Устройство для измерения заряда пучка частиц Советский патент 1980 года по МПК H01J39/00 H05H7/00 

Изобретение относится к устройствам измерения заряда пучка частиц, Jциркулирующих на равновесной орбите, в различных типах ускорителей и накопителей, в частности в бетатронах, и может найти применение при испытании, настройке и эксплуатации уско рителей заряженных частиц. Известно устройство для измерения заряда пучка частиц в ускорителях и накопителях, содержащее датчик, выполненный в виде электростатического электрода и сегнетодиэлектрического преобразователя, генератор для воз-, буйщения преобразователя, избирател / ный усилитель, настроенный на вторую гармонику частоты возбуждения, детек тор для получения однополярного импульса, усилитель и индикатор напряжения |1 . В этом устройстве преобразование сигнала с электрода осуществляется с помощью сегнетодиэлектрических кон денсаторов - варикондов. При появлении измеряемого поля пучка частиц в связи с поляризацией сегнетоэлектрика из-за несимметрии кривых поляризации В цепи нагрузки датчика протекает ток, состоящий из четных гармоник частоты поля, возбуждаемого генератором, из которых большую ё1мплитуду имеет вторая гармоника, она ииспользуется для измерения. Недостатком варикондов является их значительная температурная и временная нестабильность. СегнетодиэлекТрики не могут регистрировать быстро- протекающие изменения заряда/ так как они предназначены для измерения постоянных или медленноменяющихся полей. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения заряда пучка .частиц, содержащее электростатический сигнальный электрод, соединенный с входс 1 усилителя, выход которого подсоединен к индикатору напряжения, поАключеннсму к выходу схемы синхронизации ускорителя. Устройство может работать в режиме наведенного тока или в режиме наведенного заряда 2. . Однако работа в режиме наведенного тока имеет место, когда постоянная времени входной цепи усилителя много меньше длительности измерения. Устройство в режиме наведенного тока измеряет производную заряда пучка частиц во времени. Поэтому получение информации о заряде требует

роведения дополнительных преобразоаний, что приводит к увеличению порешности измерения заряда пучка астиц. Указанный недостаток устраняется, если устройство работает в ежиме наведенного заряда, когда постоянная времени входной цепи усилителя много больше длительности измерениЯ. В этом случае устройство измеряет искомую величину - заряд пучка частиц. В режиме наведенного заряда значение наведенного в момент инжекции частиц в камеру заряда на электростатическом сигнальном электроде значительно превышает его величину в цикле ускорения и при сбросе на мишень. Поэтому изменения сигнала в цикле ускорения и при сбросе трудно различимы, несмотря на то, что процессы инжекции,. ускорения и сброса разнесены во времени. Это обуславливает низкую чувствительность устройства при измерении заряда пучка в цикле ускорения и при сбросе. Кроме того, в известном устройстве имеется погрешность, вызванная попаданием заряженных частиц на электростатический сигнальный электрод в момент инжекции их в камеру. Целью изобретения является повышение ч 4вствительности и точности. Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее электростатический сигнальный электрод, соединенный со входом усилителя, выход которого подсоединен к индикатору напряжения, подключенному к выходу cxeNBj синхронизации ускорителя, введен управляемый ключевой элемент и схема управления им, один из электродов ключевого элемента подсоединен ко входу усилителя, другой к клемме земля, а к управляквдему электроду ключевого элемента подсоединен выход cxeNSd управления, вход которой подключен к .выходу скены синхронизации ускорителя..

При измерении заряда в цикле ускорения и при сбросе ключевой элемент , раэлыкаетсй после окончания процесса инжекции частиц в камеру ускорителя и эаналкается после сброса их на мишень. Поэтому в импульсном Сигнале на электростатическом сигнальном электроде отсутствует пьедестал , амплитуда которого пропорциональна введенному в камеру заряда при инжекции и значительно превьпяает его величину в цикле ускорениями при сбросе,

На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения заряда пучка частиц.

Устройство для из юрения заряда пучка частиц в ускорителе содержит электростатический сигнальный электрод 1, ключевой элемент 2, усилитель 3, индикатор 4 напряжения, схему 5 управления клктевым элементом.

схему б синхронизации ускорителя. Для обеспечения входного сопротивления усилителя 3 R вх -10 Ом в его ,основу положен усилитель Уайта. В качестве ключевого элемента 2 используется геркон. Индикатором 4 напряжения служит осциллограф, а схема б синхронизации ускорителя выполнена в виде отдельного блока, вмонтированного в пульт управления.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Сигнал, наведенный заряжеиньлм пучком на электростатическом сигнальном электроде 1 в момент инжекции его в камеру, не поступает на усилитель 3 и далее на индикатор 4 напряжения, так как в это время вход усилителя 3 закорочен на землю ключевым элементом 2. После окончания процесса инжекции частиц в камеру ключевой элемент 2 размыкают и держат в таком состоянии в течение цикла ускорения и сброса частиц. Сигнал, за это время наведенный заряхсенным пучком на электростатическом сигнальном электроде 1, поступает на вход усилителя 3 и далее на индикатор 4 напряжения В этом сигнале отсутствует пьедестал, амплитуда которого пропорционгшьна введенному в камеру заряда при инжекции, а измеряется только заряд в цикле ускорения и при сбросе его на мишень. Временной интервал, в течение которого ключевой элемент 2 разомкнут, определяется работой схемы 5 управления, запускаемой импульсом от схемы б синхронизации ускорителя.

Отсутствие в импульсном сигнале на электростатическом сигнальном электроде 1 пьедестала, амплитуда которого пропорциональна введенному в камеру заряда при инжекции, позволяет повысить чувствительность -устройства при измерении заряда пучка в цикле ускорений и при сбросе. Кроме того, так как во время инжекции ключевой элемент 2 замыкает электрический сигнальный электрод 1 на землю, то с него отводятся все электроды, упавшие на него в момент инжекции. Этим исключается погрешность измерения заряда пучка из-за попадания частиц на электрод в момент инжекции .

Формула изобретения

Устройство для измерения заряда пучка частиц, содержащее электростатический сигнальный электрод, соединенный с входом усилителя, выход которого подсоединен к индикатору напряжения, подключенному к выходу схемы синхронизации ускорителя, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и

точности измерения, введен управляемый ключевой элемент и схема управления им, один из электродов ключевого элемента подсоединен ко входу усилителя, другой к клемме земля, а к управляющему электроду подсоединен выход схемы управления, вход которой подключен к выходу синхронизации ускорителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Москалев в. А. и др. Система для измерения тока непрерывного пучка заряженных частиц без его прерывания. Дозиметрия и радиационные процессы в дозиметрических системах Ташкент, изд. ФАН Узбекской ССР, 1972, с. 22.

2. Москалев В. А. и др. Измерение ускоренного заряда в бетатроне. Из вестия ВУЗов, серия Физика, изд. Томского университета, 1974, вып. 5, с. 138.