Цилиндр фарадея

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРС ПОДЕЛАМ РЕТЕНИЯТВУ(54)(57) корпус с енные в льский инсти Томском поли м. С.М. Киро М. Матвиенойоп апйей 1 са 11 у266, Согпе 1- Уотс,Капетисследо кос. Прибоий, В 4,В.Г метров пучАтомиэ ТНЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ОБРЕТЕНИЙ И ОТНРИТИ 1 ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСИОМУСВИДЕТЕЛ(71) Научно-исследоватетут ядерной физики притехническом институте ива(56) 1.М. Кеи 1 и др, "РгСагЬоп Веашв ггош а Маяп1 пвц 1 агей 01 оде", 1.РЯ -0 пюегв 1 Су, 1 г Васа, Нею1979,Янг, Гольден анры для научных ва1977.Москалев В.А., ШестакКонтроль и измерение парков заряженных частиц, Мдат, 1973, с. 5-17,801222 5 Т 1/29, Н 01 7 49/4 ЦИЛИНДР ФАРАДЕЯ, содержащий входным каналом и установл нем постоянный магнит, коллектор, соединенный с корпусом проводником, и пояс Роговского, расположенный вокруг проводника, о т л ич а ю щ и й с я тем, что,. с целью увеличения точности измерения ионного тока, во входном канале перпендикулярно коллектору установлена система тонких параллельных полюсам магнита проволочек, концы которых электрически соединены между собой и с корпусом сетками, причем расстояние между проволочками и размер ячей ки сеток 0 , й 510" В (Гс), а расстояние между коллектором и ближайшей к нему сеткой й80/В (Гс), где В - величина поперечного магнитного поля, создаваемого магнитом.Изобретение относится к технике измерения параметров пучков заряженных частиц и может найти применение в экспериментах с использованием импульсных потоков заряженных частиц, в частности, при работе на сильноточных ускорителях ионов.Целью изобретения является увеличение точности измерения ионного тока.На чертеже показан цилиндр Фара" дея, содержащий корпус 1, входной канал 2, коллектор 3, соединенный с корпусом 1 проводником 4 и выполненный в виде пластины с вертикальными ребрами, служащими для уменьшения вторичной эмиссии, постоянный магнит 1; регистрирующий элемент 6 пояс Роговского, расположенный вокруг проводника 4; систему тонких проволочек 7, расположенных во входном канале 2 параллельно полюсам магнита 5, проводящие сетки 8, с помощью которых концы проволочек 7 соединены между собой и с корпусом 1.Цилиндр Фарадея работает следующим образом. Идущий от ускорителя сильноточный пучок с энергией порядка 1 МэВ, нейтрализованнй по заряду и по току сопровождающими его низкоэнергетичными электронами (порядка единиц КэВ), попадает во входной канал 2 цилиндра. Под действием поперечного магнитного поля, созданного магнитом 5, электроны и ионы начинают двигаться в плоскости, перпендикулярной магнитному полю и сечению пучка, по Ларморовским окружностям с радиусами(2 п; Е; )500 Ь где в; - массы ионов и электроновсоответственно;энергия ионов и электронов, эВ;В в ,величина магнитного поля,1 сеВ первом приближении искривлением траекторий ионов можно пренебречь. Вследствие этого на входе цилиндра Фарадея наблюдается разделение зарядов поперек пучка и силовых линий магнитного поля. Но поляризационный слой и, соответственно, электрическое поле при этом оказываются очень малыми, т.к. отклонившиеся по Лармеру электроны попадают на заземленные сетками 8 и расположенные другот друга на расстоянии 3 проволочки7 и стекают по ним на корпус 1. Ионыже в силу того, что радиус Ларморадля них больше в1, чем у электронов, сохраняют практически свое 10 прямолинейное движение. Введя численныекоэффициенты и пределы, в которые укладываются значения для обычноиспользуемых пучков - (Е = 1 МэВ, в;протоны, 1; й 10 А/см), формулу для 15 3 (толщины поляризационного слоя)упрощают, она принимает вид: ц15 10 В (Гс). Установив эаземленньепроволочки 7 на этом расстоянии, мыкак бы "разрываем" расстояния, на ко торых должна происходить поляризация,т.е. уменьшаем поле поляризации дозначения, заведомо недостаточного,чтобы обеспечить дрейф электронов внаправлении движения ионного пучка 25 со скоростью, примерно равной скорости ионов. Сняв дрейф электронов,мы снимаем токовую нейтрализацию пуч, ка и увеличиваем точность токовыхизмерений. Зарядовая нейтрализация 30 пучка при этом осуществляется "холодными" электронами, вытягиваейымиостаточным электрическим полем пучка из стенок корпуса 1 и проволочек7 вдоль силовых линий магнитногополя. Эти электроны создают электронный фон, замагниченный вдоль силовых линий, двигаясь сквозь который,ионный пучок оказывается с высокойстепенью нейтрализованным по зарядуи не рассыпается при движении к приемному коллектору 3. Таким образом,на поверхность коллектора 3 падаетионный пучок, свободный от сопровождающих его электронов. Этот пучок 45 выбиваетс поверхности коллектора 3вторичные электроны, которые заворачиваются.магнитным полем на коллектор 3 и, попадая на ребра, остаются в них. Пояс Роговского регистриРует полный ионный ток.Длина проволочек 7 выбирается изусловия требуемой точности измерения: т.е учитывая, что ионы отклоняются магнитным полем по Ларморовским орбитам, необходимо, чтобы как можно большая часть ионного пучка, вошедшего во входной канал 2 цилиндра Фарадея, достигла коллекто1222055 3ра 3. Определив радиус Лармора для ионов и приняв погрешность измерения 107, длину проволочек 7 находят следующим образом: 10 "- = 10-- = 7 см-"0,5 см. 3,14 25 = Площадь сечения Ц.ф. Б1 О78,5 смПлощадь ячейки сетки Я= 0,25 см .Количество проволочек,щих углов ячеек сетки,15 0,5 х 0,5 соответствуюравно: д (см) З 80/В (Гс) . Составитель Б. РахмановТехред М.Ходанич Корректор В. Бутяга Редактор Э. Орлова Заказ 6054/1 Тираж 728 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Расстояние между коллектором и ближней к нему сеткой выбирается из условия, чтобы выбитый ионным пучком из коллектора 3 электрон не попал на сетку 8. Для выполнения этого условия будет достаточно, чтобы расстояние было больше или равно двум Ларморовским радиусам электронов. Введя также допущения и ограничения, как и ранее, получают, что это расстояние обратно пропорционально величине магнитного поля Например, для пучков с диаметром 5 см, энергией 1 МэВ, плотностью тока 10 А/см, ш - протоны, радиус цилиндра Фарадея примем равным 5 см, значение индукции магнитного поля берем равным 110 Гс, тогда80 80ъ-я --= 8 1 О 2(1 В(Гс) 110 Б 78531,4 шт.Б, 0,25По сравнению с прототипом, в такой конструкции цилиндра фарадея для измерения тока сильноточного ионного пучка полностью отсекаются сопровождающие его электроны, устраняются потери части ионного пучка за счет рассекания на участки его траектории от точки разделения с сопровождающими электронами до приемного коллектора, т.е. увеличивается точность измерения ионного тока.