Компьютерное моделирование газонаполненных сепараторов. I. конфигурирование ионно-оптической схемы Текст научной статьи по специальности «Физика»

ISSNGS6S-5SS6

НАУЧНОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, 2GG4, том 14, № 1, c. 5S-66

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

УДК 53.G72; 53: 6S1.3 © А. В. Мележик, А. П. Щербаков

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ СЕПАРАТОРОВ. I. КОНФИГУРИРОВАНИЕ ИОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

На основе специального выбора глобальной и совокупности локальных систем координат разработаны методика, алгоритм и программа конфигурирования ионно-оптической схемы газонаполненного сепаратора, состоящего из произвольного числа элементов: дипольных магнитов, квадрупольных линз, диафрагм и бес-полевых промежутков. Методика позволяет записывать уравнения траекторий ионов в различных элементах

схемы в инвариантном виде.

ВВЕДЕНИЕ

Газонаполненные сепараторы широко используются в ядерной физике для исследования структуры продуктов деления тяжелых ядер и для выделения сверхтяжелых элементов в асимметричных реакциях синтеза при бомбардировке твердых мишеней быстрыми частицами — нейтроноизбыточными изотопами [1]. Последняя задача привлекает в настоящее время наибольшее внимание в связи с недавними удачными экспериментами по синтезу новых элементов с атомными номерами 114 и 116 и попытками синтеза последующих элементов, приближающими к гипотетическому "острову стабильности" сверхтяжелых элементов [2]. Эти эксперименты проводятся сейчас в исследовательских центрах Дубны [3, 4], Berkeley [5], Jy-vaskyla (Finland) [6, 7], Osaka [8, 9], Darmstadt [10]. Газонаполненные сепараторы этих научных центров включают в себя: дипольный магнит (D) с однородным полем, осуществляющий сепарацию частиц, и ряд квадрупольных магнитных линз (Q), (чаще в виде дублета), фокусирующих пучок на детектор. Возможности такой схемы, как было отмечено в недавнем обзоре [1], представляются исчерпанными, и для развития исследований в этой области необходимы инструменты с улучшенными характеристиками.

Разработка новых сложных исследовательских систем, какими являются газонаполненные сепараторы, требует большого объема математического моделирования и исследований на базе оптики заряженных частиц с учетом взаимодействия с газовой средой. Последнее обстоятельство является весьма существенным, поскольку ионно-оптические характеристики газонаполненных сепараторов в очень большой степени определяются этим взаимодействием.

Разработанные к настоящему времени компьютерные модели газонаполненных сепараторов как у нас в стране [11], так и за рубежом [10, 12-14] привязаны к конкретным ионно-оптическим схемам и в основном ориентированы на калибровку сепараторов. Разработанные модели движения заряженных частиц не в полной мере учитывают физические процессы, в частности не учитываются многоэлектронные процессы обмена зарядом. До сих пор не было проведено систематического сравнения различных схем, не исследовались схемы, отличные от классической схемы и включающие в себя различные комбинации ди-польных магнитов, в том числе с неоднородным полем, и квадрупольных линз.

Целью данной работы является разработка компьютерной модели газонаполненного сепаратора произвольной конфигурации, ионно-оптическая схема которого включает произвольное число дипольных магнитов и квадрупольных линз, разделенных бесполевыми промежутками и расположенных в произвольном порядке. В качестве основного метода решения задачи исследования ионно-оптических характеристик принят траек-торный анализ, основанный на методе статистического моделирования, позволяющий в полной мере учитывать физические, технологические и конструктивные параметры моделируемой установки. Основное внимание в этой работе уделено методам конфигурирования ионно-оптической схемы.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГАЗОНАПОЛНЕННОГО СЕПАРАТОРА

Принцип работы газонаполненного сепаратора описан в ряде работ (см., например, [5, 10-12, 15]). Диспергирующим элементом сепаратора является

5S

дипольный магнит. Ион массы m , имеющий заряд q и скорость V, в магнитном поле индукции В в вакууме движется по траектории, определяемой силой Лоренца

Е = q[v х В]. (1)

Магнитная жесткость иона

mv

Bp =--------,

q

(2)

где р — радиус кривизны траектории (предполагается В1^), определяет траекторию его движения в однородном поле дипольного магнита. Ионы данной массы с различной магнитной жесткостью движутся по различным траекториям. Их распределение в фокальной плоскости сильно зависит от начальных распределений по скоростям и зарядам.

