Устройство для измерения интенсивности пучков заряженных частиц Советский патент 1977 года по МПК H01J39/00 H05H7/00 

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к устройствам для измерения параметров импульсных пучков заряженных частиц, и может быть использовано, например, для измерения интенсивности пучков электронов (позитронов), преимущественно Б области от 10 часТ1щ/мс до 10 часТКЦ/МС, ,

Известны устройства для измерения интенсивности импульсных пучков заряженных частиц ij , содержащие металлическую мшлень со встроенными в нее пьeзoэлeктpичecки (и преобразователями. Принцип действия таких устрюйств основан на эффекте возбуждения упругих колебаний в металле проходящим через него пучком заряженных частиц. Амплитуда сигнала, снимаемого с пьезопреобразователя, зависит от смешения пучка на мшлени, НТО обуславливает погрешности измерения, чувствительность устройства мала, так как используется лишь малая часть энергии упругих колебаний.

Известно устройство для измерения интенсивности пучков заряженных частиц 2 , содержащее мишень со .встроенным пьезоэлектрическим преобразователем npiPiahs мишень выполнена в виде прямоугольной 1ме таллнческой пластины. Удельнай плотность энергии упругих колебаний зависит от ыео-т& попадания пучка на пластину: по мере удалв ния области взаимодейстБня пучка с пдзстгз ной от пьезопреобразоватедя плртность suef гии уменьшается, что ведет к уыекьшешйо соотношения сигнал/шум и, следовательнОе JC уменьшеншо чувствительности.

Цель изобретения - увеличение чуветвй тельности устройства и уменьшение когреш НОСТ.И измерений.

Для этого мишень выполнена в форме эллипсообразной пластины, а пьеэоэлектрнчзс кий преобразователь расположен так, что центр его совпадает с одним ЕЗ фокусов еЛ липса мишени.

На чертеже изображен общш ввд устрой ства для измерения 1штенсивности югуяаоа заряженных частиц.

Устройство представляет собой iWiacTtSiy 1, из материала, проводящегЬ ультразБу® вые колебания, выполненную в форме эялаяса. Центр области 2 возможных смешеваЭ

пучка совпадает с фокусом эллипса FJ ,а во втором фокусе F встроен пьезоэлектрический преобразователь 3. Пластина и пьезопреобразователь .акустически согласованы между .5

Работает устройство следующим образом. Пластину располагают перпендикулярно направлению пучка так, что пучок попадает в область 2. Пучон возбуждает в материале мишени упругие продольные напряжения.|Q

Предположим, в точке Р| образовался точечный источник колебаний и к краям эллипса распространяется продольная волна. Тогда| для такой волны, падающей на торцевую поверхность пластины, справедлив закон 5 отражения, по которому угол падения 6 , равен углу отражения в . С другой стороны, поскольку эллипс аредставляет собой фигуру, для которой пертендикуляр к касательной МТ, восстановленный из любой точки-М , делит угоиР|МРа пополам, то падающая в направлении волна отразится в направлении MFj . Дпя любого азимута направления падаю дей ванны от О до 2 ОТ она проходит рассток ие Р,ЛЛ MFj , равное 20 (согласно фокальному свойству эллипса), поэтому в точке Fj будет иметь место когерентное сложение волн. Точечный источник, помещенный в любую точку области 2, будет иметь свое изображение в области пьезо- о преобразователя 3. Таким образом, выбрав диаметр Og равным или больше диаметра DI получим фокусировку возбужденной области в области пьезопреобразователя. Это обстоятельство и позволяет получить большее со- 35 отношение сигнал/шум, чем в известном устройстве, где энергия продольных колебаний собирается лишь в ограниченном азимуте углов. Как известно, при падении продольной волны на поверхность раздела твердое тело-воздух (или вакуум) часть энергии дтой волны может трансформироваться в волну сдвига.. бозбуждеНне.волны савтягй является паразитным эффектом, так как оно не регистрируется пьезопреобразователем. Однако, можно показать, что, подобрав угол падения продольной волны меньше У получим коэффициент преобразования продольной волны в волну сдвига пренебрежимо малым. Уменьшение максимального угла падения дос тнгается выбором отношения большой полуоси эллипса ( о ) к мйжзЛ ( Ь ) близким к единиае.

Преимущества устрюйства для измерения интенсивности пучков заряженных частиц по сравненшо с известными состоят в следующем.

За счет фокусировки продольных волн, распространяющихся в материале мишени, существенно увеличивается плотность энергии волн в области пьезопреобразователя, что обуславливает высокое соотношение сигнал/шум и, следовательно, большую чувствительность устройства. Эффект фокусировки повышает КПД устройства. При обеспечении попадания пучка в область возможных его смещений достигается независимость амплитуды сигнала с пьезопреобразователя от смщений, формы и размеров пучка, что уменьшает погрешности измерений интенсивности. К прочим достоинствам устройства относится его универсал1эность, т.е. возможность измерения интенсивностей импульсных пучков заряженных частиц в широком динамическом диапазоне, причем нижняя граница диапазона {Ю частиц/мкс) определяется тепловыми шумами материала мишени, а верхняя граница не ограничена. Ввиду наличия временной задержки между моментом попадания пучка на мишень и моментом регистрации акустического сигнала, устройство зашшлено от высокочастотных помех. Устройство достаточно просто в изготовлен | И надежно в эксплуатации.

формула изобретения

Устройство для измерения интенсивности пучков заряженных частиц, содержащее мишень со встроенным в нее пьезоэлектрическим преобразователем, отличающееся тем, что, с целью увеличения чувствительности устройства и уменьшения погрености измерений, мишень выполнена в виде эллипсообразной пластины, а пьезоэлектрический преобразователь расположен так, что центр его совпадает с одним из фокусов эллипса мишени.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:{f

1.Приборы и техника эксперимента . 1973, № 2, с, 44,

2. Известие АН СССР, 1972, т. 36, № 8, с, 1971.