Датчик распределения энергии и плотности тока пучка ускоренных электронов в полях облучения Советский патент 1984 года по МПК H01J47/14 

Изобретение относится к ускорительной технике, преимущественно к технике измерения параметров пучков заряженных частиц, и может быть использовано для контроля параметров полей облучения больших размеров на ускорителях, используемых в прикладных целях. Известен капориметртческий преобразователь, в котором совмещен обычный калориметр, Измеряющий полную энергию пучка, и щшиндр Фарадая, измеряющий ток 1 . Недостатком преобразователя является его инерционность. Наи&}лее близким к изобретению техничес1а{м решением является датчик распределе ния жергии и плотности тока ускорен ных электронов в полях облучения, содержа щий два металлических изолированных элект рода, установленных последовательно по ход пучка 2J. Мшользование коллиматора пучка на входе в преобразователь для обеспечения требу мого пространственного разрешения связано с большикга трудностями ориентирования ко лиматора относительно расходящегося потока часшц в поле облучения. Кроме того, обеспечение необходимого углового разрещения (характеристика Aaraika крититаа к углу влета пучка частйц) О1ншодат к большим потерям интенсивности и искажению знергетического состава пучка за счёт част1щ, про заимодействовавших с краями коллиматора. Целью изобретения является повышение точности измерения. Поставленная цель достигается за счет тога, что в датчике распределения энергии и плотности тока пу«иса ускоренных электроно в полях облучения, содержащем два металлических изолированных электрода, установленных последовательно по ходу пучка, первый электрод вьшолнен в виде металлического полого .шара, а второй представляет собой включенную в щар металлическую сферу, причем электроды помещены в вакуум и окружены экранной сеткой, имеющей отрицательный, по отношению к электродам потенциал. На фиг. 1 показана схема дат%1ка; на фиг. 2 - зависимость коэффициентов поглощения электронов в сфере и суммарного коэффициента от энергии. Электрод 1 отделен от электрода 2 тонким слоем изолятора 3. Датчик помещен внутрь цилиндрического oimsamoro вакуумного объема, образованного тонкой титаново фольгой 4, в котором он йодвёщен на металлических растяжках-проводниках 5 и 6, прикрепленных соответственно к сферическому электроду и шаровому слою. Датчик ок ружен экранной сеткой 7. с коэффициентом прозрачности, близким к единице. Измерение распределения энергии и плотности тока производят перемешая монитор по полю облучения. При этом поток релятивистских электронов проходит сквбзь фольгу 4 и взаимодействует с. электродами 1 .и 2. Часть электронов поглощается в теле зондов, образуя избыточный отрицательный заряд, который стекает по металлическим растяжкам-проводникам 5 и 6 в изме1жтельн|/ш блок. В общей слзчае токи и р- пропорциональны плотности тока в исследуемой точке поля облучения и являются функциями энергии:, )E(x)i 32-.(1М. Энергию определяют, как частное от деления двух токов, исключая тем самым токовую составляющую: ( ) Геометрические характеристики и материал датчика выбираются, исходя из следующих требований:. получение наибольшей чувствительности в широком диапазоне энергий частиц; реализация широкого диапазона работы датчика соответствующего диапазону энергий ускорителей рассматриваемого класса (1-15 МэВ); получение необходимого пространственного разрешения. Проведенные исследования показали, что Лучшими характеристиками обладает йатчик, вьшолненный из свинца с параметрами по лого шара ,1 г/см и R,jr3,5 г/см, покрытый снаружи слоем алюминия толщиной 0,27 г/см. Радиус включенной сферы равен Rj. Датчик позволяет проводить измерения в широком диапазоне энергий. Специальнь подбор геометрии и материалов позволил добиться такого эффекта, когда суммарный коэффициент поглощения не зависит от энергий во всем исследуемом диапазоне.. Т.е. 5- 2 КО р. Это происходит благодаря тому, что изменения токов отраженных, прошедших и поглощенных, электронов взаимокомпенсируются. Слой алюминия нанесен на поверхность свинца для продления линейной части характеристики .3-, область низких энергий. Это позволяет проводить не только нормировку на плотность тока, но и измерять непосредственно распределение плотности тока. К достоинству конструкции следует отнести и то, чк монитор энергии и тока пространственно совмещены, что упро- . щает процесс нормирования и дает возмож- ность автоматизировать его.

В сферическом абсорбционном датчике наблюдается значительная потеря заряда за счет ннзкознергетнчной компоненты вторичных электронов, а также за счет термоэмиссии при некоторых режимах работы, что иска)сает градуировочную характеристику. Для исключения зтого явления щачяк помещен . в вакуум, и к цилиндрической :етке приложен запирающий отрицательный потешщал. Такое конструктивное решение позволяет запереть вторичные электронь, выходящие как с ; поверхности датчикадак и с титановой фольги.

В качестве изрляционного матертала между злектродами используется нанесенный ул сферу тонкий слой алюминия, подвергнутый анодному окислению.

Описанное устройство имеет болыюую радиационную стойкость и дает возмояоюсть измерять с высокой точностью растредел яве знерпш и плотносго тока пучка ускореивых электронов в полях .облучеиия с размерами от нескольких сантиметров и выше б диапазоне 1-15 МэВ.

ДАТЧИК РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ И ПЛОТНОСТИ ТОКА ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТГОНОВ В ПОЛЯХ ОБЛУЧЕШ1Я, содержаний два металлических изоли{юванных электрода, установленных последовательно по ходу пзчка, отличаю: щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерега{я, первый электрод выполнен в виде металлического полого шара, а второй федставляет собой включенную в ишр металлическую сферу, причем электроды помещены в вакуум и окружены экранной сеткой, имеющей отрицательный по отношению к электродам потенциал. I i (Л 00 сд со со Фи.1

К 0,5