Если область магнитного поля заполнена газом, траектория движения иона наряду с магнитным полем определяется также столкновениями с молекулами газа. При столкновениях изменяется скорость иона (как по величине, так и по направлению) и его заряд. Если число столкновений достаточно велико, траектории ионов концентрируются вблизи траектории, соответствующей значению магнитной жесткости, определяемой средней

величиной (V / q), где q — средний равновесный заряд иона, устанавливающийся в результате большого числа взаимодействий с молекулами среды с передачей одного или нескольких электронов.

Если принять приближение Бора для среднего заряда

q = — Z1/3, v0

(3)

v0 = є / Й =

где Z — атомный номер иона,

= 2.19 • 108 см /с — боровская скорость, то для магнитной жесткости получаем

mvn

Bp=-70г = 0.02267 — (Т • м),

(4)

где A — масса иона в атомных единицах m0 (т = Аш0).

В этом приближении радиус кривизны траектории иона в магнитном поле зависит только от его массы и атомного номера (заряда ядра) и не зависит от ионного заряда и скорости. На этом основан принцип действия газонаполненного сепаратора: все ионы данной массы независимо от их начального заряда и скорости будут собраны в ограниченной области фокальной плоскости.

Размеры фокального пятна определяются главным образом характером флуктуаций ионного заряда, угловым рассеянием из-за многократных столкновений с молекулами газа и размерами области источника ионов (области зарождения продуктов ядерных реакций). Определенный вклад вносит разброс ионов по скоростям и скоростная зависимость среднего заряда, в принципе отличная от боровской (3). Перечисленные выше составляющие вклада в размеры фокального пятна неустранимы в силу самого принципа действия газонаполненного сепаратора, их вклад значительно выше вклада ионно-оптических аберраций. Поэтому газонаполненные сепараторы отличаются невысокой разрешающей способностью по массам и уступают по этому параметру вакуумным сепараторам. Однако независимость их аксептанса от начального ионного заряда и скорости крайне важна при выделении продуктов ядерных реакций, имеющих очень широкие распределения по скоростям и ионным зарядам. Газонаполненные сепараторы остаются незаменимыми в тех задачах, где требуется высокое пропускание и где их основной недостаток — невысокая разрешающая способность — не играет большой роли [1].

ПОСТРОЕНИЕ ИОННО-ОПТИЧЕСКОИ СХЕМЫ СЕПАРАТОРА

В газонаполненных сепараторах используются только элементы с магнитным полем: дипольные (Б) и квадрупольные ^) магниты. Любую схему сепаратора можно представить в виде определенной комбинации этих двух элементов, разделенных бесполевыми промежутками и диафрагмами. Таким образом, основными блоками, позволяющими построить ионно-оптическую схему (ИОС) произвольного сепаратора, являются:

а — дипольный магнит Б;

в — квадрупольный магнит Qh или Qv (индексы Ь или V показывают соответственно фокусировку в горизонтальной или вертикальной плоскости);

у — бесполевой промежуток или бесполевой канал (диафрагма).

Дипольный магнит описывается следующими ионно-оптическими и геометрическими параметрами:

а) углом поворота и радиусом центральной траектории р и р; при этом условимся, что (р> 0, р > 0, если поворот происходит по часовой стрелке, в противном случае р < 0, р < 0 . При таком выборе знаков длина центральной траектории в магнитном поле = рр положительна.

