Способ измерения энергии электронов в пучке Советский патент 1985 года по МПК G01T1/29 

Изобретение относится к измерительной технике. Известен способ измерения энерги электронов в пучке от ускорителя, заключающийся в том, что пучок злек ронов направляют на поверхность неи менного поглотителя, регистрируют электроны в поглотителе, регистриру ют обратнорассеянные поглотителем электроны, вышедшие из поверхности поглотителя за пределами области по верхности, на которую непосредствен но падает пучок электронов, и по ре зультатам регистрации судят об энер гии электронов в пучке l Известен также способ измерения энергии электронов в пучке от ускорителя, заключающийся втом, что пу чок электронов направляют на поверх ность неизменного поглотителя,регист рируют обратно рассеянные электроны вышедшие из поверхности вне области падения пучка на поглотитель, на ко торую непосредственно Ъадает пучок электронов, регистрируют обратнорассеянные электроны, вышедшие на всех расстояниях от оси пучка и по отношению результатов регистрации судят об энергии электронов в пучке z .. . Способ не требует введения детек торов в поглотитель, но чувствитель ность этого способа не достаточно высокая, особенно при контроле энер гии электронов в узких пучках, что ограничивает точность измерений. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет повышения чувствительности к измене ниям энергии электронов, особенно в узких пучках. Указанная цель достигается тем, что при способе измерения энергии электронов в пучке, заключающем-т ся в том, что пучок электронов направляют на поглотитель, регистрируют обратнорассеянные электроны, вышедшие из поверхности вне области падения пучка на поглотитель, дополнительно регистрируют обратнорассеянные электроды, вышедшие из поверхности в области пучка на погл титель, и по отнотению результатов регистрации судят об энергии электронов в пучке. Поскольку поток обратнорассеянных электронов, вьпшедших из области 3 2 поверхности поглотителя, на которую непосредственно падает пучок, пропорционален току пучка и уменьшается с увеличением, энергии электронов в пучке, а поток обратнорассеянных электронов, вышедшихза пределы области поверхности поглотителя, на которую непосредственно падает пучок, пропорционален току пучка и увеличивается с увеличением энергии электронов в пучке, то отношение этих потоков не зависит от тока пучка. Чувствительность же отношения к изменениям энергии электронов в пучке равна сумме чувствительностей к изменениям энергии каждого из потоков. Чувствительность потока обратнорассеянных электронов, вышедших из области поверхности поглотителя, на которую непосредственно падает пучок, к изменениям энергии электронов Bbmie, чем чувствительность к изменениям энергии электронов в пучке потока обратнорассеянных электронов, вышедших из поверхности поглотителя на всех расстояниях от оси пучка, особенно для узких пучков. Это определяет более высокую чувствительность предлагаемого способа, особенно при измерении энергии электронов в узких пучках по сравнению с известным способом. На фиг.1 приведена схема, пояс- няющая предлагаемый способ измерения энергии электронов в пучке от ускорителя; на фиг, 2 - радиальные распределения тока обратнорассеянных электронов на поверхности поглотителя при различных энергиях электронов в пучке, для точечного мононаправленного пучка; на фиг. 3 - то же, для узкого пучка заданного сечения; на фиг. 4 - то же, для широкого пучка заданного сечения; на фиг. 5 зависимости тока обратнорассеянных электронов, вьш1едших из поверхности поглотителя за пределами области поверхности, на которую непосредственно падает пучок, и тока обратнорассеянных электронов, вышедших из области поверхности поглотителя, на которую непосредственно падает пучок от энергии электронов в пучке. Пример. При измерении откло нения энергии электронов or номинал ного значения, например, Но 5 МэВ (см,фиг,1), в коллимированном до диаметра 2% 0,08 см пучке от бета рона при облучении, например, погло тителя из материала с плотностью р 8 г/см и эффективным атомным номером Z 50, регистрируют ток обратнорассеянных электронов, вьшед ших из поверхности образца за преде лами области с радиусом (Q 0,1775 который устанавливается согласно соотноше нию 0,5 R (Б) ( R -г ) 0,3 R (Е), где R (Е) - пробег электронов в поглотителе с энергией Е , равной сред ней энергии электро нов, для диапазона, котором про водятся измерения Е 0,5, (,+ 2. где Е, + Е - диапазон, в ко тором проводятся изм рения, Например, Е, 4,5 МэВ, аЕ 5,5 МэВ, Одновременно регистрируют ток обратнорассеянных электронов, вышедших из области поверхности поглотителя с диаметром 2 г 0,08 см, на которую непосредствен но падает пучок. Пучок в данном слу чае является узким, так какГдр(Е) Находят отношение результатов регис рации и по нему судят об энергии, электронов в пучке, причем как при измерении, так и при калибровке ис пользуют один и тот же неизменный поглотитель. Рассчитанные распределения -тока обратно рассеянных электронов на поверхности поглотителя Р /г-р. Б/ при разных энергиях электронов точечного мононаправленного по нормали пучка с единичной плотностью тока представлены в Р гп,Е) на фиг,2, Распределения рассчитаны методом Монте-Карло. Площади под кривой численно равны интеграль .ному коэффициенту обратного рассеяния, т,е, jP(i-pUp(3r kopU) Распределения обратнорассеянных электронов по поверхности поглотителя (г, Е) для рассматриваемого примера при энергиях электронов 4МэВ и бМэВ при единичной плотности тока пучка показаны на фиг, 3 и 4, Видно, что распредтеление в пределах области г,., для Гц 0,04 см (узкий пучок)сильно зависит от энергии (см,фиг,3}, в то время как для Гд 0,44 см (широкий пучок, Tjр R (Б)) зависимость распределения в пределах г, от энергии электронов в пучке гораздо слабее (сЯ,фиг.4) .. Влияние уменьшения плотности материала поглотителя (см,фиг,3,4) приводит к такому же изменению распределений, что и увеличение энергии электронов в пучке, что требует неизменности поглотителя при калибровке и измерениях для обеспечения однозначности,. Результат регистрации тока обратнорассеянных электронов, вышедших в пределах области поверхности с радиусом TO 0,04 см Uj , пропорционален току пучка 3 и величине ДЕ1 {ф(г,Е1гсЗг, . а результат регистрации тока обратно рассеянных электронов, вьппедших за пределами области поверхности поглопЙЧ ля с радиусом ((, 0,1775 CM(, пропорционален току пучка и величине 00 2)). , Зависимости , о i (.Е) и i (Е) для рассматриваемого примера при единичной плотности тока пучка приведены на фиг,5, где Го 0,04 см, р 8 г/см ; -R 0,0825 см; Д - 0,1 35 см; ГП - R -0,1775 см; 1У - RO 0,22 см; У - RO 0,135 см, р 4 г/см Го 0,04 см; У1 0,4825 см, р 8 г/см , Го 0,44 см; У11 -RO 0,5775 см, р -8 г/см Го 0,44 см УП1 - Го 0,44 см, р 8 г/см ; iX - TO 0,04 см, р 8 г/см ; X - Го 0,04 см, р 4 г/см , Здесь же приведена зависимость 00 iov J(EViJr , характеризуюая способ - прототип. Кривые У и X оказывают влияние изменений в плотости поглотителя, через соответствую58694щие и-зменения радиальных распределений на ход зависимостей 1, (Е) и ijCE) что иллюстрирует появление неоднозначности в определении энергии электронов в пучке при изменении Ш10т-5 нести материала поглотителя между отдельными измерениями. Отношение результатов регистрации для предлагаемого способа ( r/(Jn не зависит от тока пучка JQ . 10 C|(E)l,,iEV

