Устройство для измерения тока пучка заряженных частиц Советский патент 1985 года по МПК H05H7/00 

I

Изобретение относится к области ускорительной техники, в частности к устройствам для измерения полного тока ускоренного пучка заряженных частиц путем поглощения пучка достаточно массивным электродом и определения величины заряда, сообщаемого этому электроду пучком.

Известны устройства для измерени полного тока ускоренного пучка заряженных частиц, вьшолненные в виде цилиндра Фарадея и состоящие из массивного электрода, поглощающего пучок и вторичные частицы, изолирующей подставки и электроизмерительной схемы,

Недостатком устройства является низкая эксплуатационная надежность .

Наиболее близко к предложенному устройство для измерения тока пучка заряженных частиц, содержащее соосно расположенные коллекторный электрод, соединенный -со схемой регистрации, и систему круговой развертки пучка, установленную перед коллекторным электродом.

Недостатками известного устройства являются недостаточная поверхность взаимодействия пучка с поглотителем и, как следствие этого, разрушение поверхности поглощающего электрода под воздействием пучка и низкая эксплуатационная надежность..

Целью изобретения является повышение срока службы за счет уменьшения разрущающего действия пучка на -коллекторный электрод.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения тока пучка заряженных частиц, содержащем CQOCHO расположенные коллек ЧОрный электрод, соединенный со схемой регистрации, и систему круговой развертки пучка, установленную перед коллекторным электродом, коллекторный электрод выполнен в виде развернутого верщиной к системе круговой развертки пучка усеченного конуса, при этом угол отклонения пучка в системе круговой развертки и расстояние от ее оптического центра до основания конуса связаны с параметрами конуса соотношением

±±f.t(8tie,,

l-nL

33082

где 6 - угол отклонения в системе развертки для цен тральной части пучка;

40 - изменение отклонения за счет немонохроматичн.ости

пучка и,нестабильности развертывающего поля; с - диаметр пучка в точке отклонения;

О L - расстояние от оптического центра системь круговой развертки до основания конуса;

1i - высота усеченного конуса; 5 R - радиус основания конуса;

- радиус вершины конуса. Кроме того, вдоль продольной оси коллекторного электрода выполнен сквозной пролетный канал, акцептанс которого больше эмиттанса измеряемого пучка.

Для улучшения отвода выделяемой мощности коллекторный электрод выполнен в виде двух вложенных один в другой усеченных конусов с зазором для охлаждающей жидкости между ними. Выполнение коллекторного электрода в виде конуса позволяет с помощью развертывающей магнитной сис0 „ темы равномерно разворачивать исследуемый пучок по всей наружной.поверхности электрода, предотвращая тем самым локализованное энерговыделение и его тепловое разрушение. 5 Наличие пролетного канала в центре коллекторного электрода обеспечивает возможность оперативно осуществлять измерения при одновременном упрощении измерительной аппаратуры и повы0 щения эксплуатационной надежности благодаря отсутствию перемещающихся в вакууме узлов и подвижных вакуумных уплотнений.

На чертеже приведен схематический разрез устройства, для измерения тока ускоренного пучка заряженных частиц. .

Коллекторный электрод выполнен в виде полого усеченного конуса 1 с 0 центральным цилиндрическим каналом . 2, .ось которого совмещена с осью измеряемого пучка, внутри конуса 1 . закреплен конус 3 с зазором А для

охлаждающей жидкости, конусы1 и 3 5 закреплены на вакуумном кожухе 5, представляющем собой отрезок цилиндрической вакуумной камеры, которая соединена с вакуумным раструбом 6

3

через изолятор 7 и с землей через измерительный прибор 8, раструб 6 соединен с вакуумной камерой ускорителя 9 через изолятор 10 и с зе1Шей через измерительный прибор 11; на оси измеряемого пучка установлена вне вакуумной камеры ускорителя развертывающая магнитная система 12, оптический центр которой размещен на расстоянии L от основания конуса 1, внутренний диаметр горловины раструба 6 равен максимальному диаметру развернутого пучка в месте установки горловины.