б) углами наклона входной и выходной границ

/ //

магнитного поля є иг; положительные значения этих углов отвечают фокусировке в вертикальной плоскости.

в) углом Я полураствора полюсных наконечников конусных полюсов магнита.

г) величиной О полузазора полюсных наконечников магнита.

Квадрупольный магнит описывается длиной центральной траектории в магнитном поле ,

радиусом апертуры га и значением индукции магнитного поля В вблизи полюсов.

Бесполевой промежуток и бесполевой канал (диафрагма) описываются их геометрическими размерами: длиной и размерами поперечного сечения.

Каркасом, на котором строится схема сепаратора, является центральная (осевая) траектория, состоящая для рассматриваемых нами элементов из отрезков прямых (для элементов типа в или у) и дуг окружности (для элементов типа а). Для ее описания вводится глобальная система координат (ГСК) ХУХ. Будем считать, что плоскость ХУ — плоскость дисперсии (плоскость симметрии ди-польных магнитов), или горизонтальная плоскость, XX — вертикальная плоскость (рис. 1). Каждому из элементов соотнесем свою двумерную локальную систему координат (ЛСК) х1 у1 в плоскости ХУ, где і — порядковый номер элемента

в схеме (рис. 1). Начало координат О1 локальной системы координат 1-го элемента поместим в точку входа центральной траектории в этот элемент, а ось 0 1 X направим вдоль центральной траектории. Локальная система координат полностью определяется глобальными координатами ее начала ХО1УО1 и углом ¥1 между осью 0 1 X и осью ОХ, который назовем углом ориентации ЛСК. Будем считать ¥1 > 0, если поворот от оси ОХ к оси 01X осуществляется по часовой стрелке, и ¥1< 0, если — против.

Для элемента с поворотом центральной траектории (типа а) при р{ < 0 осуществляем дополнительно отражение относительно оси О1 X, так что ось О 1 у1 будет направлена вдоль радиуса центральной траектории в точке входа по направлению от центра кривизны. Такое преобразование обеспечит нам инвариантность выражений для траекторий движения иона в ЛСК как при р{ > 0,

так и при р1 < 0.

Координаты начала ЛСК (1+1)-го элемента в глобальной системе координат и угол поворота ¥1 полностью определяются рекуррентными соотношениями.

Если 1-й элемент — элемент с прямолинейной центральной траекторией (элемент типа в или у), то для глобальных координат начала ЛСК (1+1)-го элемента имеем (см. рис. 2)

а

Рис. 1. Сепаратор из семи элементов. а — совокупность локальных систем координат (ЛСК); б — глобальная система координат (ГСК)

Рис. 2. Локальные системы координат для трех последовательных элементов схемы: с прямолинейной осевой траекторией (і-й элемент), с поворотом центральной траектории по часовой стрелке ((і+1)-й элемент), с поворотом центральной траектории против часовой стрелки ((і+2)-й элемент)

Xоі+1 = Xо + Sj cos¥і,

Y+1 = Yoi - Sj sin ¥t, (5)

7 i+1 = 7і ,

где Sj — длина центральной траектории в i-м элементе.

Если i-й элемент — элемент типа а с поворотом центральной траектории, то

XОі+1 = XОі + Pi (sin 7j+1 - sin 7iX ' Yoj+1 = Yoi +Pi (cos 7+1 - cos 7j), (6)

7j+1 = 7j +Vj.

Единообразие соотношений (б) обеспечивается указанным выше выбором знаков параметров ф

и p .

^нфигурация системы сепаратора — число, последовательность и тип элементов схемы и их параметры — однозначно определяет множество локальных систем координат: координаты начала ЛCK и их ориентацию.

