Бесконтактный датчик временных параметров пучка ускоренных частиц Советский патент 1984 года по МПК G01T1/28 

Изобретение относится к технике физического эксперимента и может быть использовано на ускорителях, в частности на циклотронах для диагностики временных параметров микросгустков ускоренных частиц. Известен бесконтактный датчик для диагностики временных параметров пуч ка ускоренных частиц, содержащий индукционный пикап-электрод и схему преобразования сигналов l | . Недостатком датчика такого типа является его слабая помехозап{ищенность, связанная с тем, что физическая природа полезного сигнала и различного рода помех идентична (в обоих случаях связь с датчиком осуществляется электромагнитными полями). Это накладывает определенньй предел на возможности применения таких датчиков на ускорителях. Наиболее близким техническим решением к описываемому является бесконтактный датчик временных параметров пучка ускоренных частиц, содержа щий отражательный электрод, соединенный с источником высокого отрицательного напряжения, микроканальную пластину с источником питания, токоприемник и регистрирующее устройство 2 . Недостаток известного датчика заключается в том, что аиплитуда выходных сигналов с токоприемника при регистрации микросгустков, пучка 1щк лотрона весьма мала. Это связано с физическим ограничением среднего то ка микроканальной пластины значением мкА. При скважности микросгус ков пучка Q-20 (частота повторения л. 10 мГц, длительность-v 5 не) на нагрузке согласованного тракта Переда чи с волновым сопротивлением О амплитуда вьпсодных сигналов будет ( МБ. Регистрация стол малых широкополосных сигналов требует использования сложных пшрокополосных усилителей и в условиях значительных высокочастотных помех связана с известными трудностями. Целью изобретения является повышение чувствительности и помехозащи щенности бесконтактного датчика вре менных параметров пучка ускоренных частиц. Поставленная цель достигается те что в бесконтактный датчик временны параметров пучка ускоренных частиц. содержащий отражательный электрод, соединенный с источником высокого отрицательного напряжения, микроканальную пластину с источником питания, токоприемник и регистрирующее устройство, введены источник запирающего напряжения, генератор строб-импульсов, низкочастотный фильтр и схема синхронизации, причем положительный вывод источника запирающего напряжения соединен с выходом микроканальной пластины, а отрицательный с общей шиной, токоприемник соединен через сопротивление с общей шиной, через конденсатор - с генератором строб-импульсов и через низкочастотный фильтр - с регистрирующим устройством, генератор строб-импульсов и регистрирующее устройство соединены со схемой синхронизации, а источник отрицательного высокого напряжения положительным выходом соединен с входом микроканальной пластины. На чертеже показана структурная схема бесконтактного датчика временных параметров пучка циклотрона. Он содержит микросгусток пучка 1, отражательный электрод 2, источник высокого отрицательного напряжения 3, микроканальную пластину 4, блок питания микроканальной пластины 5, источник запирающего напряжения 6, токоприемник 7, конденсатор 8, генератор строб-импульсов 9, систему синхронизации генератора строб-импульсов 10, фильтр 11, низкочастотный осциллограф 12; высокоомное сопротивление 13. В стороне от оси пролета микросгустков пучка 1 размещен отражательный электрод 2, соединенный с источником высокого отрицательного напряжения 3. С другой стороны размещена микроканальная пластина 4 с блоком питания 5, выход которой соединен с источником запирающего напряжения 6. Токоприемник 7 выходного тока микроканал ьной пластины 4 соединен через конденсатор 8 с генератором стробимпульсов 9 и через фильтр 11 - с низкочастотным осциллографом 12, причем на выходе фильтра включено высокоомное сопротивление 13. Частота строб-импульсов формируется системой синхронизации 10 из частоты ускоряющего напряжения ускорителя. Датчик работает следующим образом. Микросгустки пучка 1, пролетая в районе размещет1я датчика, производят ионизацию молекул остаточного газа, рождая ионноэлектронные пары. Освобожденные электроны под воздейст ,зием электрического поля, создаваемого отражательным электродом 2, сое диненным с источником высокого отрицательного напряжения 3, попадают на вход микроканальной пластины 4, где происходит их размножение. Выход мик роканальной пластины 4 подключен к источнику запирающего напряжения таким образом, что ток на токоприемнике 7 отсутствует. С приходом импульс от генератора строб-импульсов 9 промежуток микроканальная пластина 4 токоприемник 7 открывается и на конденсаторе 8 появляется заряд, пропор циональный мгновенному значению тока пучка в этот момент времени. При непрерывном смещении строб-импульсов относительно микросгустков на конден саторе 8 вьщепяется низкочастотный сигнал, представляющий собой низкочастотный аналог сигнала микросгустков пучка. Черезфильтр 11 этот сигНеШ подается на низкочастотный-осцил лограф 12. Особенность описываемой схемы состоит в том, что в качестве смесительного диода стробоскопа используется промежуток между выходом микроканальной пластины и токоприемником. Нормально запертый источником смещения промежуток открывается стробимпульсами, однако изменение заряда на конденсаторе (рабочий сигнал) появляется только при наличии выходного тока микроканальной пластины. Постоянная составляющая напряжения строб-импульсов на вход регистрирующего устройства не проходит благодаря конденсатору 8, а их высокочастотная составляющая легко подавляется простейшим фильтром 11. Описываемое устройство позволяет на несколько порядков увеличить амплитуду выходных сигналов, а значит и чувствительность и помехозащищенность, при сохранении широкой полосы пропускания за счет стробоскопического преобразования выходного сигнала микроканальной пластины 4. Это обеспечивает измерение временных параметров микросгустков пучка практически во всем диапазоне рабочих токов ускорителя. Например, при давлении в ионопроводе rv, тор вероятность рождения ионноэлектронной пары одной частицы-v 1/см. При среднем токе ускоренного пучка - 1 мкА средний ток на входе микроканальной пластины -vlO А. При коэффициенте умножения пластины f.0 средний выходной ток vIO А. Применение стробирования позволяет использовать входное сопротивление предварительного усилителя порядка 1-10 мОм без ухудшения полосы пропускания устройства, которая определяется только длительностью строб-импульсов. Амплитуда выходных сигналов при этом составляет 0,1-1 В, что существенно превышает уровень низкочастотных помех. Таким образом, пороговая чувствительность предлагаемого датчика, ограниченная помехами, составит величину / 10 А среднего тока циклотрона.

БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК ВРЕЖННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЧАСТЩ, содержащий отражательный электрод, соединенный с источником высокого отрицательного напряжения, микроканальную пластину с источником питания, токоприемник и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что., с целью повышения чувстви-тельности и помехозащищенности датчи ка, в него.дополнительно введены источник запирающего напр1 1жения, генератор строб-импульсов, низкочастрт- ный фильтр и схема синзфониэации, причем положительныйвывод источника запирающего напряжения соединен с вы ходом микроканальной пластины, а отрицательный - с общей шиной токоприемник соединен через сопротивле1ше с общей шиной, через конденсатор - С; генератором строб-импульсов .И через низкочастотный фильтр - с регистрирукицим устройством, генератор строб- импульсов и регистрирующее устройство соединены со схемой синхро1тэвций, а источник отрицательного высокого I : напряжения положительным выходом соединен с входом ьмкроканальной плас- i тины.: