Способ регистрации импульсного рентгеновского излучения и устройство для его осуществления

 

1. Способ регистрации импульсного рентгеновского излучения,заключающийся в том,, что последовательно преобразуют временную структуру интенсивности регистрируемого импульса излучения во временную структуру импульса электронного пучка /гутем воздействия рентгеновским излучением на фотокатод, а затем путем воздействия отклоняющимися электрическими, и магнитными полями временную структуру импульса электронного пучка с фотокатода преобразуют в пространственную зависимость яркости в плоскости изображения, отличаюшийс я тем, что, с целью улучшения временного разрешения, формируют периодическую последовательность пакетов электронов путем воздествия на электронный пучок с фотокатода высокочастотным электрическим полем. амплитуда напряжения которого превышает энергию квантов регистрируемого излучения, затем полученную последовательность пакетов электронов дополнительно группируют путем воздействия на них переменными электромагнитными полями, а преобразование временной структуры последовательности пакетов электронов в пространственную зависимость яркости в плоскости изображения осуществляют электромагнитным полем, частота которого в целое число раз меньше частоты высокочастотного поля, воздействующего на фотокатод. 2.Устройство для осуществления способа по п.1,содержащее размещенные в вакуумной колбе рентгеновский : (П фотокатод и резонатор развертки, а вне колбы - СВЧ-генератор и блок регистрации , отличающееся тем, что в него введены последовател1 но расположенные в вакуумной колбе СВЧ-резонатор,в областимаксимального поля которого размещен фотокатод, группирующие, резонаторы и вторично-электронные умножители, установленные на выходе резонатора развертки , а также расположенные вне IvD колбы аттенюаторы, фазовращатели и CQ делитель частоты, причем резонатор подключен к СВЧ-генератору, группи Nl рующие резонаторы подключены к СВЧгенератору последовательно через аттенюаторы и фазовращатели, резонатор развертки подключен к СВЧ-генератору через делитель частоты, а электронные умножители соединены со входом блока регистрации. 3.Устройство по п. 2, о т л и - чающееся тем, что.после фотокатода размещена сетка, подсоединенная к источнику отрицательного относительно катода напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) H 01 3 31/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ .СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3352737/18-21 (22) 09..11.81 (46) 15.04.83. Бюл. M 14 (72) Н.И.Алексеева, t0.В.Андрианов;

В.Н.Баэдырев и Л.В.Дубовой (71) Научно-производственное объединение "Энергия" (53) 621 ° 385.837(088.8) (56) 1. Вавилов С.П Импульсная рентгеновская..техника. М., "Энергия", 1981, с. 63.

2. Волошин И.A. и. др. О принципиальной возможности .улучшения временного разрешения метода электрон. но-оптической хронографии.-"Радиотехника",. т. 32, Р 11, с. 80-85, 1977 (прототип );

3. Бутелов М.N. и др. Электронно-оптические преобразователи и их применение в научных исследованиях.

М, "Наука", 1978, с. 160-16.3 (прототип). (54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ИМПУЛЬСНОГО

РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, (57) 1. Способ регистрации импульсного рентгеновского излучения,заключающийся в том, что последовательно преобразуют временную структуру интенсивности регистрируемого импуль-, са излучения во .временную структуру ,импульса электронного пучка путем воздействия рентгеновским излучением на фотокатод, а затем путем воздействия отклоняющимися электрическими. и магнитными полями временную струк.туру импульса электронного пучка с фотокатода преобразуют в пространст.венную зависимость яркости в плоскости изображения, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью улучшения временного разрешения, формируют периодическую последовательность пакетов электронов путем воэдествия на электронный пучок с фотокатода высокочастотным электрическим полем, ÄÄSUÄÄ 1012371 А амплитуда напряжения которого превышает энергию квантов регистрируемого излучения, затем полученную последовательность пакетов электронов дополнительно группируют путем воздействия на них переменными электромагнитными полями, а преобразование временной структуры последовательности пакетов электронов в пространственную зависимость яркости в плбскости изображения осуществляют электромагнитным полем, частота которого в целое число раэ меньше частоты высокочастотного поля, воздействующего на фотокатод.

2. Устройство для осуществления способа по п.1,содержащее размещен- ® ные в вакуумной колбе рентгеновский фотокатод и резонатор развертки, а вне колбы — СВЧ-генератор и блок регистрации; о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены последовательно расположенные в вакуумной кол. Я бе СВЧ-резонатор,в областй максималь. ного поля которого размещен фотокатод, >ииий, группирующие. резонаторы и вторично-электронные умножители, установ- ® ленные на выходе резонатора раз- Ф вертки, а также расположенные вне колбы аттенюаторы, фазовращатели и делитель частоты, причем резонатор ф© . подключен к СВЧ-генератору, группирующие резонаторы подключены к СВЧгенератору последовательно через Фв аттенюаторы и фазовращатели, резонатор развертки подключен к СВЧ-генератору через делитель частоты, а электронные умножители соединены со входом блока регистрации.

3. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что после фотокатода размещена сетка, подсоединенная к источнику отрицательного относительно катода напряжения..

1012371

20

35

45 регистрации.

55 бО

Изобретение относится к технике регистрации импульсных рентгеновских излучений и может найти применение в измерительных устройствах с высоким быстродействием, используемых в ядернофизических и электрофизических импульсных установках.

Известен способ регистрации импульсного рентгеновского излучения, основанный на преобразовании рентгеновского излучения в излучение оптического диапазона и последующего преобразования оптического излучения в электрический сигнал $1 J.

Этот способ реализуется в уст ройствах, содержащих сцинциллятор и оптически связанный с ним фотоэлектронный умножитель(ФЭУ) . Известный способ и устройство на.его основе позволяют регистрировать импульсное рентгеновское излучение с высокой чувствительностью. (Я.

Однако временное разрешение ог.раничено временем высвечивания ! сцинциллятора и для лучших образцов органических сцинцилляторов не.лучше 10 ñ.

Наиболее близким к предлагаемому является способ регистрации импульсного рентгеновского излучения, заключающийся в том, что последовательно образуют временную структуру ин-, тенсивности регистрируемого импульса излучения во.временную структуру импульса электронного пучка путем воздействия рентгеновским излучением на фотокатод, а затем путем воздействия отклоняющими электрическими и магнитными полями, временную структуру импульса электронного пучка с фотокатода преобразуют в пространственную зависимость яркости в плоскости изображения (2 1.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее размещенные в вакуумной колбе рентгеновский фотокатод и резонатор раз вертки, а, вне колбы — СВЧ-генератор и блок регистрации (3).

Известный способ и устройство на

-его основе обеспечивают регистрацию низких уровней интенсивности излучений,в оптической области спектра и быстродействие до 10 с.

Однако при использовании этого способа и устройства для регистрации рентгеновского излучения быстродействие не превышает 10 Ос, что обусловлено хроматической аберрацией электронного пучка.

Целью изобретения является улуч, шение временного разрешения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регистрации импульсного. рентгеновского излучения, заключающемуся в том, что последовательно преобразуют временную структуру интенсивности регистрируемого импульса излучения во временную структуру импульса электронного пучка путем воздействия рентгеновским излучением на фотокатод, а затем путем воздействия отклоняющими1 электрическими и магнитными полями временную структуру импульса электронного пучка с фотокатода преобразуют в пространственную зависимость яркости в плоскости изоб)p ражения, формируют периодическую последовательность пакетов электронов путем воздействия на электрон-ный пучок с фотокатода высокочастотным электрическим полем, амплитуда напряжения которого превышает энергию квантов регистрируемого излучения, затем полученную последовательность пакетов электронов дополнительно группируют путем воздействия на них переменными электромагнитными полями, а преобразование временной структуры последовательности пакетов электронов в пространственную зависимость яркости в плоскости изображения осуществляют электромагнитным полем, частота которого в целое число раз меньше частоты высокочастотного поля, воздействующего на фотокатод.

В устройство для осуществления способа регистрации импульсного рентгеновского излучения, содержащее размещенные в вакуумной колбе рент,геновский фотокатод и резонатор развертки, а вне колбы — СВЧ-генератор и блок регистрации, введены последовательно расположенные в вакуумной колбе,СВЧ-резонатор, в области максимального поля которого размещен фотокатод, группирующие резонаторы и вторично-электронные умножители, установленные на выходе резонатора развертки, а также расположенные вне колбы аттенюаторы, фазовращатели и делитель частоты, причем резонатор подключен к СВЧгенератору, группирующие резонаторы подключены к СВЧ-генератору пос ледовательно через аттенюаторы и.фазовращатели, резонатор развертки подключен к СВЧ-генератору через

5О,целитель частоты, а электронные умножители соединены со.входом блока

Кроме того, после фотокатода размещена сетка, подсоединенная к источнику отрицательного относительно катода напряжения.

Сущность способа заключается в следующем.

При воздействии импульсного рентгеновского излучения на фотокатод в каждый момент времени эмиттируются электроны с широким спектром энергии (практически от 0 до максималъной энергии квантов рентгеновского излучения h9). Иэ-за различия

1012371

65 в скоростях эмиттированных электронов в процессе их движения в фокусирующей системе известных устройств происходит перемешивание электронов, эмиттированных в различные моменты времени (более быстрые электроны, рожденные в поздний момент времени, опережают медленные электроны, рожденные в более ранний момент времени ). В результате временная информация о характере протекающего 1р процесса искажается.

