Способ регистрации импульсного рентгеновского излучения и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК H01J31/50 

Изобретение относится к технике регистрации импульсных рентгеновских излучений и может найти применение в измерительных устройствах с высоким быстродействием,используемых в ядернофизических и электрофи- 5 зических импульсных установках.

Известен способ регистрации импульсного рентгеновского излучения, основанный на преобразовании рентгеновского излучения в излучение о оптического диапазона и последующего преобразования оптического из- лучения в электрический сигнал fl .

Этот способ реализуется в уст ройствах, содержащих сцинциллятор 4 и оптически связанный с ним фотоэлектронный умножитель(ФЭУ). Известный способ и устройство на его основе позволяют регистрировать импульсное рентгеновское излучение с высокой чувствительностью. %. 2

Однако временное разрешение ограничено временем высвечивания сцинциллятора и для лучших образцов органических сдинцилляторов не .лучше .

Наиболее близким к предлагаемому является способ регистрации импульсного рентгеновского излучения, заключающийся в том, что последовательно образуют временную структуру ин- 30 тенсивности регистрируемого импульса излучения во. временну.ю структуру импульса электронного пучка путем воздействия рентгеновским излучением на фотокатод, а затем путем воз- 35 действия отклоняющими электрическими и магнитными полями, временную структуру импульса электронного пучка с фотокатода преобразуют в пространственную зависимость яркое- 0 ти в плоскости изображения 2. ,

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее размещенные в вакуумной колбе рентгеновский фотокатод и резонатор раз- . вертки, а. вне колбы - :вЧ-генератор и блок регистрации Сз . . Известный способ и устройство на I его основе обеспечивают регистрацию низких уровней интенсивности излучений .в оптической области спектра и быстродействие до .

Однако при использовании этого способа и устройствадля регистрации рентгеновского излучения быстродействие не превышает IQ-iOc, что 55 обусловлено хроматической аберрацией электронного пучка.:

Целью изобретения является улучение временного разрешения.

Поставленная цель достигается 60 ем, что согласно способу регистраии импульсного.рентгеновского изучения, заключающемуся в том, что оследовательно преобразуют временую структуру интенсивности регист- 5

рируемого импульса излучения во временную структуру импульса электронного пучка путем воздействия рентгеновским излучением на фотокатод, а затем путем воздействия отклоняюЙ1ими1 электрическими и магнитными полями временную структуру импульса электронного пучка с фотокатода преобразуют в пространственную зависимость яркости в плоскости изображения , формируют периодическую последовательность пакетов электронов путем воздействия на электрон-ный Лучок с фотокатода высокочастотным электрическим полем, амплитуда напряжения которого превышает энергию квантов регистрируемого излучения, затем полученную последовательность пакетов электронов дополнительно группируют путем воздействия на них переменными электромагнитными полями, а преобразование временной структуры последовательности пакетов электронов в прост ранственную зависимость яркости в плоскости изображения осуществляют электромагнитнйм полем, частота которого в целое чнсло раз меньше частоты высокочастотного поля, воздействующего на фотокатод.

В устройство для осуществления способа регистрации импульсного ренгеновского излучения, содержащее размещенные в вакуумной колбе рентгеновский фотокатод и резонатор развертки, а вне колбы - СВЧ-генератор и блок регистрации, введены последовательно расположенные в вакуумной колбе,СВЧ-резонатор, в области максимального поля которого размещен фотокатод, группирующие резонаторы и вторично-электронные умножители , установленные на выходе резонатора развертки, а также рас.положенные вне колбы аттенюаторы, фазовращатели и делитель частоты, причем резонатор подключен к СВЧгенератору, группирующие резонаторы подключены к СВЧ-генератору последовательно через аттенюаторы и фазовращатели, резонатор развертки подключен к СВЧ-генератору через делитель частоты, а электронные умножители соединены со,входом блока регистрации.

Кроме того, после фотокатода . размещена сетка, подсоединенная к источнику отрицательного относительно катода напряжения.

