ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Советский патент 1973 года по МПК H05H7/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для измерения положения центра тяжести импульсных и непрерывных пучков заряженных частиц.

Одним из наиболее известных «прозрачных устройств для определения положения центра тяжести пучка заряженных частиц является так называемый электростатический датчик положения, состоящий из электродов специальной формы, с которых снимается сигнал, пропорциональный произведению тока пучка на величину его смещения от начала координат. Принцип работы электростатического датчика основан на регистрации заряда, наводимого на его электроды при прохождении пучка заряженных частиц.

Однако известные датчики имеют сравнительно низкую чувствительность и недостаточную помехоустойчивость, так как полезный сигнал и помеха от системы импульсного питания и ВЧ систем лежат в одной и той же временной и частотной области.

Целью изобретения является повышение чувствительности и помехоустойчивости датчика.

Для этого датчик выполнен в виде пьезорезонатора с пролетным отверстием, причем приемные электроды укреплены на внутренних стенках резонатора, образующих пролетное отверстие.

Изобретение пояснено чертежами. На фиг. 1 приведена блок-схема датчика и схема одной из возможных конструкций датчика; на фиг. 2 - вариант схемы конструкций выносного и приемного электродов; на фиг. 3 - сечение фиг. 2.

Датчик положения пучков заряженных частиц содержит выносной возбуждающий электрод 1 пьезорезонатора 2, нагруженного на резистор 3. Резонатор 2 и резистор 3 помещены в электростатический экран 4 и кабелем,5 соединены со входным усилителем 6 схемы регистрации 7. Выносной электрод 1 соединен с приемным электродом 8 резонатора 2, а резистор 3 включен между выходным электродом 9 и экраном 4, к которому подсоединен также общий электрод 10. Однако, в реальных условиях на нроводник, соединяющий выносной электрод 1 с приемным, может .наводиться помеха, которая будет регистрироваться как полезный сигнал. Чтобы этого не случилось, целесообразно конструктивно объединить выносной и приемный электроды резонатора (см. фиг. 2, 3).

В прямоугольной пластине из пьезоактивного материала 11 вырезают отверстие прямоугольной формы. На внутренние поверхности выреза наносят нриемные электроды 12, 13, 14, 15, частично выходящие на одну из боковых поверхностей, где нанесен также общий

электрод 16 и выходные электроды 17, 18, 19 20, электроды 12, 13, 14, 15 являются одновременно и выносными и приемными электродами.

Материал пьезорезонатора должен быть поляризован так, как показано на фиг. 1 и фиг. 3, где вектор поляризации обозначен буквой Р. Устройство работает следующим образом. Пучок заряженных частиц наводит па приемные электроды 12-15 некоторый потенцнал, который возбуждает в пьезорезонаторе акустические колебания, детектируемые зате.м выходными электродами . Причем возбуждаться могут как поверхностные, так и объемные волны. Объемные волны выгодно использовать при низких резопасных частотах (приблизительно до десятков мегагерц). Трудности изготовления хороших резонаторов на объемных волнах при резонансных частотах порядка сотен мегагерц, а такие частоты необходимы при измерении параметров импульсных пучков протонов в литейных ускорителях, заставляют перейти к поверхностным волнам, для которых достижение таких резонансных частот при хорошей добротности системы значительно проще. При работе с импульными пучками частиц резонатор возбуждается либо на основной частоте, либо на гармониках, а при работе с непрерывными нучками необходимо вводить модуляцию по интенсивности пучка на частоте антирезонанса пьезорезонатора. В связи с тем, что нрнменение резонатора дает выигрыш по чувствительности в Q раз, где Q - механическая добротность резонатора, которая в зависимости от применяемого материала, частоты, способа изготовления, моды колебания может находиться в пределах от 10 до 10.

Необходимый коэффициент модуляции для непрерывных пучков может не превышать 1 % от общей интенсивности потока частиц, что часто бывает несущественно для проводимых экспериментов. Если сделать глубину модуляций неизменной по абсолютной величине в шириком дианазоне токов, можно добиться независимости показаний измерителя от тока без применения блока деления, что, естественно, упрощает систему и увеличивает точность измерения.

Дальнейщее повышение точности измерений можно достигнуть, используя в генераторе, модулирующем пучок частиц по интенсивности, для задания частоты тот же самый пьезорезонатор, что и в датчике, снимая сигналы с диаметрально противоположных электродов, например 17-19 и 18-20 (см. фиг. 2), можно реализовать дифференциальную схему измерения, что повышает чувствительность вдвое и существенно улучшает помехоустойчивость устройства. В таком виде датчик может быть использован в элионных установках для измерения положения луча с погрешностью порядка единиц микрометров.

Поскольку предложенное устройство по нринципу действия близко к электростатическим электродам (как в первом, так и во втором случае используется заряд, индуктированный пучком заряженных частиц) все критерии и соотношения для выбора оптимальных размеров электродов остаются без изменения.

Таким образогл, пользуясь уже известными соотношениями, можно выбрать оптимальные размеры выносного электрода 1 и онределить чувствительность сигнальных электродов. Размеры ньезорезонатора определяются частотой выбранной гармоники и типом используемых колебаний..

Чувствительность всего устройства в целом будет в Q раз выше, чем у приемных электродов без пьезорезонатора, причем величину добротности Q необходимо определять на рабочей частоте и с учетом сонротивления резистора 3. Сравнение по чувствительности с другими типами датчиков можно получить, учитывая, что «обычная величина чувствительности у электростатических электродов 100 мкв/ма-мм, у магнитоиндукционных датчиков 80-120 мкв/ма-мм, СВЧ-резонатррных 800 мкв/.ма-мм.

Материал приемного электрода должен быть проводником, требования к которому точно такие, как и к электростатическим электродам.

При резонансных частотах в сотни мегагерц предложенное устройство может заменить сложные и громоздкие резонаторные датчики на протонных ускорителях, что приведеет к значительному уменьшению габаритов датчиков (примерно в 100 раз) и выигрыщу в чувствительности и поме.коустойчивости. Такие резонансные частоты могут быть достигнуты в механических резонаторах на новерхностных валках.

Предмет изобретения

Датчик положения пучков заряженных частиц, содержащий приемные электроды, отличающийся тем, что, с целью повыщения чувствительности и помехоустойчивости, он выполнен в виде пьезорезонатора с пролетным отверстием, причем приемные электроды укреплены на внутренних стенках резонатора, образующих пролетное отверстие.

«

i / 9

,,-/ х

mu«.

. т V

/7 Jff 12 /5 /4 1B 19 .3

rsr nytm - ча.спш1

. f

Фиг 2