Моделювання проходження пучка високоенергетичних електронів через тонкі плівки титану та каптону

Анотація

Представлені результати комп’ютерного моделювання проходження високоенергетичних електронів через тонкі шари титану (Ti) та Каптонуâ (C₂₂H₁₀N₂O₅) у діапазоні енергій від 3 МеВ до 20 МеВ.  Моделювання проведено з використанням бібліотеки класів Geant4. Кількість первинних електронів дорівнювала 6.24×10⁷ для кожної серії розрахунків. Товщина титанової фольги у модельному експерименті дорівнювала 50 мкм, товщина плівки з Каптонуâ дорівнювала 110 мкм. Енергії первинних електронів обрані такими: 3 МеВ, 5 МеВ, 10 МеВ, 15 МеВ та 20 МеВ. Метою розрахунків є виявлення можливості використання плівки з Каптонуâ у вивідних пристроях лінійних прискорювачів електронів. Тому необхідно розрахувати вірогідні значення поглиненої у каптоні та у титані енергії для кожної енергії первинних електронів. Також важливою характеристикою є радіус розходження пучка електронів на певній відстані від плівки, або кут розсіювання електронів. У результаті розрахунків отримано енергетичні спектри гальмівних гамма-квантів, що утворюються під час проходження електронів через речовину плівок. Розраховані найбільш вірогідні значення поглиненої у титані та у Каптоніâ енергії. Оцінені радіуси розходження пучка електронів для плівки з каптону, а також для титанової плівки, на відстані 20 сантиметрів. Ці розрахунки проведені для енергії електронів 3 МеВ, 5 МеВ, 10 МеВ, 15 МеВ та 20 МеВ. Проведений порівняльний аналіз отриманих результатів обчислювальних експериментів. Показано, що коефіцієнт відношення сумарної кількості гальмівних гамма-квантів у разі використання плівки з Каптонуâ становить приблизно 0.56 до сумарної кількості гальмівних гамма-квантів у разі використання плівки з титану. Коефіцієнти відношення найбільш вірогідного значення радіусу розсіювання електронів після проходження Каптонуâ до найбільш вірогідного значення радіусу розсіювання після титану дорівнює від 0.62 при енергії електронів 3 МеВ до 0.57 при енергії електронів 20 МеВ. Аналіз розрахункових даних показав перспективність використання Каптонуâ (C₂₂H₁₀N₂O₅), як матеріалу для виготовлення вивідних пристроїв пучків високоенергетичних електронів у порівнянні з плівками титану, оскільки дозволяє суттєво знизити супутній фон утворених гальмівних гамма-квантів та зменшити радіус розсіювання пучка електронів.