Способ определения параметров трубчатого сильнопоточного импульсного пучка ускоренных электронов Советский патент 1984 года по МПК H05H7/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в ускорительных установках и в мощных электровакуумных приборах для бесконтактного определения параметров трубчатого сильноточного импульсного пучка ускоренных электронов, распространяющегося в вакуумном канале с продольным магнитным полем. Известны коллекторные способы измерения параметров электронного пучка, основанные на частичном или полном-перекрытии пучка 1, Однако, для диагностики сильноточных электронных пучков с большими удельными энерговыделениями подобные способы становятся неприемлемыми из-за разрушения измерителей электронным пучком. того, в некоторых случаях желательно провести измерения параметров без возмущения пучка, что невозможно осуществить указанными выше способами. Известен способ определения параметров трубчатого сильноточного импульсного пучка ускоренных электро измерении магнитных полей, создаваемых пучком при его движении в вакуумном пролетном канале с продольным магнитным полем 2. Недостатком этого способа является то, что он позволяет измерять, ограниченное число параметров пучка, а именно величину тока и положение центра тяжести пучка. Целью изобретения является увеличение количества одновременно измеряемых параметров пучков. Поставленная цель достигается тем что в нескельких местах пролетного канала изменяют граничные условия вн пучка,либо путем изменения геометрических размеров пролетного канала,ли бо путем изменения электрических потенциалов на его стенках,а затем измеряют продольные составляющие магнитного поля. На чертеже схематически изображено поперечное сечение трубчатого электронного пучка 1 с внешним и внутренним радиусами соответственно Ъ 2- распространяющегося в пролетном канале 2 (коаксиальном трубопроводе) с ради-усами металлических стенок 3 и 4 соответственно R/j. и- R . Магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости чертежа. При наличии этого ПОЛЯ, а такж радиального электрического.поля Е , вызванного собственным объемным зарядом пучка, движение ускоренных электронов имеет сложный вид. С некоторым упрощением можно считать, что каждый .элЬптрон пучка участвует в трех движениях: первое - движение вдоль силовой линии магнитного поля, то есть вдоль оси пролетного канала,перпендикулярно плоскости чертежа,второе - . движение в плоскости чертежа по ; ларморовской окружности с центром на .соответствующей силовой линии из-за наличия в общем случае перпендикулярной к магнитному полю составляющей скорости электронов,третье - движение плоскости чертежа вокруг оси пучка со скоростью в результате дрейфа электронов в скрещенных электрическом и магнитном It полях. Первое движение вызывает появление азимутального магнитного поля, которое, например, широко используют для измерения тока пучка с помощью пояса Роговского. Второе и третье движения и вызывают изменение продольного магнитного поля. Определение этого изменения магнитного поля с разделением эффектов, вызванных отдельно этими движениями, и используется для суждения о других параметрах электронного пучка перпендикулярной- составляющей скорости электроновf среднего радиусао - 2 и толщины пучка Д Й аМагнитный поюк Фр в толще пучка, вызванный вторым движением, определяется, выражением где I ток пучка (относительное значение перпендикулярной составлякнцей скррости электронов; ларморовркий радиус. : (обычные этого параметра для пучков) и для электронов с энергией 6 (в мэВ), магнитный поток Ф (в веберах) 3 /V, 12 tet., (1, н in где ток пучка J в амперах, напряженность магнитного поля Н в амперах на метр. Данное соотношение позволяет определить относительное значение перпендикулярной составляющей скорости электронов, однако, непосредственное измерение Ф, необходимое для определения этого параметра пучка, затруднено из-за наличия продольной составляющей магнитного поля, вызванного .