Бесконтактный датчик временных параметров пучка ускоренных частиц

 

БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК ВРЕЖННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЧАСТЩ , содержащий отражательный электрод , соединенный с источником высокого отрицательного напряжения, микроканальную пластину с источником питания , токоприемник и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что., с целью повышения чувстви-тельности и помехозащищенности датчи ка, в него.дополнительно введены источник запирающего напр1 1жения, генератор строб-импульсов, низкочастртный фильтр и схема синзфониэации, причем положительныйвывод источника запирающего напряжения соединен с вы ходом микроканальной пластины, а отрицательный - с общей шиной токоприемник соединен через сопротивле1ше с общей шиной, через конденсатор - С; генератором строб-импульсов .И через низкочастотный фильтр - с регистрирукицим устройством, генератор стробимпульсов и регистрирующее устройство соединены со схемой синхро1тэвций, а источник отрицательного высокого I : напряжения положительным выходом соединен с входом ьмкроканальной плас- i тины.:

0% 01) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Ф

РЕСПУБЛИК

ЗИ) 601 Т 1 28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3322141/18-25 (22) 24. 07. 81 (46) 23.12.84, Бюл. Р 47 (72) А.Н.Брюханов, В.А.Резвов и Л.И.Юдин (53) 621.387.4(088.8) (56) 1. Резвов В.А. и Юдин Л.И. Устройство для непрерывного контроля параметров выведенного пучка циклотрона. ПТЭ, В 6, 1975, с. 23.

2. 1.L.eliza "Nickrochannel Plate

detectors" Nucl. Instr. and meth.

-v. 162, У 1-3, part П, 1979, р. 587 (прототип). (54)(57) БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЧАСТИД, содержащий отражательный злект- род, соединенный с источником высокого отрицательного напряжения, микроканальную пластику с источником питания, токоприемник и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью повыжекия чувстви-. тельности и помехозащищенности датчика, в него. дополнительно введены источник запирающего напряжения, генератор строб-импульсов, низкочастотный фильтр и схема синхронизации, причем положительный вывод источника запирающего напряжения соединен с выходом микроканальной пластины, i отрицательный — с общей пиной, токоприемник соединен через сопротивление . с общей инной, нерез конденсатор " с генератором строб-wnynscoa pt через:. низкочастотный фильтр - с регистри- рующим устройством, генератор строб 3 импульсов .и регистрирующее устройст во соединены со схемой сиихронизацнй, I а источник отрицательного высокого

;напряжения положительным выходом соединен с входом мнкроканальной плас-;: ф тины.

1009219

Изобретение относится к технике физического эксперимента и может быть использовано на ускорителях, в частности на циклотронах для диаг- ностики временных параметров микросгустков ускоренных частиц.

Известен бесконтактный датчик для диагностики временных параметров пучка ускоренных частиц, содержащий индукционный пикап-электрод и схему 10 преобразования сигналов (1) .

Недостатком датчика такого типа является его слабая помехозащищенность, связанная с тем, что физическая природа полезного сигнала и различного рода помех идентична (в обоих случаях связь с датчиком осуществляется электромагнитными полями).

Зто накладывает определенный предел на возможности применения таких датчиков на ускорителях.

Наиболее близким техническим решением к описываемому является бесконтактный датчик временных параметров пучка ускоренных частиц, содержа.Zg щий отражательный электрод, соеди— ненный с источником высокого отрицательного напряжения, микроканальную пластину с источником питания, токоприемник и регистрирующее устройство (2) .

Недостаток известного датчика заключается в том, что амплитуда выходных сигналов с токоприемника при регистрации микросгустков пучка цик35 лотрона весьма мала. Зто связано сфизическим ограничением среднего тока микроканальной пластины значением 1 мкА. При скважности микросгустков пучка Q-20 (частота повторения

10 мГц, длительность 5 нс} на нагрузке согласованного тракта Передачи с волновым сопротивлением p=50 OM амплитуда выходных сигналов будет

Ll 8 «(1 мВ. Регистрация стол малых широкополосных сигналов требует использования сложных широкополосных усилителей и в условиях значительных высокочаст тных помех связана с известными трудностями.

Целью изобретения является повышение чувствительности и помехозащищенности бесконтактного датчика временных параметров пучка ускоренных частиц.