.Сущность способа заключается в следукяцем.

При воздействии импульсного рентгеновского излучения на фотокатод в каждый момент времени эмиттируются электроны с широким спектром энергии (, практически от О до максимальной энергии квантов рентгеновского излучения hV). Из-за различия в скоростях эмиттированных электронов в процессе их движения в фокуси рукяцей системе известных устройств происходит перемешивание электронов, эмиттированных в различные моменты времени (более быстрые электРОНЫ, рожденные в поздний момент времени, опережают-медленные электроны, рожденные в более ранний моме времени}, В результате временная ин формация о характере протекающего процесса искажается. Согласно предлагаемому способу фотокатод находится под воздействием переменного высокочастотного поля постоянной амплитуды такой величины, что в прикатодной области электроны в положительный полупёриод ускоряются до энергии, превышающей энергию квантов регистрируемого излучения. При этом в отрицательный полупериод амплитуда поля достаточна, чтобы ни один электрон эмиттированный с фотокатода, не вышел из прикатодной области. Таким .образом,.при воздействии на фотокатод переменного высококачественно го поля на выходе из прикатодной области образуются пакеты электронов, следующие с частотой воздействующего подя и фазовая длина которы равна его полупериоду, т.е. ВЧ-переменным полем достаточной амплитудаа осуществляется дискретизация временного процесса с шагом, равным полупериоду воздействующего поля. Таким образом, временное разрешени равйо полупериоду ВЧ-поля. Затем образованные пакеты электронов дополнительно группируются высокочас тотнымя полями, например, как в клистронах. Сформированные пакеты электронов разворачиваются перемен йым электрическим полем, изменяющимся с частотой, в целое число раз меньшей частоты прикатодного поля постоянной аМПДИТуДЫ и СИНХронизировэнного с ним во времени. .При этом положение пакета электронов в пространстве однозначно свят зано с моментом времени регистриру емого процесса, причем эта пространственная привязка воспроизводит ,ся от импульса к импульсу. Это поз :валяет разместить в местах прихода пакетов электронов вместо люминисцентного экрана значительно превос ходящие по чувствительности вторич ные электронные умножители (ВЭУ), причем номер (или положение (вЭУ) о нозна1чн6 определяет временное соответствие исследуемому процессу. Временное разрешение, обеспечиваем .способом, составляет половину пери ода ВЧ-поля, воздействующего на фо токатод d4 l/2f. Например, для ча тот 30-60 ГГц предлагаемый способ обеспечивает временное разрешени.е (1 ,б-0,8 10-12с. При переходе в миллиметровый диапазон достигаемый предел может быть уменьшен до 10 с. Это на 2-3 порядка величины превосходит и.звестные способы регистрации импульсного рентгеновского излучения. На чертеже представлено предлагаемое устройство.- Устройство для реализации способа содержит рентгеновский фотокатод1, СВЧ-резонатор 2, СВЧ-генератор .3, группирукнцие резонаторы 4, аттенюаторы 5, фазовращатели б, резонатор 7 развертки, делитель частоты/8, электронные умножители 9, блок регистрации 10, синхронизатор 11, сетку 12. Устройст9о работаетследующим образом. . Регистрируемый импульс рентгеновского излучения, направленный на фотокатод 1, размещенный в СВЧ-резонатоое 2, накачиваемым С Ч-генератором 3,вызывает эмиссию электронов из фотокатода .СВЧ-электрическое напряжение в зазоре резонатора, амплитуда которого больше энергии фотоэлектронов, формирует на выходе из СВЧ-резонатора пакеты элект1ронов в положительные полупериоды поля. В отрицательные полупериоды фотоэлектроны возвращаются полем на фотокатод. Затем пакеты электронов из СВЧ-резонатора поступают в группирующие резонаторы 4, требуемая амплитуда и .фаза поля в которых устанавливается аттенюаторами 5 и фазовращателями 6. Процесс группировки здесь осуществляется аналогично тому, как это делается в клистронах или ускорителях на бегущей волне. После группировкипакеты электронов поступают в резонатор 7 развертки, который осуществляет преобразование временной структуры последовательности пакетов электронов в пространственную .зависимость яркости электронного пучка в плоскости изображения, в которой размещены ВЭУ 9. Резонатор развертки питается через делитель частоты 8 от генератора 3. Этим обеспечивается синхронизация ВЧнапряжения в резонаторе развертки с ВЧ-напряжением в СВЧ-резонаторе. При .этом пакеты электронов всетда попадают в строго фиксированные положения в плоскости изображения. Поэтому оказывается возможным регистрировать электроны вторичными электронными умножителями, размещенными В местах, соответствующих приходу электронных пакетов. Это обеспечивает- высокую чувствительность, так как в отличие от люминисцентных методов регистрации электронов возможно регистрировать кажд:№й отдельный электрон с высокой степенью точноети.- Выходы ВЭУ подключены к блоку регистрации 10, синхронизация которого осуществляется синхронизатором 11. Для уменьшения ра.сплывания пакетов электронов на выходе из СВЧ-реэоматера за счет сужения энергетического спектра электронов в этом резонаторе в ряде случаев полезно раз- местить перед фотокатодом сетку 12, находящуюся под отрицательным потенциалом. Введение сетки с отрицательным потенциалом перед фотокатодом позволяет исключить из пакетов

