УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ ОБЪЕКТА ПУЧКОМ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 1998 года по МПК H05H5/02 H01J37/302 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электромагнитным устройствам развертки пучка, которые используются для облучения различных объектов пучком заряженных частиц.

Известны устройства для облучения объектов пучком заряженных частиц, в которых поле облучения объекта формируется разверткой пучка в одном направлении и перемещением облучаемого объекта с помощью транспортера в другом направлении, перпендикулярном направлению развертки. Такие устройства применяются, в частности, в радиационной технологии и в установках для стерилизации объектов электронным пучком.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для облучения объектов пучком заряженных частиц, которое содержит вакуумную камеру, имеющую выпускное окно для пучка, электромагнит развертки, генератор тока возбуждения этого электромагнита и программатор развертки, связанный с этим генератором. (Кн. Абрамян Е. А. Промышленные ускорители электронов. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 88, рис. 6.15).

Недостатком этого устройства является отсутствие в нем средств для анализа энергетического спектра пучка, проведение которого часто является одним из важнейших требований радиационной технологии. В частности, Государственный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 50325-92, введенный 01.01.94, прямо требует в своей статье 2.5.3 в процессе радиационной стерилизации изделий медицинского назначения электронным пучком "измерять энергию - периодически с помощью магнитного анализа". Такой анализ спектра пучка обычно проводят в паузах между циклами облучения, для чего используют магнитный спектрометр со своей системой питания и дополнительное электромагнитное устройство для направления пучка в спектрометр. При этом существенно увеличиваются габариты установки, растет потребляемая энергия, ухудшаются ее технические характеристики, в особенности у установок с местной радиационной защитой.

В предлагаемом устройстве указанные недостатки отсутствуют, так как в качестве анализирующего электромагнита используется уже существующий электромагнит развертки. Для этого в устройство для облучения объекта пучком заряженных частиц, состоящее из вакуумной камеры с выпускным окном, электромагнита развертки, генератора тока возбуждения этого электромагнита и программатора развертки, введены программатор анализа, регистратор спектра с двумя входами и датчик тока проанализированного пучка, выполненный в виде коллекторного преобразователя и установленный за выпускным окном вакуумной камеры; кроме того, генератор тока возбуждения электромагнита выполнен с двумя входами и двумя выходами, при этом первый вход генератора соединен с выходом программатора развертки, а второй вход генератора соединен с выходом программатора анализа, первый выход генератора соединен с входом электромагнита развертки, а второй выход генератора - с первым входом регистратора спектра, а второй вход регистратора спектра соединен с выходом датчика проанализированного пучка.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - геометрические параметры, характеризующие работу устройства. Устройство содержит приспособление для развертки и анализа пучка, выполненное в виде электромагнита развертки 1 с вакуумной камерой 2, имеющее выпускное окно 3, генератор тока возбуждения 4, выполненный с двумя входами 5, 6 и двумя выходами 7, 8, программатор развертки 9 с выходом 10, программатор 11 с выходом 12, регистратор спектра 13 с входами 14, 15, датчик тока проанализированного пучка 16, траектория пучка 17.

A-A - ось пучка, не отклоненного разверткой - центральная ось электромагнита.

B-B - плоскость, проходящая через датчик тока 16 проанализированного пучка перпендикулярно оси A-A и плоскости развертки, совпадающей с плоскостью чертежа.

a - эффективная длина области магнитного поля электромагнита развертки, см.

l - расстояние от края области магнитного поля до плоскости B-B, см.

L= l+a/2 - расстояние от средней плоскости электромагнита развертки до плоскости B-B, см.

D - расстояние от оси A-A до датчика тока проанализированного пучка, см.

Предлагаемое устройство работает поочередно в режиме облучения и в режиме контроля энергетического спектра пучка. В режиме облучения: программатором 9 формируется программа изменения во времени тока возбуждения электромагнита, который поступает на вход 6 генератора 4. Генератор 4 возбуждает электромагнит развертки 1 и обеспечивает развертку пучка при облучении объекта. Одна из траекторий пучка 17 показана на фиг. 1.