При ЭТОМ чувствительность отношения к изменениям энергии электронов в пучке для предлагаемого способа равна

3,

Э1г

Ц

I .ЗЕ

ЗЕ

ЭЕ а для способа-прототипа -L L Для данного примераS j 0,9 МэВ, а 5,., 0,46 КэВ При плотности тока пучка, равной 1 среднее количество обратно рассеянных электронов, вьппедших из поверхности поглотителя за пределами обла ти с радиусом R(, 0,1775 см единич ный интервал времени, 1,510 , среднее число обратно рассеянных электронов, вышедших из области поверхности поглотителя, на которую непосредственно падает пучок П. 1, , а среднее число обрат но рассеянных электронов, вышедших из поверхности поглотителя на всех расстояниях от оси пучка Пд 1,610 При длительности измерений, равной t , среднеквадратичные значения флуктуации этих величин соответ ственно равны й, ( . о Среднеквадратичное значение флуктуаций отношения (, N,/ при peaлизации предлагаемого способа при этом равно . ,j2(q f IN, ; мл иг-гЧтк7Г Ч9гИ-terser7

,,,+w

Qn.H

EU

.г

а для способа-прототипа

к:;

tW

ап.н

20

ОД

о5

,г 3 h /. а при реализации способа-прототипа d - I Тог It При этом минимальное регистрируемое относительное отклонение энергии электронов в пучке для предлагаемомого способа при аппаратурной нестабильности СО ,1 -г Если 6( .и , что соответствует(, (Jgj, и времени измерений -(1. то точность способов определяется их чувствительностями и нестабильностью аппаратуры. с- w с „ о ((,2 При этом точность предлагаемого , ..,1 способа в К р Я,.. , раза выше, чем точность способа-прототипа. Предлагаемый сЪособ измерения энергии электронов в пучке от ускорителя обеспечивает более высокую чувствительность и точность измерений энергии электронов в пучке, чем известный способ, особенно в узких пучках без введения детекторов в поглотителе. Способ предназначен для исследований нестабильности коллимированных пучков быстрых электронов от источников на основе ускорителей, применяемых в электронной дефектоскопии, плотнометрии и толщинометрии. Преимущества способа важны в связи с освоением энергетического диапазона 1-10 МэВ.

rpPlrp,

0,5

О А 0,3

о,г

0,1

О 0,4 0,8 1,2 1,6 г,0 2,4 2,8 Фиг.г

io Z-50

rpf г/cfi

(г,Е,р1сн

0,2 0,4 0,6 0,8

if) -IcM c

Фиг.З

0,6 0,8

Z 50

in - /r//V

Е-6Мэ6

f) 4г/см

1,0 1,2 r,CM ФикЛ

СПОСОБ ИЗМЕРЕШ Я ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОНОВ В ПУЧКЕ, заключающийся в том, что пучок электронов направляют на поглотитель, регистрируют обратно 5ассеянные электроны, вышедшие из поверхности вне обдасти падения пучка на поглотитель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно регистрируют обратнорассеянные электроны, вьш1едшие из поверхности в области падения пучка на поглотитель, и по отношению результатов регистрации судит об энергии элект1)онов в пучке. 00 as со 4;: со