Способ определения параметров пучка заряженных частиц и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к регистрации пучков заряженных частиц на различных ускорителях. Цель изобретения - повышение точности определения радиуса круговой развертки пучка и нахождения его центра. Способ основан на измерении падения напряжения на участке протекания по коллекторам тока заряженных частиц пучка. Коллекторы выполнены в виде проволочек одинаковой длины, укрепленных радиально в ионопроводе, причем одним концом проволочки заземлены на корпус ускорителя. Способ и устройство позволяют точно определить параметры круговой развертки пучка, а также повысить точность оперативного контроля за параметрами развертки пучка. 2 с. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к регистрации пучков заряженных частиц на ускорителях различного типа, в том числе осуществляющих круговую развертку пучка. Цель изобретения повышение точности измерения, повышение точности определения радиуса круговой развертки пучка и положение ее центра. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 эквивалентные схемы включения устройства; на фиг. 5 последовательность и форма сигналов, снимаемая с коллекторов. Коллекторы 1 устройства (фиг. 1-5) в виде проволочек из нихрома толщиной 0,02 см размещены в одной плоскости радиально через угловые интервалы в 90^о. Каждый из коллекторов одним концом закреплен в корпусе мишенного блока 2 с помощью изолятора 3, а другим концом на устройстве ввода воды 4 для охлаждения мишени 5, жестко связанной с корпусом мишенного блока. Мишень 5 крепится на корпусе мишенного блока с помощью прижимной крышки 6 мишенного блока. Внешние концы коллекторов через разъемы соединяются с регистрирующими трактами. В эквивалентной схеме включения устройства, приведенной на фиг. 4, источник ионов является генератором тока I_n7. После фокусировки, ускорения и развертки пучок ионов, характеризующийся током пучка I_n8 последовательно пересекает коллекторы 1 (фиг. 3) и попадает на мишень 5. Через коллектор 1, имеющий полное сопротивление R_k9, на участке между точкой пересечения его пучка и точкой заземления на корпусе ускорителя (сопротивление участка r_k10) протекает ток I_k11, определяемый количеством заряженных частиц пучка, сброшенных на коллектор. При этом I_k α˙ I_n, (1) где α коэффициент, учитывающий долю тока пучка, протекающую через коллектор. Ожидаемый коэффициент α определяется как отношение площади сечения участка проволоки, пересекаемого пучком, к площади поперечного сечения пучка. Он же учитывает и альбедо ионов от коллектора. Ток через входное сопротивление регистрирующего устройства 12 R_вх 13 практически не протекает, так как R_вх >> R_к. В точке пересечения пучка с коллектором, а значит и в точке подключения коллектора к регистрирующему тракту, на период времени указанного пересечения возникает импульсное падение напряжения U(t) l_к(t)·r_к= α(t)·I_n·ρ· , (2) где ρ удельное электрическое сопротивление материала коллектора; l_к длина коллектора на участке протекания тока; S площадь поперечного сечения коллектора-проволоки. Значение α (t) изменяется от 0 (момент касания пучком коллектора) до α_макс (момент максимального стока заряженных частиц при совпадении проволоки с диаметром пучка). Ток пучка на ускорителе контролируется, и во время проведения эксперимента он известен. Для максимального значения падения напряжения имеем U_макс= α_макс·I_n·ρ· . (3) При выбранной конструкции устройства и известном токе пучка I_n все величины, кроме l_к, известны. Следовательно, величина максимального падения напряжения на коллекторе будет зависеть только от точки пересечения пучком коллектора, т. е. U_макс A ˙ l_k, где A α_макс·I_n· const. (4) Для описанной в примере конструкции устройства, при диаметре пучка 2 см и значением его тока 100 мА, для величины l_k 10 см можно ожидать максимальное значение падения напряжения на коллекторе, равное 4.6 мВ. В качестве регистрирующего устройства можно использовать, например, осциллограф, ЭВМ. Наличие в устройстве менее трех коллекторов, так как определение радиуса развертки пучка возможно лишь в том случае, если известно не менее трех точек, лежащих на окружности, характеризующей развертку пучка в плоскости регистрации. Измерение на коллекторах сигнала в виде падения напряжения дает возможность определить место пересечения пучка заряженных частиц с каждым из коллекторов. По полученным таким образом точкам развертки пучка в плоскости установки коллекторов определяется радиус и местоположения центра развертки в этой плоскости. Переход от параметров развертки в плоскости регистрации к параметрам развертки в плоскости мишени в случае необходимости производится путем введения поправок на геометрический фактор. Внутренние концы коллекторов заземлены на корпус ускорителя. При таком подключении коллекторов появляется возможность измерять падение напряжения на участке коллектора, по которому протекает ток заряженных частиц пучка. Для обеспечения чувствительности устройства коллекторы выполняют в виде проволочек из материала с высоким омическим сопротивлением. На фиг. 5 показана последовательность и форма сигнала в виде падения напряжения, снимаемая с коллекторов и поступающая на регистрирующее устройство. Частота развертки пучка на мишени составляет 50 Гц, т. е. пучок делает один оборот за 20 мс. В верхнем ряду зависимости U(t) приведена последовательность сигналов для случая, когда центр развертки не совпадает с осью ускорителя. В нижнем ряду последовательность сигналов для случая, когда центр развертки совпадает с осью ускорителя. Как следует из графика, при визуальном наблюдении последовательности сигналов с коллекторов оператор, используя систему управления, добивается равенства сигналов, совмещая ось развертки с осью ускорителя. После этого по величине падения напряжения на коллекторах определяется радиус развертки пучка на мишени. Зависимость величины падения напряжения от степени развертки пучка при заданном токе пучка определяется предварительно на основе нейтронно-физических измерений. Этим самым определяется значение коэффициента А в формуле (4). В случае отсутствия необходимости совмещения оси развертки с осью ускорителя по полученным координатам точек пересечения пучка с коллекторами определяют центр развертки (центр окружности, описываемой пучком на мишени), его смешение относительно центра мишени и радиус развертки. Таким образом, достигается цель изобретения. Использование предлагаемого способа регистрации пучка заряженных частиц не только расширяет функциональные возможности коллекторных устройств в плане определения параметров круговой развертки пучка, но и повышает точность в определении характеристик импульсных и статических пучков при решении традиционных задач с использованием коллекторных преобразователей, обеспечивает оперативный контроль за параметрами развертки на экране видеоконтрольного устройства.

Формула изобретения

1. Способ определения параметров пучка заряженных частиц, основанный на регистрации электрического сигнала с коллектора с последующей обработкой результатов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют падение напряжения на участке протекания по коллектору тока заряженных частиц пучка. 2. Устройство для определения параметров пучка заряженных частиц, содержащее набор коллекторов, укрепленных через изоляторы радиально в корпусе ускорителя, подключенных к регистрирующему устройству, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения радиуса круговой развертки пучка и положения ее центра, коллекторы в количестве не менее трех выполнены из материалов с высоким омическим сопротивлением в виде проволочек одинаковой длины, заземлены внутренними концами на корпус ускорителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000        

---