Если известны координаты точки траектории

(х, у, z) в локальной системе координат i-го элемента, то ее координаты в глобальной системе определятся с учетом поворота вокруг оси O1 Z на угол ¥1 и параллельного переноса начала координат:

X = XО1 + х cos ¥i + y sin ¥i,

• Y = Y0i — x sin ¥i + y cos ¥i, (7)

Z = z.

Для элементов типа а (с поворотом центральной траектории) при pi < 0 сначала проводим отражение относительно оси O 1X : у ^ — у , а затем определяем глобальные координаты по формулам (7).

Тем самым мы описали траекторию иона как в локальной, так и в глобальной системе координат, связанной с установкой в целом. При этом локальные системы координат обеспечивают нам возможность записывать уравнения траекторий в инвариантном виде.

Начальными значениями для уравнений траектории в (1+1)-м элементе являются координаты конечных точек траекторий в i-м элементе, пере-

считанные в ЛСК (/+1)-го элемента, в том числе с учетом отражения, если (/+1)-й элемент типа а

С А-+1 < 0.

Введение локальных систем координат для каждого элемента схемы позволяет достаточно просто проверять геометрические условия прохождения с учетом величины межполюсного зазора ди-польных магнитов, радиуса апертуры квадруполь-ных линз и размеров диафрагм.

Таким образом, произвольная конфигурация сепаратора может быть описана в глобальной системе координат с помощью совокупности ЛСК в плоскости Z = 0, связанных с ней преобразованиями параллельного переноса, поворота и отражения относительно оси.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАЕКТОРИЙ

Для описания траекторий используется стандартная техника статистического моделирования. В ее основу положена микроскопическая модель движения ионов в газовой среде [16], учитывающая процессы обмена электронами иона с молекулами газа, рассеяние ионов на малые углы в результате многократных столкновений и потери энергии. В качестве промежутка дискретизации траектории принимается случайная величина — длина свободного пробега I между двумя последовательными столкновениями с изменением заряда иона. Длина свободного пробега генерируется в соответствии с соотношением

l = —Я ln R,

(8)

р(в) =

1

42коа

-exp

в‘

2а в

(10)

Стандартное отклонение распределения Ов пропорционально длине I отрезка траектории, пройденной ионом до столкновения, и концентрации молекул газа п. Его численное значение определяется на основе формализма Мейера [17], Зигмунда [18].

Энергия частицы уменьшается на величину

АЕ = , (11)

где 5 = - йЕ/— коэффициент торможения, значения для которого берутся из таблиц [19]. Скоростная зависимость коэффициента торможения определяется в соответствии с формулой Линдхар-да—Шарфа [20], если скорость иона сравнима со скоростями атомных электронов, но не слишком

велика (v < Z2/3v0, Z — атомный номер иона),

(12)

или в соответствии с формулой Бете—Блоха [21] для больших значений скорости

v

s = CBBn—ln(2mv /1), v

(13)

где R — равномерно распределенное на промежутке [0, 1) случайное число. Средняя длина свободного пробега Я определяется полным сечением dtot процесса изменения заряда и концентрацией n молекул газа

Я = 1/(nCTtot). (9)

В каждой точке столкновения производится изменение заряда иона в соответствии с вероятностями захвата ac / crtot и потери электрона <7l / dtot. В этих формулах <7С и <71 — сечения захвата и потери электрона соответственно,

^c + °1 =^tot.

В этой же точке производится пересчет направления движения и энергии частицы. В соответствии с принятой моделью угол отклонения траектории иона разыгрывается по нормальному закону

где I — средний потенциал возбуждения атомов среды. Коэффициенты С15 и Свв определяются атомными номерами иона и атомов среды [21].

На длине свободного пробега I ион движется по траектории, определяемой только внешним магнитным полем. Выражения для этих траекторий могут быть взяты в параксиальном приближении, поскольку вклад ионно-оптических аберраций в размеры фокального пятна значительно меньше вклада, обусловленного взаимодействием с молекулами среды.

ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ

Общая схема моделирования представлена на рис. 3.

Ионно-оптическая схема сепаратора представляется в программе в терминах блоков. Каждый блок — это элемент схемы со своими параметрами и соответствующая ему процедура расчета. Например, для элемента схемы "магнитный диполь" будем иметь:

• блок — дипольный магнит;

• расчетная процедура — dmgnGFS;

• параметры: углы наклона входной и выходной границ; длина и радиус центральной траектории в элементе; угол полураствора и величина по-лузазора полюсных наконечников конусных полюсов магнита.

v

0

ІпіЮГв

ИСТОЧНИК

приемник

Рис. 3. Общая схема программы

ргтпСРБ

Перечень типовых элементов и соответствующих расчетных процедур программы

Типовой элемент Расчетная процедура

Бесполевой промежуток ро1еіОР8

Бесполевой канал (диафрагма) 1хаМОР8

Вход в дипольный магнит еи1шОР8

Дипольный магнит dmgnGFS

Выход из дипольного магнита ехішОБ8

Квадрупольный магнит qmgnGFS

Приемник prmnGFS

Перечень типовых элементов (блоков) и соответствующих им расчетных процедур приведен в таблице. Любая ионно-оптическая схема может быть задана последовательностью таких блоков. Расчетные процедуры блоков "Бесполевой промежуток", "Бесполевой канал", "Вход в дипольный магнит", "Выход из дипольного магнита", "Приемник" моделируют движение ионов в бесполевом пространстве элементов схемы различной геомет-

рической конфигурации. Блоки "Вход в дипольный магнит" и "Выход из дипольного магнита" выделены в отдельные группы для удобства моделирования схем с косыми углами входной и выходной границ магнитного поля дипольного магнита. Расчетные процедуры блоков "Дипольный магнит" и "Квадрупольный магнит" моделируют движение ионов в однородном и квадрупольном магнитных полях соответственно.

Все начальные параметры программы хранятся в текстовом файле, который считывается при каждом запуске программы. В текстовом файле хранятся несколько групп данных, каждая из которых отвечает за определенную часть работы программы. Среди этих групп:

1) параметры окон (при запуске программы в качестве WindowsTM-приложения );

2) параметры схемы и геометрии;

3) полевые параметры магнитных элементов;

4) параметры начальных условий движения;

5) параметры блока рассеяния;

6) параметры режима счета и вывода результатов.

Параметры второй и третьей групп задаются в виде массивов, среди которых имеется массив конфигурации, определяющий порядок и тип элементов схемы. Такой подход позволяет в рамках единого кода сконфигурировать любую схему.

Расчет траекторий начинается с вызова процедуры initGFS (рис. 3), в которой генерируются начальные условия движения. Далее для каждой траектории производится последовательный проход по элементам схемы. Данные, полученные в результате работы программы, хранятся в виде одномерных и двумерных гистограмм распределений частиц по координатам, энергиям и зарядам.

Программа позволяет проводить моделирование траекторий без учета взаимодействия ионов со средой, а также с включением лишь отдельных факторов этого взаимодействия: малоуглового

рассеяния, потери энергии, изменения заряда. Это позволяет исследовать вклад каждого из перечисленных факторов в отдельности.

Программа предусматривает два режима работы: фоновый и стандартный. При стандартном запуске программа работает как многооконное Windows -приложение для одного набора начальных параметров. В этом режиме визуализируются схема и траектории ионов как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. При запуске в фоновом режиме программа запускается без визуального вывода на длительное время, как правило, с несколькими наборами начальных параметров. Фоновый режим позволяет более эффективно использовать программу, запуская ее с целым набором файлов начальных данных, а также позволяет делать выборку по значениям одного или нескольких параметров для каждого файла.

На рис. 4-8 представлены примеры конфигурирования ряда схем реально существующих и гипотетических сепараторов.

