Устройство для измерения длительностии зАРядА СгуСТКОВ зАРяжЕННыХ чАСТиц Советский патент 1981 года по МПК H05H7/00 H01J40/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для измерения длительности и зарядасгустков ускоренных электронов . Известно устройство для измерения параметров сгустков заряженных части с пикосекундным разрешением, содержа щее черенковский излучатель, оптическую систему, фотоэлектронный умно житель и стробоскопический осциллограф fl. Сгусток электронов в таком устройстве испускает черенковское из лучение, проходя через 10-см ячейку, заполненную ксеноном при атмосферном давлении. Счет из ячейки через толстое окно из плавленного кварца с бирается при помощи плоского зеркала и передается по оптической системе к фотоэлектронному умножи.телю.Сигнал от ФЭУ из экспериментального помеще.ния передается по кабелю с пенополистироловой изоляцией на широкополосный стробоскопический осциллограф Такое устройство является полупрозрачным для проходящего через черенковский излучатель электронного пучка. Част.ь пучка теряется из-за рассеяния электронов на фольгах переднего и заднего разделительных окон, черенковской ячейки и на ксеноне, который находится.в ячейке при атмосферном давлении. Кроме потерь электронов, установка черенковской ячейки вносит существенную расходимость в выходящий из ускорителя электронный пучок. Рассеяние электронов в ячейке приводит к тому, что черенковское излучение в таком устройстве испускается не в узком конусе, а в различных направлениях, что приводит к уменьшению интенсивности света и к трудностям его передачи в оптической системе. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения параметров пучков заряженных частиц, содержащее кюветы с веществом, чувствительным к электромагнитному полю, источник света оптической системы и регистрирующую аппаратуру 2. В таком устройстве пучок заряженных частиц возбуждает электромагнитное поле, пролетая вблизи кюветы, под действием которого изменяется оптическая плостность жидкого вещества в кюветах. Недостатком такого устройства является конструктивная .сложность установки кюветы в пролётную трубку ускорителя, что приводит к малой помехоустойчивости устройства и увеличивает габариты устройства. Использование жидкости в качестве оптического элемента приводит к малой чувствительности и значительной инерционности устрой ства в целом. .Цель изобретения - повышение чувствительности,, точности и помехоустойчивости . Это достигается тем, что в известном устройстве, содержащем преобразователь, чувствительный к электромагнитному излучению пучка, выходя щего из ускорителя, источника светового излучения и системы регистрации включающей поляризаторы светового излучения и элементы его транспорти ровки, преобразователь выполнен в виде коаксиала, нагруженного у вход на емкость, на выходе - на согласованную поглощающую нагрузку, и распо ложенного так, что его внутренний проводник соосен с траекторией движе ния сгустков и имеет пролетный канал а оптический элемент выполнен в виде кристалла, не имеющего центра симмет рии, расположенного в полости коакси a.. аа траектории светового излученкл так, что его оптическая, ось параллельна этой траектории и перпенди кулярна оси коаксиала. Схема устройства для измерения формы .и интенсивности сгустков заряженных частиц пикосекундной длительности показана на чертеже. К выходу ускорителя 1 подсоедине преобразователь 2, который представл ет собой полый коаксиал, на входе которого имеется емкостной зазор 3, Е котором есть отверстие для пролета уск.орекных сгустков электронов из ускорителя в пролетную трубку 4. На выходе коаксиала имеется согласованная поглощающая нагрузка 5 из абсорбиругацей твердой высокочастотной керамики, например альскфер В полость коаксиала помещен кристалл б дигидрофосфата аммония АДР + + . Полости коакскала в местах контакта с кристаллом имеют отверстия для прохождения светового излучения от лазера 7. Для передачи оптических сигналов после кристалла служат зеркала 8, а изменять плоскость поляризации света можно с помощью призматических поляризаторов никелей 9. Световое излучение регистрируется с помощью электроннооптического преобразователя 10 и фотохронографа 11. Устройство работает следующим образом. После выхода из ускорителя 1 сгусток электронов попадает в пролетную трубку 4. Сгусток электронов при ;)нергии 10-20 МэВ- является релятивистким и электромагнитные поля, связанные с ним, движутся в направлении движения пучка. Когда сгусток пересекает емкостной зазор 3 полого коаксиала 2 электромагнитные поля, связанные с сгустком, расширяютсяи передаются по коаксиальной линии в направлении пучка со скоростью света. Результирующая электромагнитная волна типа ТЕМ, пройдя коаксиал поглощается в согласованной нагрузке 5. Проходя вдоль коаксиала электромагнитная волна возбу дает в кристалле продольное электрическое поле, параллельное оптический оси кристалла, и кристалл становится двулуче-. преломляющим. Вдоль оптической оси кристалла непрерывно пропускается свет, который после кристалла б зеркалами 8 направляется в систему регистрации . В момент прохождения электронного сгустка через емкостной зазор коаксиала происходит поворот плоскости поляризации .проходящего через кристалл светового излучения, Известно, что кристаллы дигидрофосфата калия и дигидрофосфата аммония, которые не имеют центра симметрии, при отсутствии электрического поля обладают свойствами одноосной анизотропной среды и свет распространяется вдоль оптической оси таких кристаллов не претерпевая двойного лучепреломления. Если вдоль оптической оси кристалла приложить электрическое поле, то кристалл осуществляет поворот плоскости поляризации проходящего через него света на определенный угол, который линейно пропорционален величине приложенного напряжения - эффект Поккельса. Для обнаружения этого оптического эффекта Б оптическую систему введены два поляризатора 9 с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. Поэтому в промежутке между электронными сгустками свет не проходит от лазера в систему регистрации, а пропускается оптической системой лишь в момент прохождения сгустка через емкостной зазор коаксиала. Таким образом на фотохронографе 11 можно измерять длительность электронного сгустка, а интенсивность прошедшего через оптическую систему светового излучения зависит от величины заряда сгустка. Использование в предлагаемом устройстве эффекта Поккельса, который линейно зависит от приложенного электрического поля и практически безинерционен, позволяет перенести процесс, измерений параметров электронного сгустка в оптический диапазон длин волн. Величину интенсивности светового излучения, прошедшего сквозь оптическую систему в момент пролета сгустка электронов через датчик, легко оценить, испол-.зуя известное отношение Поккельс: : f г I -, -т ,,Л .L-i..EAr.. прош Л