низкоэнергетичные электроны, при этом за счет некоторого снижения чувствительности упрощается конструкция системы группировки сгустков

Предлагаемые способ и устройство позволяют регистрирова.ть импульсное рентгеновское излучение с временным разрешением - с, что на несколько порядков превосходит достигнутое в настоящее время в этой области спектра временное разрешение. . .

1. Способ регистрации импульсного рентгеновского излучения,заключающийся в том,, что последовательно преобразуют временную структуру интенсивности регистрируемого импульса излучения во временную структуру импульса электронного пучка /гутем воздействия рентгеновским излучением на фотокатод, а затем путем воздействия отклоняющимися электрическими, и магнитными полями временную структуру импульса электронного пучка с фотокатода преобразуют в пространственную зависимость яркости в плоскости изображения, отличаюшийс я тем, что, с целью улучшения временного разрешения, формируют периодическую последовательность пакетов электронов путем воздествия на электронный пучок с фотокатода высокочастотным электрическим полем. амплитуда напряжения которого превышает энергию квантов регистрируемого излучения, затем полученную последовательность пакетов электронов дополнительно группируют путем воздействия на них переменными электромагнитными полями, а преобразование временной структуры последовательности пакетов электронов в пространственную зависимость яркости в плоскости изображения осуществляют электромагнитным полем, частота которого в целое число раз меньше частоты высокочастотного поля, воздействующего на фотокатод. 2.Устройство для осуществления способа по п.1,содержащее размещенные в вакуумной колбе рентгеновский : (П фотокатод и резонатор развертки, а вне колбы - СВЧ-генератор и блок регистрации, отличающееся тем, что в него введены последовател1 но расположенные в вакуумной колбе СВЧ-резонатор,в областимаксимального поля которого размещен фотокатод, группирующие, резонаторы и вторично-электронные умножители, установленные на выходе резонатора развертки, а также расположенные вне IvD колбы аттенюаторы, фазовращатели и CQ делитель частоты, причем резонатор подключен к СВЧ-генератору, группи Nl рующие резонаторы подключены к СВЧгенератору последовательно через аттенюаторы и фазовращатели, резонатор развертки подключен к СВЧ-генератору через делитель частоты, а электронные умножители соединены со входом блока регистрации. 3.Устройство по п. 2, о т л и - чающееся тем, что.после фотокатода размещена сетка, подсоединенная к источнику отрицательного относительно катода напряжения.

, ц. 7

ПП П

тт

и LJ

///

-г