Способ измерения распределения заряженных частиц в импульсном пучке Советский патент 1988 года по МПК G01T1/29 

Предлагаемое изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для измерения распределения заряженных частиц в импульсном пучке. Известны способы измерения распределения заряженных частиц в импульсном пучке в продольном направлении, основанные на измерении распределения тока пучка во времени цилиндров Фарадея, магнитоиндукционными датчиками, датчиками противотоков и по синхротронному излучению пучка в магнитном поле. Недостатком первых трех способов является трудность осуществления измерений при субнаносекундной длительноcTili импульса тока пучка нзза паразитных индуктивностей и емкостей измерительных цепей. Трудности применения этих способов особенно существенны при измерениях одиночных (не повторяющихся)импульсов,так как в этом случае невозможно использовать стробоскопический метод измерения. Недостатком метода противото. ков является,кроме того, большая погрешность измерений при нерелятивистских энергиях частиц пзгчка. Недостатками четвертого способа являются ограниченный диапазон энергий частиц, при котором дпина волны синх ротронного излучения находится в области чувствительности фотокатодов, и сложность измерительной аппаратуры Таким способом невозможно, например измерять распределение частиц с энер гией менее 10-20 МэВ. Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ измерения распределения заряженных частиц в импульсном пучке путём получения отпечатка пучка на мишени и , дальнейшей обработки следа пучка.Недостатком такого способа является получение информации только о распре делении частиц пучка в его поперечном сечении. Целью предлагаемого изобретения является измерение распределения час тиц в.продольном направлении пучка. Указанная цель достигается тем, что при способе измерения распределе .ния заряженных частиц,в импульсном пучке путем получения отпечатка пучка на мишени все частицы пучка одновременно отклоняют на мишень, расположенную параллельно первоначальному направлению движения пучка, поперечным импульсным магнитным полем, однородным в области траекторий движения частиц пучка в этом поле. Предлагаемый способ измерения распределения заряженных частиц в импульсном пучке иллюстрируется примером, приведенным на чертеже. Здесь импульсный пучок 1 заряженных частиц например электронов, первоначально движется в направлении оси X. Поперечным импульсным магнитным полем Н воздействуют на пучок одновременно по всей области 2, занимаемой пучком I и траекториями 3 движения всех частиц Пучка до мишени 4 под действием зт.ого поля Н. Во всей области 2 магнитное поле П -должно иметь одинаковую величину. Под действием такого магнитного поля пучок, как целое, параллельно переносится на мишень, например фотопленку, и оставляет на ней отпечаток 5. Распределение плотности засветки фотопленки соответствует распределению частиц в пучке в продольном направлении. В качестве мишени можно использовать, например фотопленку, стекло . или другой материал, чувствительный к облучению. Для определения величины и размеров требуемой области однородности магнитного поля Н. рассмотрим движеНИН частиц пзчка в этом поле. Из уравнения движения - м, dit с в рассматриваемыхусловиях (V О, Н Нп 0) легко получить следую1дие выражения для координат х, у частицы, которая в момент времени t О находилась в точке х у О и имела начальную скорость V, направленную вдоль оси X х V, I H(t)dt ldt; оо , у -У„ sin Н, (t), где е - заряд электрона; с - скорость света; - энергия частицы. Рассмотрим, например магнитное поле, нарастающее во времени по закону Н„-|Тогда, ограничиваясь наиболее интересным для практики случаем , получим- 2 Нс 6eyVo ()

где- х- - энергия электрона в единицах Tg - классический радиус электрона (tg 2,810 см) Например i при f .3 У 2 см, X 40 см получим

Ц tr

(О

-J- 2,

ЭУс..

Отскда видно, что практическая реализация предлагаемого способа является вполне реальной. Для отклонения пучка электронов с энергией 1 МэВ на 2 см на длине 40 см на мишень достаточно иметь, например икшульсное поперечное магнитное поле 1000 Э, на растающее за 40 не, что легко осуществимо. Переписывая формулу (4) в виде jJ,, X.i42p7. (5) легко видеть, что длина X слабо зависит от энергии частицы. Поэтому небольшая немоноэнергетичность пучка не приведет к заметным погрешностям в

определении продольного распределения частиц. Например, при разбросе энергии частиц в пучке -5%, который в ускорительной технике считается довольно значит ельным, разброс длин траекторий X, как видно из (5), составляет 1,7%. При длительности импульса 1 НС это приведет к погрешности в определении положения частиц Iпримерно 2% от полной длины пучка, т.е. погрешность в измерении продольного распределения частиц пучка будет несущественна. Как видно из (5), те соображения справедливы и для однородности магнитного поля Н, так как к Eg входят в формулу (5) в виде одной и той же степени 1/3. Предлагаемое изобретение позволя- ет проводить измерения продольного распределения плотности частиц в пучках длительностью 10 -10 с, что соответствует продольным размерам пучка от 30 см до 3 мм.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ШПУЛЬСНОМ . ПУЧКЕ путем получения отпечатка пуч-; ка на мишени, отличающийся тем, что, с целью измерения распределения частиц пзгчка в продольном направлении, все частицы пучка Одновременно отклоняют на мишень,расположенную параллельно первоначальному направлению движения пучка, поперечным импульсным магнитным полем, однородным в области траекторий движения частиц пучка в этом поле. / ш 00