Согласно предлагаемому способу фотокатод находится под воздействием переменного высокочастотного поля постоянной амплитуды такой ве- 15 личины, что в прикатодной области электроны .в положительный полупериод ускоряются до энергии, превышающей энергию квантов регистрируе-. мого излучения. При этом в отри- цательный полупериод амплитуда поля достаточна, чтобы ни один электрон, эмиттированный с фотокатода, не вы- . шел из прикатодной области. Таким образом, .при воздействии на фотокатод переменного высококачественного поля на выходе из прикатодной области образуются пакеты электронов, следующие с частотой воздействующего поця и фазовая длина которых равна его полупериоду, т.е. ВЧ-пе-. ременным полем достаточной амплитуды осуществляется дискретизация временного процесса с шагом, равным полупериоду воздействующего поля.

Таким образом, временное разрешение 35 равно полупериоду ВЧ-поля. Затем образованные пакеты электронов дополнительно группируются высокочастотнымй полями, например, как в клистронах. СФормированные пакеты 4р электронов разворачиваются переменным электрическим полем, изменяющимся с частотой, в целое число раз меньшей частоты прикатодного поля постоянной ампдитуды и синхронизированного с ним во времени. .При этом положение пакета электронов в пространстве однозначно свя-, зано с моментом времени регистрируемого процесса, причем эта пространственная привязка воспроизводит,ся от импульса к импульсу. Это позволяет разместить в местах прихода пакетов электронов вместо люминисцентного экрана значительно превосходящие по чувствительности вторич.— 55 ные электронные умножители (ВЭУ), причем номер (или положение (ВЭУ) однозначно определяет временное соответствие исследуемому процессу.

Временное разрешение, обеспечиваемое 60 способом, составляет половину периода ВЧ-поля, воздействующего на фотокатод 4И= 1/2f. Например, для частот 30-60 ГГц предлагаемый способ обеспечивает временное разрешение (1 6-0, 8) 10-12с При переходе в миллиметровый диапазон достигаемый предел может быть уменьшен до 10 "3с.

Это на 2-3 порядка величины превосходит известные способы регистрации импульсного рентгеновского излучения.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройство для реализации способа содержит рентгеновский фотокатод 1, СВЧ-резонатор 2, СВЧ-генератор .3, ° группирующие резонаторы 4, аттеню- аторы 5, фазовращатели б, резонатор

7 развертки, делитель частоты 8, электронные умножители 9, блок регистрации 10, синхронизатор 11, сетку 12 °

Устройстйо работает следующим образом.

Регистрируемый импульс рентгеновского излучения, направленный на фотокатод 1, размещенный в СВЧ-резонаторе 2, накачиваемым СВЧ-генерато-. ром З,вызывает эмиссию электронов из фотокатода.СВЧ-электрическое напряжение в зазоре резонатора, амплитуда которого больше энергии фотоэлектронов, формирует на выходе из СВЧ-резонатора пакеты электронов в положительные полупериоды поля. В отрицательные полупериоды фотоэлектролы возвращаются полем на фотокатод. Затем пакеты электронов из СВЧ-резонатора поступают в группирующие резонаторы 4, требуемая амплитуда и .фаза поля в которых устанавливается аттенюаторами 5 и фазовращателями б.

Процесс группировки здесь осуществляется аналогично тому, как это делается в клистронах или ускорителях на- бегущей волне. После группировки. пакеты-электронов поступают в резонатор 7 развертки, который осуществ" ляет преобразование временной структуры последовательности пакетов электронов в пространственную зависимость яркости электронного пучка в плоскости изображения, в которой размещены ВЭУ 9. Резонатор развертки питается через делитель частоты 8 от генератора 3. Этим обеспечивается синхронизация ВЧнапряжения в резонаторе развертки с

ВЧ-напряжением в СВЧ-резонаторе.

При этом пакеты электронов всегда попадают в строго фиксированные положения в плоскости изображения. Поэтому оказывается возможным регистрировать электроны вторичными элект». ронными умножителями, размещенными в местах, соответствующих приходу электронных пакетов. Это обеспечивает высокую-чувствительность, так как в отличие от люминисцентных методов регистрации электронов возможно регистрировать каждый отдельный электрон с высокой степенью точнос1012371

Составитель Е. Пчелов

Редактор М. Петрова Техред С.Мигунова Кооректор М. Коста

Заказ 2781/бб Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ти; Выходы ВЭУ подключены к блоку регистрации 10, синхронизация которого осуществляется синхронизатором

11. Для уменьшения расплывания пакетов электронов на выходе из СВЧ-резонатора за.счет сужения энергетического спектра электронов в этом резонаторе в ряде случаев полезно разместить перед фотокатодом сетку 12, находящуюся под отрицательным потенциалом. Введение сетки с отрица- 10 тельным потенциалом перед фотокатодом позволяет исключить из пакетов низкоэнергетичные электроны, прн этом за счет некоторого снижения чувствительности упрощается конструкция системы группировки сгустков.

Предлагаемые способ и устройство позволяют регистрировать импульсное рентгеновское излучение с временным разрешением 10 12 — 10 " с, что на несколько порядков превосходит достигнутое в настоящее время в этой области спектра временное разрешение.