Поставленная цель достигается тем, что в бесконтактный датчик временных параметров пучка ускоренных частиц, содержащий отражательный электрод, соединенный с источником высокого отрицательного напряжения, микроканальную пластину с источником питания, токоприемник и регистрирующее устройство, введены источник запирающего напряжения, генератор строб-импульсов, низкочастотный фильтр и схе. ма синхронизации, причем положительный вывод источника запирающего напряжения соединен с выходом микроканальной пластины, а отрицательный— с общей шиной, токоприемник соединен через сопротивление с общей шиной, через конденсатор — с генератором строб-импульсов и через низкочастотный фильтр — с регистрирующим устройством, генератор строб-импульсов и регистрирующее устройство соединены со схемой синхронизации, а источник отрицательного высокого напряжения положительным выходом соединен с входом микроканальной пластины.

На чертеже показана структурная схема бесконтактного датчика временных параметров пучка циклотрона.

Он содержит микросгусток пучка 1, отражательный электрод 2, источник высокого отрицательного напряжения 3, микроканальную пластину 4, блок питания микроканальной пластины 5, источ- ник запирающего напряжения 6, токоприемник 7, конденсатор 8, генератор строб-импульсов 9, систему синхронизации генератора строб-импульсов 10, фильтр 11, низкочастотный осциллограф 12; высокоомное сопротивление 13.

В стороне от оси пролета микросгустков пучка 1 размещен отражательный электрод 2, соединенный с источником высокого отрицательного напряжения 3. С другой стороны размещена микроканальная пластина 4 с блоком питания 5, выход которой соединен с источником запирающего напряжения 6.

Токоприемник 7 выходного тока микроканальной пластины 4 соединен через конденсатор 8 с генератором строб" импульсов 9 и через фильтр 11 — с низкочастотным осциллографом 12, причем на выходе фильтра включено высокоомное сопротивление 13. Частота строб-импульсов формируется системой синхронизации 10 иэ частоты уско- ряющего напряжения ускорителя.

Датчик работает следующим образом.

1009

Иикросгустки пучка 1, пролетая в районе размещения датчика, производят ионизацию молекул остаточного газа, рождая ионноэлектронные пары.

Освобожденные электроны под воздейстрием электрического поля, создаваемого отражательным электродом 2, соединенным с источником высокого отрицательного напряжения 3, попадают на вход микроканальной пластины 4, где 10 происходит их размножение. Выход микрокайальной пластины 4 подключен к источнику запирающего напряжения таким образом, что ток на токоприемнике 7 отсутствует. С приходом импульса 15 от генератора строб-импульсов 9 промежуток микроканальная пластина 4— токоприемник 7 открывается и на конденсаторе 8 появляется заряд, пропорциональный мгновенному значению тока 20 пучка в этот момент времени. При непрерывном смещении строб-импульсов относительно микросгустков на конденсаторе 8 выделяется низкочастотный сигнал, представляющий собой низкочастотный аналог сигнала микросгустков пучка. Через фильтр 11 этот сигнал подается на низкочастотный .осцил лограф 12.

Особенность описываемой схемы состоит в том, что в качестве смесительного диода стробоскопа используется промежуток между выходом микроканальной пластины и токоприемником.

Нормально запертый источником смещения промежуток открывается стробимпульсами, однако изменение заряда на конденсаторе (рабочий сигнал) появляется только при наличии выход219 4 ного тока микроканальной пластины.

Постоянная составляющая напряжения строб-импульсов на вход регистрирующего устройства не проходит благодаря конденсатору 8, а их высокочастотная составляющая легко подавляется простейшим фильтром 11.

Описываемое устройство позволяет на несколько порядков увеличить амплитуду выходных сигналов, а значит и чувствительность и помехозащищен" ность, при сохранении широкой полосы пропускания за счет стробоскопнческого преобразования выходного сигнала микроканальной пластины 4. Это обеспечивает измерение временных параметров микросгустков пучка практически во всем диапазоне рабочих токов ускорителя. Например, при давлении в ионопроводе 10 тор вероятность рождения ионноэлектронной пары одной частицы 10 5 1/см. При среднем токе ускоренного пучка — 1 мкА средний ток на входе микроканальной пластины 10 А. При коэффициенте умножения пластины ъ104 средний выходной ток 10 А. Применение стробирования позволяет использовать входное сопро. тивление предварительного усилителя порядка 1-10 мОм без ухудшения полосы пропускания устройства, которая определяется только длительностью строб-импульсов. Амплитуда выходных сигналов при этом составляет О, 1-1 В, что существенно превышает уровень низкочастотных помех.

Таким образом, пороговая чувствительность предлагаемого датчика, ограниченная помехами, составит величину 10 9 А среднего тока циклотрона.

1009219

Редактор О.Филиппова Техред С.Легеза КорректорМ.Максимишинец

Заказ 9232/3 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная, 4