Измеритель параметров пучков заряженных частиц Советский патент 1982 года по МПК G01T1/17 

1

Изобретение относится к конструкции устройств для детектирования излучения, принцип действия которых основан на пироэлектрическом эффекте, и мелеет быть исиользовано для количественного измере- 5 ния параметров пучков заряженных частиц, а также в качестве датчика в цеиях управления ускорительиыми устройствами.

Известна конструкция нрнемника нзлучения, представляющего собой диск из по- К) ляризованпой керамики, нанример титаната бария На диск ианесены металлические электроды. При облучении иадающий пучок излучения тормозится в материале электрода, а прирост температуры 1.3 передается керамике и на электродах выделяется сигнал, пропорциоиальпый поглощаемой энергии.

Одиако такой детектор измеряет только один параметр пучка - мощность.20

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является измеритель иараметров пучков заряженных частиц, содержащий пнроактивный элемент с сигнальным электродом и электродом - по- -25 глотителем частиц, а также систему регистрации с блоком измерения мощности и блоком деления сигналов 2.

Устройство содержит пироэлектрический приемник из пироактивного материала с зо

толщииой, превышающей длппу пробега электронов, который разделен па две секции. Пироэлектрический матернал первой секции покрыт с облучаемой стороны поглотителем толщнной, превышающей длппу пробега электронов, а пироэлектрический материал второй секции с облучаемой стороны покрыт электродом, прозрачным для электронов даппой эиергпи, при этом первая секция приемника через истоковый повторптель подключена к измерителю мощиости, а также к блоку сложения и блоку деления; вторая секция приемника через пстоковый повтор1ггель подключена к блоку сложения, выход которого, в свою очередь, нодключеп к блоку деления.

В таком устройстве сигнал нервой секции проиорционале мощности пучка W, а сигнал второй секции пронорцпоналеи сумме мощности пучка п количеству электроиов, прошедших «ирозрачный электрод. Сигналы с обеих секций согласовываются п поступают на блок измерения моииюстп, блок суммирования (определеиия тока пучка) п блок деления (определение средпей энергпи пучка).

Недостатками указанного устройства являются:

невозможность проведення одновременных измерений в одной точке поля;

сложность конструктивного исполиення детектора, состоящего из двух секций;

необходимость ироизводить вычитание (суммирование) сигналов, что является источником ногрешности.

Целью изобретения является одновременное измерение в одной точке поля временных раснределений нлотности потока энергии, плотности потока частиц, а также средней энергии частиц в течение длительности имну.тьсов излучения.

Поставленная цель достигается тем, что в измерителе параметров пучков заряженных частиц, содержащем пироактивный элемент с сигнальным электродом и электродом - поглотителем частиц, а также систему регистрации с блоком измерения мощности и блоком деления сигналов, в него введен блок измерения величины тока частиц с нагрузочным сопротивлением 2, подключенный к электроду - поглотителю, блок нзмерения мощности нагружен сопротивлением Ri и подключен к сигнальному электроду, причем величины R R-2 удовлетворяют соотношению

- R.R.

А--Ё

Сп

Т - длительность измеряегдемых импульсов излуче ния;

Е - средняя энергия частиц; Сгг, С, Y, Л - параметры пироэлектрического элемента - емкость, теплоемкость, пироэлектрический коэффициент и площадь соответственно.

Подключение

к электроду - поглотителю резистора R с блоком измерителя тока позволяет использовать электрод - поглотитель в качестве цилиндра Фарадея и осуществлять измерение тока поглощаемых частиц с выделением сигнала, пропорционального плотности иотока частиц с известной площади сечения. Сигнал, пропорциональный мощностн пучка, снимается с иироактивного элемента. При этом как тенловой сигнал, пропорциональный мощности излучения, так и ток пучка определяются одним детектором, так что производится измерение в одном месте поля (в двухсекционном детекторе ток определяется в одном месте, а мопиюсть - в другом).

Сущность изобретения поясняется чертежо.м.

Измернтель параметров пучков заряженных частин включает в себя детектор излучения II систему регистрации сигналов. Детектор излучения состоит из сигнального электрода 1, ннроактнвного элемента 2 н электрода - поглотителя 3.

