ней прикреплены. К ним относятся сложные преобразователи, диагностическое оборудование (мониторы положения и проволочные сканеры), линзы, коллиматоры, термопары, ионные насосы, ионные датчики, ионные камеры (для диагностики; обычно называемые "лучевыми мониторами"), вакуумные клапаны ("изолирующие клапаны") и запорные клапаны, и это лишь некоторые примеры. Крайне важно, чтобы все секции лучевой линии, магниты и т.п. были выровнены (часто с помощью геодезической съемки и бригадой специалистов по выравниванию, использующих лазерный трекер), при этом лучевые линии должны соответствовать микрометрической точности. Точное выравнивание помогает предотвратить потери пучка и столкновения пучка со стенками трубы, что приводит к образованию вторичного излучения и/или радиации.
Программное обеспечение для моделирования линии луча
Хотя разработка синхротронной линии луча может рассматриваться как применение рентгеновской оптики, существуют специализированные инструменты для моделирования распространения рентгеновского излучения вдоль линии и его взаимодействия с различными элементами. Существуют программы трассировки лучей, такие как Shadow и McXTrace, которые рассматривают рентгеновский луч в рамках геометрической оптики, а также программное обеспечение для волновой прогностики, учитывающее дифракцию и волновые свойства излучения. Для понимания полной или частичной когерентности синхротронного излучения необходимо учитывать волновые свойства. Программы SRW, Spectra и xrt предоставляют такую возможность, причем последняя поддерживает "гибридный" режим, позволяющий переключаться с геометрического подхода на волновой на заданном оптическом участке.
Нейтронная линия
Поверхностно, нейтронные пучки отличаются от пучков синхротронного излучения главным образом тем, что в них используются нейтроны, полученные из исследовательского реактора или источника спалляции, а не фотоны. Поскольку нейтроны не имеют заряда и их сложно перенаправить, их составные части существенно отличаются (например, черенковские счетчики или нейтронные суперзеркала). Эксперименты обычно измеряют рассеяние нейтронов образцом или передачу энергии образцу при исследовании.