Цилиндр фарадея

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ммэй neer

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3764536/24-25 (22) 03.07.84 (46) 07.11.86. Бюл. Ф 41 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.М. Кирова (72) В.М. Быстрицкий, В.М. Матвиенко и В.Г. Толмачева (53) 621.387.424(088.8) (56) I.Ì. Neui и др. "Proton and

Carbon Beams from à Magnetically

Insulated Diode", LPS — 266, Cornell

University, It haca, New — York, 1979.

Янг, Гольден, Капетанакос. Приборы для научных исследований, В 4, 1977.

Москалев В.А., Шестаков В.Г.

Контроль и измерение параметров пучков заряженных частиц. М.: Атомиэдат, 1973, с. 5-17.

„„Я0„„1222 55 A д11ф G О1 Т 1/29, Н 01 J 49/48 (54) (57) ЦИЛИНДР ФАРАДЕЯ, содержащий корпус с входным каналом и установленные в нем постоянный магнит, коллектор, соединенный с корпусом проводником, и пояс Роговского, расположенный вокруг проводника, о т л ич а ю шийся тем, что,. с целью увеличения точности измерения ионного тока, во входном канале перпендикулярно коллектору установлена система тонких параллельных полюсам магнита проволочек, концы которых электрически соединены между собой и с корпусом сетками, причем расстояние между проволочками и размер ячейки сеток о<с„ s 5 ° 10 В (Гс), а рас- Е стояние между коллектором и ближайшей к нему сеткой й< > 80/B (Гс), где  — величина поперечного магнит- . С" ного поля, создаваемого магнитом.

Ф%

Ъю

1222055 (Rm; Е; )

500 B

Изобретение относится к технике измерения параметров пучков заряженных частиц и может найти применение в экспериментах с использованием импульсных потоков заряженных частиц, в частности, при работе на сильноточных ускорителях ионов.

Целью изобретения является увеличение точности измерения ионного тока.

На чертеже показан цилиндр Фарадея, содержащий корпус 1, входной канал 2, коллектор 3, соединенный с корпусом 1 проводником 4 и выполненный в виде пластины с вертикальными ребрами, служащими для уменьшения вторичной эмиссии, постоянный магнит

1; регистрирующий элемент 6 пояс

Роговского, расположенный вокруг проводника 4; систему тонких проволочек

7, расположенных во входном канале 2 параллельно полюсам магнита 5, проводящие сетки 8, с помощью которых концы проволочек 7 соединены между собой и с корпусом 1.

Цилиндр Фарадея работает следующим образом. Идущий от ускорителя сильноточный пучок с энергией порядка 1 МэВ, нейтрализованнй по заряду и по току сопровождающими его низкоэнергетичными электронами (порядка единиц КэВ), попадает во входной канал 2 цилиндра. Под действием поперечного магнитного поля, созданного магнитом 5, электроны и ионы начинают двигаться в плоскости, перпендикулярной магнитному полю и сечению пучка, по Ларморовским окружностям с радиусами где в; — массы ионов и электронов

I соответственно; энергия ионов и электроэВ;

В вЂ,величина магнитного поля, I ca

В первом приближении искривлением траекторий ионов можно пренебречь.

Вследствие этого на входе цилиндра

Фарадея наблюдается разделение зарядов поперек пучка и силовых линий магнитного поля. Но поляризационный слой и, соответственно, электрическое поле при этом оказываются очень малыми, т.к. отклонившиеся по Лармеру электроны попадают на заземленные сетками 8 и расположенные друг от друга на расстоянии о проволочки

7 и стекают по ним на корпус 1. Ионы же в силу того, что радиус Лармора

Гм, для них больше в е, чем у электронов, сохраняют практически свое

10 прямолинейное движение. Введя численные коэффициенты и пределы, в которые укладываются значения для обычно используемых пучков — (Е„ = 1 МэВ, m; протоны, j; = 10 А/см ), формулу для

15 О (толщины поляризационного слоя) упрощают, она принимает вид: 3 „1 6

-Ф

5 ° l0 В (Гс) . Установив эаземленнь|е проволочки 7 на этом расстоянии, мы как бы "разрываем" расстояния, на ко20 торых должна происходить поляризация, т.е. уменьшаем поле поляризации до значения, заведомо недостаточного, чтобы обеспечить дрейф электронов в направлении движения ионного пучка

25 со скоростью, примерно равной скорости ионов. Сняв дрейф электронов, мы снимаем токовую нейтрализацию пуч, ка и увеличиваем точность токовых измерений. Зарядовая нейтрализация

30 пучка при этом осуществляется "холодными" электронами, вытягиваейыми остаточным электрическим полем пучка из стенок корпуса 1 и проволочек

7 вдоль силовых линий магнитного поля. Эти электроны создают электронный фон, замагниченный вдоль силовых линий, двигаясь сквозь который, ионный пучок оказывается с высокой степенью нейтрализованным по заряду и не рассыпается при движении к приемному коллектору 3. Таким образом, на поверхность коллектора 3 падает ионный пучок, свободный от сопровождающих его электронов. Этот пучок

45 выбивает с поверхности коллектора 3 вторичные электроны, которые заворачиваются.магнитным полем на коллектор 3 и, попадая на ребра, остаются в них. Пояс Роговского регистри50 рует полньй ионный ток

Длина проволочек 7 выбирается из условия требуемой точности измерения: т.е., учитывая, что ионы отклоняются магнитным полем по Ларморовским орбитам, необходимо, чтобы как можно большая часть ионного пучка, вошедшего во входной канал 2 цилиндра Фарадея, достигла коллекто1222055

3 ра 3. Определив радиус Лармора для ионов и приняв погрешность измерения 107, длину проволочек 7 находят следующим образом:

10 --"- -- = 10 1 --- — — = 7 см (В (Гс) 1 1 10

3 6 5 ° 10 В(1 с) 5 ° 10 ° 1 ° 10 и (Йц,(см)1 и (см) е 10 ---" — --

B(rc) -"0,5 см.

3,14 25 =

Площадь сечения Ц.Ф. S

1О

78,5 см

Площадь ячейки сетки $

= 0,25 см .

Количество проволочек, щих углов ячеек сетки, f5

0,5 х 0,5 = соответствуюравно: й(см) З 80/В (Гс).

Составитель Б. Рахманов

Техред М.Ходанич Корректор В. Бутяга

Редактор Э. Орлова

Заказ 6054/1 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Расстояние между коллектором и ближней к нему сеткой выбирается из условия, чтобы выбитый ионным пучком из коллектора 3 электрон не попал на сетку 8. Для выполнения этого условия будет достаточно, чтобы расстояние было больше или равно двум

Ларморовским радиусам электронов.

Введя также допущения и ограничения, как и ранее, получают, что это расстояние обратно пропорционально величине магнитного поля

Например, для пучков с диаметром

5 см, энергией 1 МэВ, плотностью тока 10 А/см, ш — протоны, радиус цилиндра Фарадея примем равным 5 см, значение индукции магнитного поля берем равным 1 ° 10 Гс, тогда

80 80

« 1 В (Гс) 1 ° 10

S 785

31,4 шт.

S, 0,25

По сравнению с прототипом, в такой конструкции цилиндра Фарадея для измерения тока сильноточного ионного пучка полностью отсекаются сопровождающие его электроны, устраняются потери части ионного пучка sa счет рассекания на участки его траектории от точки разделения с сопровождающими электронами до приемного коллектора, т.е. увеличивается точность измерения ионного тока.