Газонаполненный сепаратор DGFRS Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ (г. Дубна) имеет конфигурацию DQhQv[ll]: дипольный магнит с однородным полем—квадрупольный магнит

с фокусировкой в горизонтальной плоскости— квадрупольный магнит с фокусировкой в вертикальной плоскости. Горизонтальный разрез его ионно-оптической схемы приведен на рис. 4. Здесь же показаны параксиальные траектории ионов без учета взаимодействия со средой. На рис. З приведены горизонтальный и вертикальный разрезы той же схемы со спрямленной центральной траекторией и с базовыми параксиальными траекториями.

Аналогичную конфигурацию имеют сепараторы SASSY [5], HECK [10], проектируемая модификация сепаратора RITU [7].

Принципиально иную конфигурацию имеет сепаратор JOSEF [22]. Он имеет симметричную схему и состоит из трех последовательно расположенных дипольных магнитов, причем первый и последний — с однородным полем, средний магнит — с полем B ~ 1/ p (рис. б, 7).

Рис. 4. Ионно-оптическая схема газонаполненного сепаратора Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ (г. Дубна) [11]. Конфигурация DQhQv. Приведены параксиальные траектории ионов без учета взаимодействия

а

Рис. 5. Горизонтальный со спрямленной осевой траекторией (а) и вертикальный (б) разрезы схемы газонаполненного сепаратора Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ (г. Дубна)

Рис. б. Ионно-оптическая схема сепаратора JOSEF [22]. Конфигурация DDD

Рис. Т. Горизонтальный со спрямленной осевой траекторией (а) и вертикальный (б) разрезы схемы сепаратора JOSEF

D2

Q

Рис. 8. Ионно-оптические схемы БОр-сепараторов: а — "С-конфигурации" (поворот центральной траектории в дипольных магнитах осуществляется в одном направлении) и б — "8-конфигурации" (поворот центральной траектории в дипольных магнитах осуществляется в противоположных направлениях)

На рис. 8 приведены две гипотетические схемы, состоящие из одинаковых элементов: двух дипольных и одного квадрупольного магнита. В первой схеме поворот центральной траектории в ди-польных магнитах осуществляется в одном направлении ("С-конфигурация"), во второй — в противоположных ("S-конфигурация"). Сравнение этих схем по степени уширения пучка ионов представляет интерес в связи с установленными ранее свойствами тандемных изотопных масс-спектрометров по изотопической чувствительности [23]: рассеяние ионов на остаточном газе вносит меньший вклад в уширение пиков в масс-спектрометрах, построенных по схеме S, по сравнению со схемой C.

Результатам моделирования траекторий ионов с учетом всего многообразия процессов рассеяния и сравнению различных схем будет посвящена отдельная статья.

ВЫВОДЫ

Предложенная методика и разработанные на ее основе алгоритм и программа конфигурирования ионно-оптической схемы составляют основу компьютерной модели газонаполненного сепаратора и позволяют генерировать схему, состоящую из произвольного числа элементов: дипольных магнитов, квадрупольных линз, диафрагм и бесполе-вых промежутков. Число элементов ограничено только ресурсами компьютера.

Введенные в работе глобальная система координат и связанные с отдельными элементами схемы локальные системы координат, получающиеся в результате параллельного переноса, поворота и отражения относительно оси, позволяют записывать уравнения траекторий ионов в различных элементах в инвариантном виде.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Leino M. Gas-filled separators - An overview // Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. B. 2003. V. 204. P.129-137.

2. Оганесян Ю.Ц. Новая область ядерной стабильности // Вестник РАН. 2001. Т. 71, № 7. С.590-599.

3. Oganessian Yu. Ts. et al. // Proceedings of Fourth International Conference on Dynamical Aspects of Nuclear Fission, 19-23 October 1998, Easta-Papiernieka, Slovak Republic. World Scientific, Singapore, 2000. P. 334.

