способ измерения длительности и фазового положения микросгустков структурированного пучка ускоренных частиц
Классы МПК: | H01J47/00 Приборы для определения наличия, интенсивности, плотности и энергии излучения или частиц |
Автор(ы): | Михайлов В.Г., Резвов В.А., Рощин А.А., Скляренко В.И., Юдин Л.И. |
Патентообладатель(и): | Российский научный центр "Курчатовский институт" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-04-16 публикация патента:
20.11.1996 |
Формула изобретения
Способ измерения длительности и фазового положения микросгустков структурированного пучка ускоренных частиц, заключающийся во временном статистическом анализе продуктов взаимодействия пучка ускоренных частиц с облучаемым веществом, отличающийся тем, что в качестве облучаемого вещества выбирают остаточный газ, при этом электроны, образующиеся при ионизации остаточного газа пучком ускоренных частиц, ускоряют поперечным электрическим полем, напряженность которого превышает напряженность собственного поля пучка ускоренных частиц, формируют из ускоренных электронов пространственно ограниченный пучок, выделяют электроны с энергиями, соответствующими центральной области пучка, и регистрируют их временное распределение в течение времени действия ускоряющего напряжения.Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к технике физического эксперимента, в частности к ускорительной технике, и может быть использовано для диагностики выведенного структурированного пучка, например выведенного пучка циклотрона. Способы измерения длительности и фазового положения микросгустков структурированного пучка ускоренных частиц известны. Известен, например, способ измерения фазового положения микросгустков пучка циклотрона, в котором измеряемый пучок индукционно связывают с индуктивным или емкостным датчиком, выделяют и усиливают вторую гармонику наведенного сигнала и по его фазовому положению относительно ускоряющего напряжения судят о фазовом положении микросгустков ускоренного пучка (1). Недостаток: этот способ не позволяет измерять длительность микросгустков пучка. Известен способ измерения длительности и фазового положения микросгустков структурированного пучка ускоренных частиц, основанный на временном статистическом анализе продуктов взаимодействия пучка с облучаемым веществом, в котором![способ измерения длительности и фазового положения микросгустков структурированного пучка ускоренных частиц, патент № 2069413](/images/patents/403/2069006/947.gif)
1, 2 пластины извлекающего конденсатора,
3 поперечная формирующая щель,
4 анализатор энергии ионизационных электронов,
5 токоприемник с электронным умножителем,
6 многоканальный временной анализатор,
7 синхронизатор,
8 измеряемый пучок ускоренных частиц. На фиг. 2 показано распределение числа электронов N от времени t по каналам многоканального временного анализатора. Устройство, реализующее предлагаемый способ измерения длительности и фазового положения микросгустков структурированного пучка ускоренных частиц, содержит пластины извлекающего конденсатора 1, 2, одна из которых снабжена формирующей щелью 3, анализатор энергии ионизационных электронов 4, токоприемник с электронным умножителем 5, многоканальный временной анализатор 6 и синхронизатор 7. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Измеряемый пучок 8 пропускают между пластинами 1, 2 извлекающего конденсатора. В результате ионизации остаточного газа в зоне прохождения пучка образуются электронно-ионные пары. Электронная компонента электрическим полем конденсатора ускоряется к пластине, снабженной сепарирующей щелью 3, ось которой перпендикулярна оси пучка. Размер формирующей щели 3 выбран так, что вероятность прохождения через щель более одного электрона от каждого микросгустка пучка была мала. На практике в зависимости от условий проведения измерений размер щели может варьироваться от десятых долей мм до нескольких мм. Анализатором энергии 4 осуществляют анализ энергии этих электронов так, что на электронный умножитель 5, работающий в одноэлектронном режиме, проходят только электроны, рожденные в центральной области ионопровода. Анализатор энергии выделяет электроны с энергией, соответствующей центральной области пучка и равной половине извлекающего напряжения. Реально размер формирующей щели и диапазон энергий электронов выбраны так, что вероятность прохождения на электронный умножитель одного электрона от каждого микросгустка пучка была не более 0,3. Допустимое значение вероятности прохождения на токоприемник более одного электрона каждого микросгустка определяется допустимыми искажениями отображения формы реального микросгустка. Наличие так называемого "мертвого времени" у любого временного анализатора приводит к тому, что в каждом микросгустке фиксируется только один первый - электрон. При этом центр тяжести отображения микросгустка смещается в сторону начала импульса. Так, для идеального прямоугольного импульса микросгустка в силу статистической независимости процесса ионизации функция плотности вероятности постоянна на длине микросгустка, а вероятность появления n электронов равна
![способ измерения длительности и фазового положения микросгустков структурированного пучка ускоренных частиц, патент № 2069413](/images/patents/403/2069010/969.gif)
![способ измерения длительности и фазового положения микросгустков структурированного пучка ускоренных частиц, патент № 2069413](/images/patents/403/2069010/969.gif)
![способ измерения длительности и фазового положения микросгустков структурированного пучка ускоренных частиц, патент № 2069413](/images/patents/403/2069010/969.gif)
![способ измерения длительности и фазового положения микросгустков структурированного пучка ускоренных частиц, патент № 2069413](/images/patents/403/2069010/969.gif)
![способ измерения длительности и фазового положения микросгустков структурированного пучка ускоренных частиц, патент № 2069413](/images/patents/403/2069010/969.gif)
ограничен двумя факторами. С одной стороны, при уменьшении и пропорционально увеличивается время накопления информации, необходимое для получения заданной статистики. С учетом того, что для отображения формы микросгустка необходимо n 10 событий, а допустимое с точки зрения удобства измерений время накопления Т не должно превышать несколько десятков секунд, можно оценить нижний предел w1 как 1 n/T
f, где f частота следования микросгустков. Для пучка циклотрона f 107 Гц и
1>10-5. С другой стороны, при уменьшении вероятности регистрации электронов растет влияние шумовых импульсов электронного умножителя, средняя частота появления которых для широкого класса электронных умножителей составляет несколько импульсов в секунду. Естественно потребовать, чтобы средняя частота появления электронов была не меньше средней частоты шумовых импульсов. Оценка нижнего предела из этих соображений дает
1>10-6. Однако нижний предел вероятности не может быть жестким (применение охлажденных умножителей, проведение уникальных измерений и т.п.). Временное распределение электронов относительно ускоряющего напряжения фиксируется многоканальным временным анализатором 6, работающим, например, в старт-стопном режиме. Стартовым сигналом служат импульсы с токоприемника 5, сигнал стоп, привязанный к определенной фазе ускоряющего напряжения, формируется синхронизатором 7. В результате накопления статистической информации в памяти многоканального временного анализатора 6 формируется позиционное распределение интенсивности событий, соответствующее длительности и фазовому положению микросгустков измеряемого структурированного пучка 8.
![способ измерения длительности и фазового положения микросгустков структурированного пучка ускоренных частиц, патент № 2069413](/images/patents/403/2069003/183.gif)
Класс H01J47/00 Приборы для определения наличия, интенсивности, плотности и энергии излучения или частиц