третьим видом движения - токами дрейфа. Плотность кругового дрейфового тока : -, : - (3J UP о где t, - заряд электрона, п - плотиость электронов; (U-o - абсолютная магнитная прони цаемость; Е - напряженность радиального электрического поля. Величина и характер распределени радиального электрического поля Е определяется как параметрами пучка так и параметрами, трубопровода геометрией его поперечного сечения и потенциалами на внутренней 4 и внешней 3 стенках. В соответствии с этим, от тех же параметров зависит величина и распределение дрейфовог тока и вызванный им магнитный пото Фд . При этом суммарный ток дрейфа по радиальному сечению пучка в общем случае не равен нулю. Это вызывает изменение магнитного потока внутри пучка, при , что не наблюдается для второго вида движени Измерители магнитных потоков удобно установить на границах трубо провода и измерять потоки в сечениях с радиусами R и R . В этих сечениях магнитные потоки вызванные третьим видом движения .электронов в пучке с равномерной плотностью тока, определяются выражениями:Ф - ,V R,p (i-4, в оЕо где ) средни радиус пуч кя ка л2-Яз2 - толщина пучка; - параметр; V|| - скорость электроно вдоль оси. Так как поток вызванный вторым дом движения ограничен радиусами и Кэ , то он будет фиксироваться только при измерении потока в сече НИИ с радиусом R4 , т.е. измерители, установленные на радиусах R-, , и R4 будут измерять соответственно потоки i . ф ;.Ф +Ф.- () В1 г4 84 Б Выражения (2), (4), (5), позвол ют определить етнре основных пара метра пучка: З/д, , V /V,, . Для эт го необходимо провести измерения п токов Ф и Фу при двух различны граничных условиях. Изменения граничных условий, например величин 4 f вызовет разные изменения потоков «.-(Ф. и не повлияет на поток Ф . Это обстоятельство и позволяет получить необходимое число независимых уравнений для вычисления указанных параметров электронного пучка. Таким образом видно, что в отличие от ранее существовавшего способа бесконтактного измерения очень ограниченного числа параметров электронных пучков, основанного на регистрации магнитного поля, в предлагаемом способе осуществляется воздействие на местные траектории движения электронов пучка путем изменения граничных условий вне пучка, вызывающих изменения радиального электрического поля в самом пучке. В результате этого появляется возможность разделить накладывающиеся друг на друга поля пучка, возникающие от разных эффектов при движении пучка в продольном магнитном поле. Это разделение и дает возможность определить четыре основных параметра пучка. Очень существенно, что это воздействие не оказывает влияния на все остальные параметры пучка, такие как ток, энергия, распределение плотности тока по сечению и т.д. Реализацию предлагаемого способа можно пояснить на следующем примере. На трубопроводе, по которому проходит измеряемый пучок ускоренных электронов, делают два соседних участка с разными значениями радиуса р4 и на этих участках устанавливают по два измерителя магнитных потоков ДЛ.Я измерения потоков в сечениях с радиусами R и R. . Обозначим измеряемые потоки через Ф4--,, ««li k и ЬИз выражений (4), (Ь), можно получить, что ,р-Лл2.д. ;0 ..f., . Таким образом, величины RCP и л могут быть определены из относитель-ных значений измepяe иx потоЬов.Для .определения 3 ,,необходимо знание абсолютных значений потоков.При этом значения J иУ./Уц определяются соответственно из потоков и 4 4Кроме того, этот способ очень удобен для контроля отклонения среднего радиуса пучка от требуемой ведичины. Для этого значения (4 ОД /1ОМ из выбранных для измерения сечений делают таким, чтобы при задан WOM значении R поток j был нулю, что получаетой, везли Клравен . Отклонение от заданной велий чины приведет к появлению - сигнала Гч , 688089

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРУБЧАТОГО СИЛЬНОТОЧНОГО ИМПУЛЬСНОГО ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ, основанный на бесконтактном измерении магнитных полей, создавае1«лх пучком при его движении в вакуумном пролетном канале с продольным магнитным полем, от л.и чаю - щ и и с я тем, что, с целью уве- л?ичения количества одновременно измеряемых параметров пучка, в нескольких местах пролетного канала изменяют граничные условия вне пучка путем изменения геометрических размеров пролетного канала, либр путем изменения электрических потенциалов на его стенках, а затем намеряют продольные составляющие магнитного поля.(СknFо^00 О)о 00 со