Устройство для измерения энергии пучка ускоренных электронов в поле облучения Советский патент 1984 года по МПК H01J47/02 

Изобретение относится к области ускорительной техники, преимуществен но к технике измерения параметров пу ков заряженных частиц, и может быть использовано для контроля параметров полей облучения больших размеров на ускорителях, используемых в прикладных целях. При формировании полей облучения на выходе ускорителей часто необходи мо знать не только дозное распределе ние, но и параметры, непосредственно его определяюпще, такие, как распределение tto полю облучения плотностч тока и средний по спектру энергии. Известен калориметрический преоб{разователь, содержа111;ий обычный калориметр, измеряющий полнзта энергию пучка, и цилиндр Фарадея, измеряюорй ток ш. Средняя энергия частиц находится как результат нормировки сигнала калориметра на полный ток. Обеспечить требуемое пространственное разрешение при измерении распределения энергии и плотности тока данным устройством можно в принци11е двумя путями: локализовать измерение с помощью установленного перед датчиком коллиматора электронного потока; выполнить монитор тока и средней энергии с размерами, обеспечивающими требуемую локализацию измерений. Реа лизация первого варианта связана с трудностями сканирования поля облучения громоздким и сложным устройством. Уменьшение размеров калориметра до требуемых приводит к тому, что датчик перестает быть монитором полного поглощения и возникает принци1Шальная трудность нормирования на плотность тока. Кроме того, это устройство имеет недостаточные пространственное разре шение и инерционность. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения энергии пуч ка ускоренных электронов в поле облучения, содержащее два металлических изолированных друг от друга. электрода, установленных последовательно по ходу пучка 23. Первый электрод вьшолняет функци .поглотителя, второй собирает прошед шие поглотитель электроны, являясь по существу цилиндром Фарадея. Ток с первой пластины-поглотителя пропорционален току падающего пучка и зависит от энергии частиц. Осущест- ; . зляя нормировку на полный ток, получают зависимость коэффициента поглощения от энергии. Использование коллиматора пучка на входе в преобразователь для обеспечения требуемого пространственного разрешения связано с большими трудностями ориентирования коллиматора относительна расходящегося потока частиц в поле облзпения. Кроме того, обеспечение необходимого углового разрешения (характеристика датчика критична к углу влета пучка частиц) приводит к большим потерям интенсивности и искажению энергетического состава пучка за счет частиц, провзаимрдействовавших с краями коллиматора . Простое уменьшение поперечных размеров пластин монитора также приводит к большим погреншостям измерения, так как в этом случае градуировочная характеристика зависит от ориентирования датчика в дозном поле. Кроме того, невозможно создать датчик полного поглощения типа цилиндра Фарадея с поперечными размерами меньше размеров сечения пучка, что исключает возможность точного нормирования сигнала первой пластины. Недостатком этого устройства явля-. ется низкая точность измерения распределения средней по спектру энергии и плотности потока в поле облу-. чения. I Целью изобретения является повышение точности измерения распределения средней по спектру энергии и плотности тока в поле облучения. Поставленная цель достигается тем, что в предложенном устройстве для измерения энергии ускоренных электронов в поле юблучения, содержащем два металлических изолированнык друг от друга электрода, установленных последовательно по ходу пучка, электроды расположены в вакууме на расстоянии друг от друга в плоскости, перпендикулярной направлению распростране ния пучка частиц. Каждый электрод окружен экранной сеткой, имеющей отрицательный по отношению к электродам потенциал. Причем электрод выполнен в виде сфер, для которых удовлетв оря ется соотношение р, d, ;( где, р, и 1 - рлотность и диаметр первой сферы, а р2 и (2 плотность и диаметр второй сферы соответственно. На фиг. 1 показано предложенное устройство. . Металлические сферические электро ды 1 и 2 подвешены на тонких металлических нитях 3 в цилиндрическом вакуумном объеме, образованном титановой