Способ измерения скорости заряженных частиц

О П И С А Н И Е 263047ИЗОБРЕТЕИИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕ аЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Рес 1 убли к6218,26-25) 7 ( аявлено 14.1.1 присоединени аявки митет по делам МПК Н ОЦ Н 011 УДК 621.385.6.083.9ПриоритетОпубликован зобретений ипри Совете МиСССР ткрцти истров, 1.1970. ллетень7 ания описания 2.Х 1.1970 та опублик Авторызобретения Жарков и В, А. Рач. С. Дмитриев Заявитель СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ7 ойсомагнитной волной Сз=41-то де 1 о - ток ротивление - ускоряюзаряженных часвязи замедляющ тиц, Ь - с ей стр .ктчр ы У е У= -- элек 2-,. я, 1 - длинаонная длищии потенциал,на взаимодейств амедляющет Изобретение относится к способам измерения параметров (а именно скорости) пучка заряженных частиц с помощью СВЧ-устройств.Известные способы измерения скорости за ряженных частиц (например, метод задерживающего потенциала) вносят возмущение в измеряемую скорость, поэтому этими спос- бами невозможно измерить скорость заряженных частиц при движении их вдоль оси ди электрического канала. Прохождение заряженных частиц в диэлектрических каналах используется в ряде электронных приооров: плазменных усилителях и СВЧ-генераторах, электронных зондах без внутреннето проводя щего покрытия, предназначенных для измерения дисперсии и сопротивления связи замедляющих структур СВЧ- и других приборов,Для успешного конструирования этих приборов необходимо знать скорость электронов 20 в разных участках диэлектрического канала,Цель изобретения - измерение скорости заряженных частиц без возмущения их скорости в процессе измерений, в результате чего повышается точность, упрощается и уско ряется процесс измерений.Предлагаемый способ измерения скорости заряженных частиц предусматривает прохожЛение заряженных частиц через замедляющую структуру с известной дисперсией (фаза- З 0 вой скоростью). Согласно изобретению, подбором частоты высокочастотного сигнала, подаваемого в эту замедляющую структуру, устанавливают режим невлияния, т, е. такой режим, при котором отсутствует взаимодействие движущегося потока заряженных частиц с замедленной электромагнитной волной, а скорость частиц равна фазовой скорости волны, Затем по дисперсионной кривой определяют фазовую скорость волны на этой частоте, равную измеряемой скорости частиц.Измерение скорости заряженных частиц предлагаемым способом основано на использовании эффекта взаимодействия их с бегущей электромагнитной волной, фазовая скорость которой известна. Как показывают теоретический анализ и экспериментальные исследования, при малых значениях параметра Сл(СУ(02), определяющего величину коэффициента взаимодействия движущегося потока заряженных частиц с замедленной элект)системы, ,:, ж - частота высокочастоте ного сигнала, о, - скорость заряженных частиц, существует так называемый режим нсвлияния частиц на волну, при котором скорость частиц точно равна фазовой скорости волны, и высокочастотное поле волны не оказывает возмущающего воздействия на пучок.Измерить скорость заряженных частиц предлагаемым способом можно следующим образом.Берут короткий отрезок замедляющей системы с известной дисперсией, и вдоль оси его пропускают поток заряженных частиц, скорость которых требуется измерить, Подбором частоты высокочастотного сигнала осуществляют режим невлияния, и по дисперсионной кривой определяют фазовую скорость волны на этой частоте, Скорость частиц в этом случае будет точно равна фазовой скорости волны.Таким образом, измерение скорости сводится к измерению частоты сигнала и дисперсии замедляющей системы, Перемещая отрезок замедляющей системы вдоль потока и анализируя эффект взаимодействия, можно определить скорость в различных участках пучках (в частности, при движении пучка в диэлектрическом канале) без возмущения постоянной составляющей скорости пучка в процессе измерений.Описанным способом были проведены измерения скорости потока электронов, движущихся в магнитном поле сквозь протяженную стеклянную трубку при различных давлениях водорода. Поток электронов формировался пушкой Пирса с диаметром катода 3 лл и 1,8 мм и встреливался в стеклянную трубку длиною 280 лл и диаметром 5 или 2,5 ля, Трубка заканчивалась коллектором электронов, на который подавали потенциал последнего анода пушки. С помощью манометрических ламп, титанового насоса и генератора водорода можно было изменять и измерять давление водорода в очень широких пределах (5 10- :5 10 6 люл рт. ст,). В качестве анализатора скорости электронов использовали короткий отрезок замедляющей системы спирального типа с параметрами: с 1 дф=24 (зф - угол намотки спирали), средний радиус спирали 7,6 лл, диаметр провода 0,8 лл, длина спирали 50 лл. Стеклянную трубку помещали вдоль оси отрезка замедляющей системы, который свободно перемещали в продольном направлении без нарушения юстировкп пучка в магнитном поле. На фиг, 1 показан один из вариантов блоксхемы установки для измерения скорости электронов предлагаемым способом; на фиг, 2 - кривая взаимодействия электронного 5 потока с бегущей электромагнитной волной(зависимость коэффициента взаимодействия У движущегося потока заряженных частиц с замедленной электромагнитной волной от скорости 1 астиц О е) .10 Установка (фиг. 1) позволяет наблюдатьобласть взаимодействия для величин элект.ронного поглощения или усиления от 0,5 дб и выше.Сигнал от генератора 1 стандартных сигпа.15 лов через аттенюатор 2 поступает на отрезокзамедляющей системы 3 (внутри которого расположена диэлектрическая трубка с пучком электронов, имеющая блок питания 4), далее через аттенюатор 5 и детекторную ка меру б проходит на осциллограф 7. Блок модуляции 8 дает возможность свипировать напряжение коллектора и последнего анода пушки с частотой 50 гичто обеспечиваетполучение на экране осциллографа области взаи модействия электронного пучка. с бегущейэлектромагнитной волной. Блок метки 9, предназначенный для высвечивания импульса электронного визира на кривой взаимодействия (фиг. 2), получаемой на экране осцилло графа, обеспечивает измерение по стрелочному индикатору ускоряющего напряжения в любой точке кривой взаимодействия, представленной на фиг. 2, в том числе и в точке С, соответствующей режиму невлияния.35 Установка собрана из стандартной аппаратуры, измерения скорости заряженных частиц на ней сводятся к определению напряжения.Точность измерения предложенным спосооом не хуже 0,5 - 1%.40Г 1 редмет изобретенияСпособ измерения скорости заряженныхчастиц, основанный на прохождении заряжен ных частиц через замедляющую структуру сизвестной дисперсией (фазовой скоростью), отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерений, подбором частоты высокочастотного сигнала, 50 подаваемого в замедляющую структуру, устанавливают режим невлияния, характеризуемый отсутствием взаимодействия движущегося потока заряженных частиц с замедленной электромагнитной волной и равенством скоро стей частиц и фазовой скорости волны, затемопределяют фазовую скорость волны на этон частоте, равную измеряемой скорости частиц.263047фиг. 3Составитель Л. Ф. Фролова Редактор Т, 3. Орловская Техред 3. Н, Тараненко Корректор Б. Л. АфиногеноваЗаказ 29034 Тираж 480 Подписное ЦНИИГ 1 И Комитета по делам изобретений и огкрытий при Совете Министров СССР Москва, Ж-З 5, Раушская набд, 4,5Типография, пр. Сапунова, 2