Способ измерения скорости заряженных частиц

 

О П И С А Н И Е 263047

ИЗОБРЕТЕИИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ t ÅËÜÑTÂÓ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 14.1.1967 (№ 1126218(26-25) с присоединением заявки Ме

Приоритет

Опубликовано 04,11.1970. Бюллетень № 7

Кл. 21g, 13!17

21g, 13е50 комитет по делам изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

МПК H Olj

Н Oli

УДК 621.385.6.083.9 (088.8) Дата опубликования описания 2.XI.1970

Авторы изобретения

Б. С. Дмитриев, Ю. Д. Жарков и В, А. Рачков

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к способам измерения параметров (а именно скорости) пучка заряженных частиц с помощью СВЧ-устройств.

Известные способы измерения скорости заряженных частиц (например, метод задерживающего потенциала) вносят возмущение в измеряемую скорость, поэтому этими спос»бами невозможно измерить скорость заряженных частиц при движении их вдоль оси диэлектрического канала. Прохождение заряженных частиц в диэлектрических каналах используется в ряде электронных приооров: плазменных усилителях и СВЧ-генераторах, электронных зондах без внутреннето проводящего покрытия, предназначенных для измерения дисперсии и сопротивления связи замедляющих структур СВЧ- и других приборов, Для успешного конструирования этих приборов необходимо знать скорость электронов в разных участках диэлектрического канала.

Цель изобретения — измерение скорости заряженных частиц без возмущения их скорости в процессе измерений, в результате чего повышается точность, упрощается и ускоряется процесс измерений.

Предлагаемый способ измерения скорости заряженных частиц предусматривает прохождение заряженных частиц через замедляющую структуру с известной дисперсией (фазовой скоростью). Согласно изобретению, подбором частоты высокочастотного сигнала, подаваемого в эту замедляющую структуру, устанавливают режим невлияния, т. е. такой режим, при котором отсутствует взаимодействие движущегося потока заряженных частиц с замедленной электромагнитной волной, а скорость частиц равна фазовой скорости волны. Затем по дисперсионной кривой опре10 деляют фазовую скорость волны на этой «астоте, равную измеряемой скорости частиц.

Измерение скорости заряженных частиц предлагаемым способом основано на использовании эффекта взаимодействия их с бегущей электромагнитной волной, фазовая скорость которой известна. Как показывают теоретический анализ и экспериментальные исследования, при малых значениях параметра

СЛ (CN(02), определяющего величину ко 0 эффициента взаимодействия движущегося потока заря?кенных частиц с замедленной электромагнитной волной Сз= 0Rcn, где 1с — ток

4Uo

2S заряженных частиц, R„— сопротивление связи замедляющей структуры, Uo — ускоряю е щий потенциал, М= — — электронная дли2=

3Q на взаимодействия, 1 — длина замедляющей

263047

О системы, Р,:, v) — частота высокочастотve ного сигнала, v,— скорость заряженных частиц, существует так называемый режим нсвлияния частиц на волну, при котором скорость частиц точно равна фазовой скорости волны, и высокочастотное поле волны не оказывает возмущающего воздействия на пучок.

Измерить скорость заряженных частиц предлагаемым способом можно следующим образом.

Берут короткий отрезок замедляющей системы с известной дисперсией, и вдоль оси его пропускают поток заряженных частиц, скорость которых требуется измерить. Подбором частоты высокочастотного сигнала осуществляют режим невлияния, и по дисперсионной кривой определяют фазовую скорость волны на этой частоте. Скорость частиц в этом случае будет точно равна фазовой скорости волны.

Таким образом, измерение скорости сводится к измерению частоты сигнала и дисперсии замедляющей системы. Перемещая отрезок замедляющей системы вдоль потока и анализируя эффект взаимодействия, можно определить скорость в различных участках пучках (в частности, при движении пучка в диэлектрическом канале) без возмущения постоянной составляющей скорости пучка в процессе измерений.

Описанным способом были проведены измерения скорости потока электронов, движущихся в магнитном поле сквозь протяженную стеклянную трубку при различных давлениях водорода. Поток электронов формировался пушкой Пирса с диаметром катода 3,п,п и

1,8 мм и встреливался в стеклянную трубку длиною 280 лл и диаметром 5 или 2,5 лл.

Трубка заканчивалась коллектором электронов, на который подавали потенциал последнего анода пушки. С помощью манометрических ламп, титанового насоса и генератора водорода можно было изменять и измерять давление водорода в очень широких пределах (5 10 —:5 "10 6 лл рт. ст.). В качестве анализатора скорости электронов использовали короткий отрезок замедляющей системы спирального типа с параметрами: ctgg =24 (g — угол намотки спирали), средний радиус спирали 7,6 мл, диаметр провода 0,8 мл, длина спирали 50 лл. Стеклянную трубку помещали вдоль оси отрезка замедляющей системы, который свободно перемещали в продольном направлении без нарушения юстировкн пучка в магнитном поле.

На фиг. 1 показан один из вариантов блоксхемы установки для измерения скорости электронов предлагаемым способом; на фиг. 2 — кривая взаимодействия электронного

5 потока с бегущей электромагнитной волной (зависимость коэффициента взаимодействия У движущегося потока заряженных частиц с замедленной электромагнитной волной от скорости частиц v ).

10 Установка (фиг. 1) позволяет наблюдать область взаимодействия для величин электронного поглощения или усиления от 0,5 дб и выше.

Сигнал от генератора 1 стандартных сигпа15 лов через аттенюатор 2 поступает на отрезок замедляющей системы 8 (внутри которого расположена диэлектрическая трубка с пучком электронов, имеющая блок питания 4), далее через аттенюатор 5 и детекторную ка20 меру б проходит на осциллограф 7. Блок модуляции 8 дает возможность свипировать напряжение коллектора и последнего анода пушки с частотой 50ги„что обеспечиваетполучение на экране осциллографа области взаи25 модействия электронного пучка . с оегущей электромагнитной волной. Блок метки 9, предназначенный для высвечивания импульса электронного визира на кривой взаимодействия (фиг. 2), получаемой на экране осцилло30 графа, обеспечивает измерение по стрелочному индикатору ускоряющего напряжения в любой точке кривой взаимодействия, представленной на фиг. 2, в том числе и в точке

С, соответствующей режиму невлияния.

35 Установка собрана из стандартной аппаратуры, измерения скорости заряженных частиц на ней сводятся к определению напряжения.

Точность измерения предложенным спосооом не хуже 05 — 1 о о.

Предмет изобретения

Способ измерения скорости заряженных частиц, основанный на прохождении заряжен45 ных частиц через замедляющую структуру с известной дисперсией (фазовой скоростью), отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерений, подбором частоты высокочастотного сигнала, 50 подаваемого в замедляющую структуру, устанавливают режим невлияния, характеризуемый отсутствием взаимодействия движущегося потока заряженных частиц с замедленной электромагнитной волной и равенством скоро55 стей частиц и фазовой скорости волны, затем определяют фазовую скорость волны на этон частоте, равную измеряемой скорости частиц.

263047 фиг. 2

Составитель Л. Ф. Фролова

Редактор Т. 3. Орловская Техред 3. H. Тараненко Корректор Б. Л. Афиногенова

Заказ 2903 4 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и огкрытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4,5

Типография, пр. Сапунова, 2