фольгой 4. Электроды окружены экранной сеткой 5. Поток релятивистских алектроНов пронизывает титановую фольгу 4 и взаимодействует с электродами 1 i;t 2. Часть электронов поглощаетйя в теле датчиков, образуя избыточней отрицатейьный заряд, который стёкает по проводам 3 в измерительньй блок. Расстояние В между сферайи выбирается в таким расчетЪм, чтобы сокра тить до допустимого уровня попадание рассеянных и вторичныз электронов с одной сферы на другу. В то ё время оно должно бьггь кшнимально, чтобы ис1сг1К чить отвибки, связанные с колебаниями плотности тока за время пере мещения датчика ни это расстояние. Токи 3 и jg электродой t и 2 про пррцИоиальны плотности тдка пучкаIp в даннЬй точке поля с коордиватой X и являются функ1911|ми- энергии 1,. K, -, ij K jlotx veutEix .е) После измерения обеих зависимоетей и их совмещения на оси координат энергию определят как функцию частно го от деления двух токов, исключая гем самой токовую составляющую. Выбор материала и диаметра сфер определяется следующими соображениями: .: . . . , - - Получением наибольшей чувствитель ности в широком диапазоне изменения энергии частиц; Реализацией широкого диапазона работы датчика, соответствующего диа пазону энергий ускорителей рассматриваемого Класса (1-15 МэВ); Получением требуемого пространственного разрешения; Получением линейной характеристики во всем диапазоне работы. Последнее требование вызвано наличием сравнительно широкого энергетического спектра у большинства уско рителей, работакицих в указанном диапазоне. Можно показать, что абсорбционньй датчик измеряет .среднюю по спектру энергию только в случае лннейности его характеристики. Отклонение от линейности приводит- к появлению ошибки, которую можно трактовать как случайную, поскольку форма спектра не контролируется. Проведенные исследования показали, что реализовать датчик можно только на компромиссной основе. Лучшие результаты получены для первой сферы, выполненной из свинца радиусом ; R 4,1 г/см} покрытой слоем алюминия толщиной 0,27 г/см , и второй,выполненной из олова с радиусом R л -1,65 г/см. . Зависимость коэффициента поглощения электронов для обеих сфер приведена на фиг. 2. Из нее видно, что в широком диапазоне энергий характеристики линейны, и для выбранного варианта первой сферы сигнал с нее не зависит от энергии, т.е. 1, К I-jW- Такой эффект объясняется тем,что для сферического поглотителя с определенным соотношением диаметра, плотности и заряда ядра металла в широком диапазоне энергийможет быть получено равновесие в соотношении отраженных и прошедших электронов с одной стороны и поглощенных электронов с другой. Слой алюминия нанесен на поверхность для продления ли-. нейной части характеристики 1 (1) в область низких энергий.,Такая конструкция первого, электрода позволяет производить не. только нормировку, но и измерение распределения плотности тока. В сферическом абсорбхщонНой датчике наблкдается значительная потеря заряда за счет низкоэнёргетичной компоненты вторичных электро-нов, искажающей градуировочиую характеристику. Для исключения этого явления датчик помещен в отпаянный ва-; куумный объем. Запирающий потенциал приложен к цилиндрической.сетке. Такое конструктивное решение позволяет запереть вторичные электроны, выхо- , дя1Щ1е как с поверхности датчика, так и с титановой фольги. Предлагаемое устройство дает воз-можность с высокой точностью измерять распределение плотности тока и средней энергии в электронных полях облучения с размерами от нескольких сантиметров и вьш1е в диапазоне 1-15 МэВ.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В ПОЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ, содержащее два металлических изолированных друг от друга электрода, установленных последовательно по ходу пучка, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, электроды расположены в вакууме на расстоянии друг от друга в плоскости, перпендикулярной направлению распространения пучка частиц, каждый электрод окружен экранной сеткой, имеющей отрицательный по отношению к электродам потенциал, причем электроды выполнены в ййде сфер, для которых удовлетворяется соотношение /), ф Oj J, , где Д| и J( - плотность и диаметр первоА сферы, и сЗ плотность и диаметр второй сферы соответственно.

////«г;////.

Фиг. 2 В,Мз