Датчик энергии пучка ускоренных электронов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное z авт. свид ву— (22) Заявлено 10.01.80 (21) 2868419/18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.03.82. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 30.03.82 (51) М.Кл.з С 01 Т 1/29

Государственный комитет

СССР (53) УДК 621.387.424 (088.8) по делам изобретений и открытий

/ т

4 ( (72) Автор изобретения

К. А. Виноградов

:, (71) Заявитель

Московский ордена Трудового Красного Знамен инженерно-физический институт (54) ДАТЧ И К Э Н ЕРГИ И ПУЧ КА

УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ

Изобретение относится к области ускорительной техники, преимущественно к технике измерения параметров пучков заряженных частиц и может быть использовано для измерения тока и средней энергии пучка ускоренных электронов в ускорителях, применяемых в прикладных целях.

Известен широкий класс устройств для измерения энергии ускоренных частиц, реализующих различные способы измерения. В ускорителях рассматриваемого типа наиболее распространенными являются магнитные анализаторы, калориметры и абсорбционные преобразователи.

Магнитный анализатор (1) измеряет энергетический спектр, по которому можно рассчитать среднюю энергию частиц. Тем самым анализатор выдает избыточную информацию, а сам процесс измерения является достаточно сложным. Кроме того, собственно анализатор является громоздким устройством и требует достаточно сложного приборного оснащения.

Калориметрический преобразователь (2) измеряет полную энергию пучка. Для измерения средней энергии частиц его показания необходимо нормировать на ток пучка, для чего он должен быть дополнен соответствующим датчиком. К недостаткам калориметра можно также отнести его инерционность, громоздкость и сравнительно сложную конструкцию.

Наиболее близким к заявляемому устройству является абсорбционный датчик энергии пучка ускоренных электронов, содержащий две металлические изолированные пластины, установленные последовательно по ходу пучка, первая из которых выполняет функцию поглотителя, а вторая — коллектора прошедших первую пластину частиц. Ток с первой пластины пропорционален току падающего пучка и является функцией энергии частиц, Зависимость коэффициента поглощения от энергии получают, осуществляя нормировку на полный ток:

К = — = F(E).

/o

Ускорители рассматриваемого класса, как правило, имеют энергетический спектр конечной ширины, который принято характеризовать интегральной величиной—

26 средней энергией. Двухпластинчатый абсорбционный датчик, в общем случае, измеряет величину отличную от средней энергии. В самом деле представим зависимость

f(Е) в виде суперпозиции линейной ф(Е) и

ЗО нелинейной у (Е) функций:

830891

Т, 1- макс

Для спектра конечной ширины имеем анаис 1накс

К,(Е) = J K(E). l(E)dE (l(E)dE =

EMèí 1иин (1) Е. /(Е) dE

Е„,„„, х(Е) l(E)dE (ЦЕ) dL (l(E)dE где 1(Е) — энергетический спектр.

Согласно определению средней энергии Е выражение (1) можно представить в виде

К,(Е) = (Е-+-Ь+ А. (2)

Из (2) следует, что отклонение зависимости /(Е) от линейной приводит к появлению ошибки в измерении средней энергии, определяемой величиной А.

Рабочий диапазон характеристики датчика ЛЕ = Е„,к,— Е„,, относительно невелик и не перекрывает диапазон перестройки ускорителей по энергии. Этот недостаток можно устранить, используя вместо первого поглотителя несколько пластин, соединяемых гальванически в группы различной толщины в зависимости от измеряемой энергии, однако, это усложнит конструкцию .и затруднит измерения, так как каждой группе соответствует градуировочная зависимость.

Цель изобретения — повышение точности измерения средней энергии и расширение диапазона измеряемой энергии электронов.

Это достигается за счет того, что в известном датчике, содержащем две металлические изолированные пластины, установленные последовательно по ходу пучка, в первой пластине выполнены в направлении параллельном пучку электронов равномерно расположенные несквозные отверстия с диаметром много меньше диаметра пучка частиц.

На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого датчика; на фиг. 2 — графики зависимости коэффициента поглощения от энергии частиц.

На пути пучка электронов расположены последовательно друг за другом поглощающая пластина 1 толщиной L и коллектор 2.

В первой пластине сделаны несквозные отверстия 3 на глубину L — 4.

Пучок электронов взаимодействует с поглотителем 1, тормозится в нем, образуя непрерывный энергетический спектр. При этом часть частиц, зависящих от начальной энергии и толщины пластины, поглощаются и создают на ней избыточный отрицательный заряд, в результате чего в цепи потечет ток l . Прошедшие электроны поглощаются коллектором 2, что приводит к появлению в цепи второго электрода тока 1 .

Пучок электронов, взаимодействующих с поглотителем, можно разделить на три группы. Первая группа частиц проникает в отверстия 3 и взаимодействует с поглотителем толщиной il (кривая а на фиг. 2). Ко второй группе частиц относятся те, которые при рассеянии в теле поглотителя не попадают в область отверстий, т. е. взаимодействуют как бы с однородной пластиной толщиной L (кривая б) . К третьей группе относятся первичные и вторичные электроны, один и более раз прошедшие область отверстий. Зависимость коэффициента поглощения от энергии для этих частиц, очевидно, будет определена в области между кривыми а и б и, в общем случае, отличается от зависимости для плоского однородного поглотителя при нормальном падении электронов.

Для предлагаемой конструкции поглотителя рабочая область характеристики К(Е) расширяется от Е,,„„до Е „,, и определяется исключительно толщиной пластины

L, глубиной отверстий и выбором материала. Зависимость К(Е) является суперпозицией зависимостей первой, второй и третьей группы, взятой с определенным весом, зависящим от глубины отверстий, их диаметра и плотности расположения на пластине.

Подбирая параметры отверстий, можно линеаризировать градуировочную кривую в диапазоне энергий ЛЕ = Ем ин, Eмак, Предлагаемая конструкция первой пластины позволяет создать датчик средней по спектру энергии частиц, обладающий малой погрешностью в широком диапазоне изменения энергии и дает возможность улучшить его рабочие характеристики путем применения более технологичных и термостойких материалов. Так, например, использование пластины из графита, дающей в случае ее однородности очень узкую рабочую область, позволяет проводить измерения мощных пучков в любом требуемом диапазоне энергий. Равномерное и достаточно плотное расположение отверстий на пластине позволяет сделать датчик нечувствительным к смещениям . пучка и изменениям формы и размеров его поперечного сечения.

Формула изобретения

Датчик энергии пучка ускоренных электронов, содержащий две металлические изолированные пластины, установленные последовательно по ходу пучка, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения средней энергии и расширения диапазона измеряемой энергии, в первой пластине выполнены в направлении параллельном пучку электронов равномерно расположенные несквозные отверстия с диаметром много меньше диаметра пучка частиц.

830891 (i

1 - 1

Риг.7

EffaWc> накс, тн г

Ра2.2

Источники информации, принятые во .внимание при экспертизе:

1. Басаргин С, Г. и др. «Магнитный анализатор компактного циклотрона», ЖТФ, 1972, № 9, т. 47, с. 1904 — 1905.

2. Miller iG. N. Lockwood G. S. «1ЕЕЕ

Trans Nuclear Science», 1975, 22, Х 3, р. 1072=1075.

3. Дронин В. Н., Миловсков О. С., «Экспресс измеритель тока и энергии ускоренных электронов». Доклады 2-ro Всесоюзного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве», Л., «Наука», 1976, т. 2, с. 244 — 251 {прототип).

/