4. Lazarev Yu. A. et al. // Proceedings of International School-Seminar on Heavy Ion Physics, 10-15 May 1993, Dubna, Russia. JINP, Dubna, 1993. P. 497.

5. Ghiorso A. et al. SASSY, a gas-filled magnetic

separator for the study of fusion reaction products // Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. A. 1988. V. 269. P. 192-201.

6. Leino M. et al. // Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. B. 1995. V. 99. P. 653-656.

7. Enqvist T., Heikkinen P. et al. The design of a new gas-filled separator at JYFL // Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. B. 2003. V. 204. P. 138140.

8. Miyatake H. et al. INS gas-filled recoil isotope separator // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 1987. V. 26. P.309-313.

9. Morita K. et al. RIKEN isotope separator on-line GARIS/IGISOL // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 1992. V. 70. P. 220-225.

10. Ninov V. et al. Separation of actinide-made transurania by a gas-filled magnetic separator // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A. 1995. V. 357. P. 486-494.

11. Subotic K. et al. Evaporation residue collection efficiencies and position spectra of the Dubna gas-filled recoil separator // Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. A. 2002. V. 481. P. 71-80.

12. Paul M et al. Heavy ion separation with a gas-filled magnetic spectrograph // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A. 1989. V. 277. P. 418-430.

13. Bazin D., Tarasov O., Lewitowicz M., Sorlin O. The program LISE: a simulation of fragment separators // Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. A. 2002. V. 482. P. 307-327.

14. Tarasov O., Bazin D. Development of the program LISE: application to fusion - evaporation // Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. B. 2003. V. 204. P.174-178.

15. Armbruster P. et al. Are gas-filled magnetic separators a useful tool to investigate heavy fast recoils from nuclear reactions // Nucl. Instr. and

Meth. 1971. V. 91. P. 499-507.

16. Melezhik A.V., Shcherbakov A.P., Yavor M.I. Computer based simulation of gas-filled recoil separators // Book of Abstracts "Workshop on Computational Physics dedicated to the memory of Stanislav Merkuriev, St.Petersburg, August 2427, 2003". St. Petersburg, 2003. P. 45-46.

17. Meyer L. Plural and Multiple Scattering of Low-Energy Heavy Particles in Solids // Phys. Stat. Sol. (b). 1971. V. 44. P. 253-268.

18. Sigmund P. and Winterbon K.B. // Nucl. Instr. Meth. 1974. V. 119. P. 541.

19. Northcliffe L.C., Schilling R.F. Range and Stop-ping-Power Tables for Heavy Ions // Nucl. Data Tables. A. 1970. V. 7, N 3-4. P. 233-463.

20. Lindhard J., Scharff M. Energy Dissipation by Ions in the keV Region // Phys. Rev. 1961. V. 124. P.128.

21. Готт Ю.В. Взаимодействие частиц с веществом в плазменных исследованиях. М.: Атомиз-дат, 1978. 272 с.

22. Lawin H. et al. The Julich on-line separator for fission products "JOSEF" // Nucl. Instr. and Meth. 1976. V. 137. P. 103-117.

23. Gall R.N., Pliss N.S., Shcherbakov A.P. Comparative Performance of Tandem and Double-Focusing Mass Spectrometers // Adv. Mass Spec-trom. 1980. V. 8. P. 1893-1902.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург

Материал поступил в редакцию 22.12.2003.

COMPUTER BASED SIMULATION OF GAS-FILLED SEPARATORS. I. THE ION-OPTICAL SCHEME CONSTRUCTION

A. V. Melezhik, A. P. Shcherbakov

Institute for Analytical Instrumentation RAS, Saint-Petersburg

The ion-optical scheme construction method, algorithm and program based on a global and a set of local coordinates choice were developed. The ion-optical scheme of a gas-filled separator includes dipole and quad-rupole magnets, apertures and drift spaces. The method applied allows trajectory equations to be invariant in different scheme elements.