Снгнальный электрод е но.мон1ью нагрузочного сонротивления R нодключен к блоку 4 измерення мондностн. Электрод -

поглотитель через нагрузочное сопротивление нодключен к блоку 5 измерения величины потока частиц. Блок 4 измерения мощности и блок 5 измерения величины тока подключены к блоку деления 6.

Падающий на детектор пучок заряженных частиц поглощается электродом 3, имеющим толщину более пробега частиц в данном материале. При этом мощность излучения, выделившаяся в поглотителе, в результате теплопроводности передается пироактивному элементу, а заряд частиц стекает через Rz на землю. В соответствии со схемой включения эквивалентный генератор пироэлектрического тока подключен последовательно с сонротивленнями i и RZ, а эквивалентный генератор тока частиц подключен параллельно еопротивлениям RI и 2.

Пироэлектрическое напряжение, выделнвшееся на нагрузке Ri, равно

(полярность сигнала зависит от напряжения поляризации детектора). Одновременно на нагрузке Ri выделится «фарадеевский сигнал

и.А -1-

Суммарный сигнал на нагрузке Ri равен

UR, :г и„ + f/ф.

Точность нзмерения нироэлектрического сигнала определяется выбором соотношения между RI и RZ

А-Е

Ri+R - с НЛП с учетом того, что , имеем

/,/;, .

Выбор величины нагрузочного сопротивления R определяется длительностью измеря.емого импульса т и емкостью нироэ.чектрического элемента

./,Сп.

Объединяя два условия работы устройства в одно неравенство нолучаем

/./, --j, СпА-(Е

где т - длительность импульса, с; Сп - емкость детектора, мкФ; А - нлоп1адь детектнрования излучения, см;

7 - нироэлек1рический коэффициеит, к л/г. К;

Дж

с - тенлоемкость детектора, ;

к

Е-средняя энергия частнц, эВ.

Чем снльнее вторая часть неравенства,

тем выше точность измерения .мощности

нзлучения. Как вндно из приведенных соотношеннй, чем больше энергия частнц и чем

Ёыше пирокоэффициент, тем легче повысить точность измерений мощности излучения. Пироэлектрический сигнал, регистрируемый блоком 4, пропорционален мощности излучения

f-5l V ел

а сигнал, регистрируемый блоком 5, пропорционален плотности тока частиц/ I1 .

С помощью блока деления определяется третья характеристика излучения - средняя энергия Е (МэВ).

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет одновременно в одной точке поля измерять основные параметры пучков заряженных частиц - мощность излучения (плотность потока энергии), ток (плотность потока частиц) и среднюю энергию частиц в течение одного импульса излучения.

Применение предлагаемого устройства перспективно для развития метрологии пучков заряженных частиц, а также для рещения прикладных задач радиационной техники, например может быть использовано в качестве датчика в целях управления ускорительными устройствами.

Формула изобретения

Измеритель параметров пучков заряженных частиц, содержащий пироактнвный элемент с сигнальным электродом и электродом - поглотителем частиц, а также систему регистрации с блоком измерения

МОЩНОСТИ и блоком деления сигналов, о т личающийся тем, что, с целью одновременного измерения в одной точке поля временных распределений плотности потока энергии, плотности потока частиц, а также средней энергии частиц в течение длнтельности импульсов излучения, в него введен блок измерения величины тока частиц с нагрузочным сопротивлением Rz, подключенный к электроду - поглотителю, блок измерения мощности нагружен сопротивлением R н подключен к сигнальному электроду, причем величины R и удовлетворяют соотношению

,

А-1Ё

Сп

т - длительность измеряеемых импульсов излуче ния;

Е - средняя энергия частиц; Сп, С, А, Y - параметры пироэлектрического элемента - емкость, теплоемкость, площадь и пироэлектрический коэффициент соответственно.

Источники информации,

принятые во внимание прн экспертизе

1.Berkner К. Н., Meyrs В. R. and РуП Р. V. Rev Sci Instrum. 1968, 39, 8, P. P.

35 1204-1206.

2.Авторское свидетельство СССР Л 496845, кл. G 01Т 1/00, 1974.