СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Советский патент 1970 года по МПК H01J23/34 

Изобретение относится к способам измерения параметров (а именно скорости) пучка заряженных частиц с помощью СВЧ-устройств.

Известные способы измерения скорости заряженных частиц (например, метод задерживающего потенциала) вносят возмущение в измеряемую скорость, поэтому этими способами невозможно измерить скорость заряженных частиц при движении их вдоль оси диэлектрического канала. Прохол дение заряженных частиц в диэлектрических каналах используется в ряде электронных приборов: плазменных усилителях и СВЧ-генераторах, электронных зондах без внутреннего проводящего Покрытия, предназначенных для измерения дисперсии и сопротивления связи замедляющих структур СВЧ- и других приборов.

Для успешного конструирования этих .приборов иеобходимо знать скорость электронов в разных участках диэлектрического канала.

Цель изобретения - измерение скорости заряженных частиц без возмущения их скорости в процессе измерений, в результате чего повышается точность, упрощается и ускоряется процесс измерений.

вой скоростью). Согласно изобретению, подбором частоты высокочастотного сигнала, подаваемого в эту замедляющую структуру, устанавливают режим невлияния, т. е. такой режим, При котором отсутствует взаимодействие движущегося потока заряженных частиц с замедленной электромагнитной волной, а скорость частиц равна фазовой скорости волны. Затем по дисперсионной кривой определяют фазовую скорость волны на этой частоте, равную измеряемой скорости частиц.

Р1змерение скорости заряженных частиц предлагаемым способом о-сновано на использовании эффекта взаимодействия их с бегущей

электромагнитной волной, фазовая скорость которой известна. Как показывают теоретический анализ и экспериментальные исследования, при малых значениях параметра CN(, определяющего величину коэффициента взаимодействия движущегося потока заряженных частиц с замедленной электJoRci)

ромагнитной волной Сз

где /о

-ток

4Uo

25 заряженных частиц, RCB -сопротивление связи замедляющей структуры, /о - ускоряющий потенциал, N - электронная длисистемы, , 0) - частота высокочастотt/л

ного сигнала, v -скорость заряженных частиц, существует так называемый режим невлияния частиц на волну, при котором скорость частиц точно равна фазовой скорости волны, и высокочастотное поле волны не оказывает возмуодающего воздействия на пучок.

Измерить скорость заряженных частиц предлагаемым способом можно следующим образом.

Берут короткий отрезок замедляющей системы с известной дисперсией, и вдоль оси его пропускают поток заряженных частиц, скорость которых требуется измерить. Подбором частоты высокочастотного сигнала осуществляют режим невлияния, и по дисперсионной кривой определяют фазовую скорость волны на этой частоте. Скорость частиц в этом случае будет точно равна фазовой скорости волны.

Таким образом, измерение скорости сводится к измерению частоты сигнала и дисперсии замедляющей системы. Перемещая отрезок замедляющей системы вдоль потока и а;{ализируя эффект взаимодействия, определить скорость в различных участках пучках (в частности, при движении пучка в диэлектрическом канале) без возмущения постоянной составляющей скорости пучка в процессе измерений.

Описанным способом были проведены измерения скорости потока электронов, движущихся в магнитном поле сквозь протяженную стеклянную трубку при различных давлениях водорода. Поток электронов формировался пушкой Пирса с диаметром катода 3 мм и 1,8 мм и встреливался в стеклянную трубку дли-ною 280 мм и диаметром 5 или 2,5 мм. Трубка заканчивалась коллектором электронов, на который подавали потенциал последнего анода пушки. С помощью манометрических ламп, титанового насоса и генератора водорода можно было изменять и измерять давление водорода в очень широких пределах (5-10 2- -5-10 в мм рт. ст.). В качестве анализатора скорости электронов использовали короткий отрезок замедляющей системы спирального типа с параметрами: ctgiji 24 (ij5-угол намотки спирали), средний радиус спирали 7,6 мм, диаметр провода 0,8 мм, длина спирали 50 мм. Стеклянную трубку помещали вдоль оси отрезка замедляющей системы, который свободно перемещали в продольном направлении без нарушения юстировки пучка в магнитном поле.

На фиг. 1 показан один из вариантов блоксхемы установки для измерения скорости электронов предлагаемым способом; на фиг. 2 - кривая взаимодействия электронного потока с бегущей электромагнитной волной (зависимость коэффициента взаимодействия / движущегося потока заряженных частиц с замедленной электромагнитной волной от скорости частиц Vg).

Установка (фиг. 1) позволяет наблюдать область взаимодействия для величин электронного поглощения или усиления от 0,5 дп и выше.

Сигнал от генератора / стандартных сигналов через аттенюатор 2 поступает на отрезок замедляющей системы 3 (внутри которого расположена диэлектрическая трубка с пучком электронов, имеющая блок питания 4), далее через аттенюатор 5 и детекторную камеру 6 проходит на осциллограф 7. Блок модуляции 8 дает возможность свипировать напряжение коллектора и последнего анода пушки с .частотой 50г(, что обеспечивает получение на экране осциллографа области взаимодействия электронного пучка. с |бегущей электромагнитной волной. Блок метки 9, предназначенный для высвечивания импульса электронного визира на кривой взаимодействия (фиг. 2), получаемой на экране осциллографа, обеспечивает измерение по стрелочному индикатору ускоряющего напряжения в любой точке кривой взаимодействия, представленной на фиг. 2, в том числе и в точке С, соответствующей режиму невлияния.

Установка собрана из стандартной аппаратуры, измерения скорости заряженных частиц на ней сводятся к определению напряжения.

Точность измерения предложенным способом не хуже 0,5-1%.

Предмет изобретения

Способ измерения скорости заряженных частиц, основанный на прохождении заряженных частиц через замедляющую структуру с известной дисперсией (фазовой скоростью), отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерений, подбором частоты высокочастотного сигнала,

подаваемого в замедляющую структуру, устанавливают режим невлияния, характеризуемый отсутствием взаимодействия движущегося потока заряженных частид с замедленной электромагнитной волной и равенством скоростей частиц и фазовой скорости волны, затем определяют фазовую скорость волны на этой частоте, равную измеряемой скорости частиц.

uz.i