Изобретение относится к области ускорительной техники, преимущественно к технике измерения параметров пучков заряженных частиц и может быть использовано для измерения тока и средней энергии пучка ускоренных электронов в ускорителях, применяемых в прикладных целях.
Известен широкий класс устройств для измерения энергии ускоренных частиц, реализующих различные способы измерения.В ускорителях рассматриваемого типа наиболее распространенными являются магнитные анализаторы, калориметры и абсорбционные преобразователи.
Магнитный анализатор 1 измеряет энергетический спектр, по которому можно рассчитать среднюю энергию частиц. Тем самым анализатор выдает избыточную информацию, а сам процесс измерения является достаточно сложным. Кроме того, собственно анализатор является громоздким устройством и требует достаточно сложного приборного оснащения.
Калориметрический преобразователь 2 измеряет полную энергию пучка. Для измерения средней энергии частиц его показания необходимо нормировать на ток пучка, для чего он должен быть дополнен соответствующим датчиком. К недостаткам калориметра можно также отнести его инерционность, громоздкость и сравнительно сложную конструкцию.
Наиболее близким к заявляемому устройству является абсорбционный датчик
энергии пучка ускоренных электронов, содержащий две металлические изолированные пластины, установленные последовательно по ходу пучка, первая из которых выполняет функцию поглотителя, а вторая - коллектора прошедших первую пластину частиц. Ток с первой пластины пропорционален току падающего пучка и является функцией энергии частиц.
Зависимость коэффициента поглощения
от энергии получают, осуществляя нормировку на полный ток:
/. f
:F(E).
о
20
Ускорители рассматриваемого класса, как правило, имеют энергетический спектр конечной ширины, который принято характеризовать интегральной величиной -
средней энергией. Двухпластинчатый абсорбционный датчик, в общем случае, измеряет величину отличную от средней энергии. В самом деле представим зависимость f(E) в виде суперпозиции линейной ф() и
нелинейной у,(} фупкций:
Для спектра конечной ширины имеем рр
i-MaKC- -макс
К,(Е) I K(E)-I(E)dEf I I(E)dE
Сгмян
0)
t.M акс
I E.I(E)dE „ Ем..,, , x(E).I(E)dE
/(E)dE f(E)dE
где/() -энергетический спектр. Согласно определению средней энергии В вырал ение (1) можно представить в виде
K,(E)QE + b+A.(2)
Из (2) следует, что отклонение зависимости f(E) от линейной приводит к появлению ошибки в измерении средней энергии, определяемой величиной А.
Рабочий диапазон характеристики датчика Д/; fjiaKc-f.MHH относительно невелик и не перекрывает диапазон перестройки ускорителей по энергии. Этот недостаток можно устранить, используя вместо первого поглотителя несколько пластин, соединяемых гальванически в группы различной толпдины в зависимости от намеряемой энергии, однако, это усложнит конструкцию .и затруднит измерения, так как каждой группе соответствует градуировочная зависимость.
Цель изобретения - повышение точности измерения средней энергии и расширение диапазона измеряемой энергии электронов.
Это достигается за счет того, что в известном датчике, содержащем две металлические изолированные пластины, установленные последовательно по ходу пучка, в первой пластине выполнены в направлении параллельном пучку электронов равномерно расположенные несквозные отверстия с диаметром много меньше диаметра пучка частиц.
На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого датчика; на фиг. 2 - графики зависимости коэффициента поглопления от энергии частиц. ,
На пути пучка электронов расположены последовательно друг за другом поглощающая пластина 1 толщиной L и коллектор 2. В первой пластине сделаны несквозные отверстия 3 на глубину L-i/.
Пучок электронов взаимодействует с поглотителем .1, тормозится в нем, образуя непрерывный энергетический спектр. При этом часть частиц, зависящих от начальной энергии и толщины пластины, поглощаются и создают на ней избыточный отрицательный заряд, в результате чего в цепи потечет ток /i- Прошедшие электроны поглощаются коллектором 2, что приводит к появлению в цепи второго электрода тока /2.
Пучок электронов, взаимодействующих с поглотителем, можно разделить на три группы. Первая группа частиц проникает в отверстия 3 и взаимодействует с поглотителем толщиной I/ (кривая а на фиг. 2). Ко второй группе частиц относятся те, которые нри рассеянии в теле поглотителя не попадают в область отверстий, т. е. взаимодействуют как бы с однородной пластиной толщиной L (кривая б). К третьей группе относятся первичные и вторичные электроны, один и более раз прошедшие область отверстий. Зависимость коэффициента поглощения от энергии для этих частиц, очевидно, будет определена в области между кривыми а и б и, в общем случае, отличается от зависимости для плоского однородного поглотителя при нормальном падении электронов.
Для предлагаемой конструкции поглотителя рабочая область характеристики К(Е) расширяется от Ямин, до , и определяется исключительно толщиной пластины L, глубиной отверстий и выбором материала. Зависимость К(Е) является суперпозицией зависимостей первой, второй и третьей группы, взятой с определенным весом, зависящим от глубины отверстий, их диаметра и плотности расположения на пластине. Подбирая параметры отверстий, можно линеаризировать градуировочную кривую в диапазоне энергий Af „ „„,-Ямак
Предлагаемая конструкция первой пластины позволяет создать датчик средней по спектру энергии частиц, обладающий малой погрешностью в широком диапазоне изменения энергии и дает возможность улучшить его рабочие характеристики путем применения более технологичных и термостойких материалов. Так, например, использование пластины из графита, дающей в случае ее однородности очень узкую рабочую область, позволяет проводить измерения мощных пучков в любом требуемом диапазоне энергий. Равномерное и достаточно плотное расположение отверстий на пластине позволяет сделать датчик нечувствительным к смещениям . пучка и изменениям формы и размеров его поперечного сечения.
Формула изобретения
Датчик энергии пучка ускоренных электронов, содержащий две металлические изолированные пластины, установленные последовательно по ходу пучка, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерения средней энергии и расширения диапазона измеряемой энергии, в первой пластине выполнены в направлении параллельном пучку электронов равномерно расположенные несквозные отверстия с диаметром много меньше диаметра пучка частиц.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1.Басаргин С. Г, и др. «Магнитный анализатор компактного циклотрона, ЖТФ,
1972, № 9, т. 47, с. 1904-1905.
2.Miller iQ. N. Lockwood G. S. «IEEE Trans Nuclear Science, 1975, 22, N 3, p. 1072- 1075.
3. Дронин В. Н., Миловсков О. С., «Экспресс измеритель тока и энергии ускоренных электронов. Доклады 2-го Всесоюзного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве, Л., «Наука, 1976, т, 2, с. 244-251 (прототип).