В режиме контроля энергетического спектра в паузах между циклами облучения программа от программатора анализа 11 поступает на вход 5 генератора тока 4, который возбуждает электромагнит развертки 1, выполняющий в этом режиме функцию анализирующего электромагнита. На вход 14 регистратора спектра 13 с выхода 8 генератора тока 4 поступает программа изменения во времени тока возбуждения электромагнита развертки 1, которая определяет изменение во времени индукции магнитного поля B в рабочем зазоре электромагнита 1. Изменение во времени индукции магнитного поля B связано с изменением кинетической энергии частиц, попадающих на датчик тока 16, сигнал от которого поступает на вход 15 регистратора спектра 13.

Например, программатор анализа 9 может формировать закон линейного роста во времени индукции поля B в рабочем зазоре электромагнита 1. При малых значениях индукции B из-за слабого отклоняющего действия магнитного поля до датчика тока 16, установленного на расстоянии D от центральной оси A-A электромагнита, будут доходить только частицы пучка с малой кинетической энергией W, а при увеличении индукции энергия доходящих до датчика 16 частиц будет увеличиваться. При этом величина тока на датчик 16 однозначно связана с величиной энергии частиц, и получаемая с помощью регистратора 13 связь этих величин дает энергетический спектр пучка.

По известным геометрическим параметрам, показанным на фиг.2, определяют величину радиуса кривизны R траектории частицы в магнитном поле
(1)
(Шерстнев Л. Г. Электронная оптика и электронно-лучевые приборы, М.: Энергия, 1971, с. 214). Величина R является постоянной такого магнитного спектрометра, она определяет связь между кинетической энергией W однократно заряженных частиц, попадающих на датчик тока 16, и индукцией B в зазоре электромагнита 1. Эта связь описывается известной формулой

(Москалев В.А. и др. Измерение параметров пучков заряженных частиц. - М. : Атомиздат, 1980, с. 70),
где
W - кинетическая энергия частицы, эВ;
E₀ - энергия покоя частицы, эВ;
B - индукция магнитного поля в рабочем зазоре электромагнита развертки, Гc;
R - радиус кривизны траектории частицы в магнитном поле, см.

Применение предлагаемого устройства, например, в стерилизационных установках с электронным пучком позволит исключить из установки отдельный анализирующий магнит и устройство переключения пучка, а также их источники питания и управления, позволит уменьшить размеры и вес местной радиационной защиты всей установки.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электромагнитным устройствам развертки пучка, которые используются для облучения различных объектов. Приспособление для развертки и анализа пучка выполнено в виде электромагнита развертки пучка. Датчик тока проанализированного пучка выполнен в виде коллекторного преобразователя. Генератор тока возбуждения имеет два выхода и два входа. Первый из входов генератора соединен с выходом программатора электромагнита развертки, а второй вход - с выходом программатора анализа. Первый из выходов генератора соединен с входом электромагнита развертки, а второй выход - с первым входом регистратора спектра. Второй вход регистратора спектра соединен с выходом датчика проанализированного пучка. Датчик установлен в плоскости развертки за выпускным окном вакуумной камеры в стороне от центральной оси электромагнита развертки. 2 ил.

Устройство для облучения объектов пучком заряженных частиц, включающее приспособление для развертки пучка с вакуумной камерой, имеющей выпускное окно, электромагнит развертки, генератор тока возбуждения электромагнита развертки и программатор развертки, связанный с генератором тока возбуждения, отличающееся тем, что оно содержит программатор анализа пучка, регистратор спектра пучка с первым и вторым входами и датчик проанализированного пучка, выполненный в виде коллекторного преобразователя и установленный в плоскости развертки за выпускным окном вакуумной камеры в стороне от центральной оси электромагнита развертки, а генератор тока возбуждения электромагнита снабжен двумя входами и двумя выходами, причем первый из его входов соединен с выходом программатора развертки пучка, а второй вход - с выходом программатора анализа, первый выход генератора тока возбуждения соединен со входом электромагнита развертки, а второй выход генератора - с первым входом регистратора спектра, второй вход регистратора спектра соединен с выходом датчика проанализированного пучка.