Устройство работает следующим образом.

Для измерения тока ускоренного пучка включается развертывающая магнитная система 12, которая равномерно разворачивает пучок по образующей конуса коллекторного электрода. Фиксация угла раствора пучка заряженных частиц производится по показателям измерительного прибора 11, включенного между раструбом 6-и землей, при, этом напряженность магнитного поля разворачивакщей системы 12 вначале увеличивается до появления тока в приборе 11 ,что соответствует касанию пучка горловины раструба 6, а затем уменьшается до достижения нулевого значения тока прибора 11, после чего ток ускоренного пучка определяется прибором 8, измеряющим величину заряда, стекающего с электрода 1 и электрически связанного с ним кожуха 5 на землю. Мощность, выделяющаяся на электроде 1, отводится с помощью охлаждающей жидкости. В паузах между измерениями развертывающая магнитная система 12 выключается, и ускоренный- пучок без потерь пропускается через цилиндрический канал 2. По величине напряженности магнитного поля, соответствующей нулевому показанию измерительного прибора 10,определяется ориентировочно энергия заряженных частиц.

Для пучка электронов с энергией 120 мЭв средней мощностью в пучке г 100 кВт и диаметром пучка 1,5 см устройство для измерения тока имеет следующие параметры: радиус основания конуса коллекторного электрода пучка см, радиус вершины конуса г 4 см, высота усеченного конуса см, диаметр пролетного канала в коллекторном электроде

433084

5 см, расстояние от оптического центра системы круговой развертки до основания конуса 200 см , угол отклонения центральной части 5 измеряемого пучка с центральной(равновесной ) энергией ,05 рад,, изменение угла отклонения пучка за счет немонохроматичности пучка и нестабильности развертывающего поля ,0015 рад., минимальный угол отклонения 0,0485 рад., максимальный угол отклонения 0,0515 рад., при этом рабочая поверхность (поверхность взаимодейf5 ствия с пучком ) составляет г 5000 см Использование изобретения позво-ЛИТ повысить долговечность устройства для измерения полного тока ускоренного пучка .по сравнению с прототипом за счет з еньшейия разрушающего действия пучка, особенно при измерениях на пучках высокой энергии и высокой интенсивности, когда средняя мощность, выделяемая пучком, может дйстигнуть величин 10 100 кВт и более. Уменьшение разрушающего действия измеряемого пучка на поглощающий элемент достигается благодаря выполнению последнего в

0 виде усеченного конуса, развернутого вершиной к пучку и равномерному развертыванию пучка по его поверхности с помощью раэвертьшающей магнитной системы. При этом для пучков элек5 тронов с энергией 120 мЭв со средней мощностью 100 кВт имеющих площадь поперечного сечения ,-1,75 см , площадь взаимодействия с поглощающим элементом увеличивается до

0 f 5000 см и, следовательно, плотность локального поглощения мощности пучка уменьшается до 0,02 кВт/см. Кроме того, это устройство обладает по сравнению с обычно используемыми

5 Цилиндрами Фарадея, большей надежностью в эксплуатации, так как не содержит механически перемещаемых в вакууме деталей и подвижных вакуумных уплотнений, что обеспечивается тем, что яе поглощающий эл.емент вводится под измеряемый пучок, как обычно, а измеряемый пучок, который в паузах между измерениями без потерь пропускается через

5 центральное отверстие в поглощающем электроде, с помощью развертывающей / магнитной системы направляется на поверхность коллекторного электрода.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащее соосно расположенные коллекторный электрод, соеда1ненш11й со схемой регистрации, и систему круговой развертки пучка, установленную перед коллекторным электродом, отличающееся тем, что, с целью повышения срока службы устройства за счет уменьшения разрушающегося действия пучка на коллекторный электрод, коллекторный электрод выполнен в виде развернутого вершиной к системе круговой развертки пучка усеченного конуса, при этом угол отклонения пучка в системе круговой развертки и расстояние от ее оптического центра до основания конуса связаны с параметрами конуса соотношением , 4