Датчик положения пучков заряженных частиц

-Й СА-Н 0 Л И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ 408467 Союз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельстваМ. Кл. Н 051 т 7/О Заявлено 01 11.1972 ( 1751766/26-2 рисоединением заявкиГасударственный комитеСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий Приорите публиковапо 10,Х 11,1973. Бюллетень4ата опубликования описания 22.17.1974 УД.384.6 (088.8 Авторыизобретения менский, В. К, Емельянов, В, М. Плужников, В. М, Рыб и А. И. Токарев Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институтаявител ЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ПУЧКОВАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ пьезорепричем внутрен- пролетИзобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для измерения положения центра тяжести импульсных и непрерывных пучков заряженных частиц.Одним из наиболее известных прозрачных устройств для определения положения центра тяжести пучка заряженных частиц является так называемый электростатический датчик положения, состоящий из электродов специальной формы, с которых снимается сигнал, пропорциональный произведению тока пучка на величину его смещения от начала координат. Принцип работы электростатического датчика основан на регистрации заряда, наводимого на его электроды при прохождении пучка заряженных частиц.Однако известные датчики имеют сравнительно низкую чувствительность и недостаточную помехоустойчивость, так как полезный сигнал и помеха от системы импульсного питания и ВЧ систем лежат в одной и той же временной и частотной области.Целью изобретения является повышение чувствительности и помехоустойчивости датчика. Для этого датчик выполнен в вид зонатора с пролетным отверстием приемные электроды укреплены на них стенках резонатора, образующи пое отверстие. Изобретение пояснено чертежами,На фиг, 1 приведена блок-схема датчика исхема одной из возможных конструкций датчика; на фиг. 2 - вариант схемы конструк 5 ций выносного и приемного электродов; нафиг, 3 - сечение фиг. 2,Датчик положения пучков заряженных частиц содержит выносной возбуждающий электрод 1 пьезорезонатора 2, нагруженного на10 резистор 3. Резонатор 2 и резистор 3 помещены в электростатический экран 4 и кабелем 5соединены со входным усилителем 6 схемырегистрации 7. Выносной электрод 1 соединенс приемным электродом 8 резонатора 2, а ре 15 зистор 3 включен между выходным электродом 9 и экраном 4, к которому подсоединентакже общий электрод 10, Однако, в реальных условиях на проводник, соединяющий выносной электрод 1 с приемным, может цаво 20 диться помеха, которая будет регистрироваться как полезный сигнал. Чтобы этого не случилось, целесообразно конструктивно объединить выносной и приемный электроды резонатора (см. фиг. 2, 3).25 В прямоугольной пластине из пьезоактивного материала 11 вырезают отверстие прямоугольной формы, На внутренние поверхности выреза наносят приемные электроды 12, 13,14, 15, частично выходящие на одну из бокоЗ 0 вых поверхностей, где нанесен также общий50 55 электрод 16 и выходные электроды 17, 18, 19 20, электроды 12, 13, 14, 15 являются одновременно и выносными и приемными электродами.Материал пьезорезонатора должен быть поляризован так, как показано на фиг. 1 и фиг. 3, где вектор поляризации обозначен буквой Р.Устройство работает следующим образом.Пучок заряженных частиц наводит па приемные электроды 12 - 15 некоторый потенциал, который возбуждает в пьезорезонаторе акустические колебания, детектируемые затем выходными электродами 17 - 20. Причем возбуждаться могут как поверхностные, так н объемные волны. Объемные волны выгодно использовать при низких резонасных часготах (приблизительно до десятков мегагерц), Трудности изготовления хороших резонаторов на объемных волнах при резонансных частотах порядка сотен мегагерц, а такие частоты необходимы при измерении параметров импульсных пучков протонов в литейных ускорителях, заставляют перейти к поверхностным волнам, для которых достижение таких резонансных частот при хорошей добротности системы значительно проще. При работе с импульными пучками частиц резонатор возбуждается либо на основной частоте, либо на гармониках, а при работе с непрерывными пучками необходимо вводить модуляцию по интенсивности пучка на частоте антнрезонапса пьезорезонатора. В связи с тем, что применение резонатора дает выигрыш по чувствительности в Я раз, где Я - механическая добротность резонатора, которая в зависимости от применяемого материала, частоты, способа изготовления, моды колебания может находиться в пределах от 10 до 10.Необходимый коэффициент модуляции для непрерывных пучков может не превышать 1% от общей интенсивности потока частиц, что часто бывает несущественно для проводимых экспериментов. Если сделать глубину модуляцйи неизменной но абсолютной величине в шириком диапазоне токов, можно добиться независимости показаний измерителя от тока без применения блока деления, что, естественно, упрощает систему и увеличивает точность измерения,Дальнейшее повышение точности измерений можно достигнуть, используя в генераторе, мо. дулирующем пучок частиц по интенсивности, для задания частоты тот же самый пьезорезойатор, что и в датчике, снимая сигналы с диаметрально противоположных электродов, например 17 - 19 и 18 - 20 (см. фиг. 2), можно реализовать дифференциальную схему изме 5 10 15 20 25 30 35 40 45 рения, что повышает чувствительность вдвое и существенно улучшает помехоустойчивос 1 ь устройства, В таком виде датчик может быть использован в элионных установках для измерения положения луча с погрешностью порядка единиц микрометров.Поскольку предложенное устройство по принципу действия близко к электростатическим электродам (как в первом, так и во втором случае используется заряд, индуктнрованный пучком заряженных частиц) все критерии и соотношения для выбора оптимальных размеров электродов остаются без изменения.Таким образом, пользуясь уже известными соотношениями, можно выбрать оптимальные размеры выносного электрода 1 и определить чувствительность сигнальных электродов, Размеры пьезорезонатора определяются частотой выбранной гармоники и типом используемых колебаний.Чувствительность всего устройства в целом будет в Я раз выше, чем у приемных электродов без пьезорезонатора, причем величину добротности Я необходимо определять на рабочей частоте и с учетом сопротивления резистора 3, Сравнение по чувствительности с другими типами датчиков можно получить, учитывая, что обычная величина чувствительности у электростатических электродов 100 мкв/ма мм, у магнитоиндукционных датчиков 80 - 120 мкв/ма мм, СВЧ-резонаторных 800 мкв/ма мм.Материал приемного электрода должен быть проводником, требования к которому точно такие, как и к электростатическим электродам.При резонансных частотах в сотни мегагерц предложенное устройство может заменить сложные и громоздкие резонаторные датчики на протонных ускорителях, что приведеет к значительному уменьшению габаритов датчиков (примерно в 100 раз) и выигрышу в чувствительности и помехоустойчивости, Такие резонансные частоты могут быть достигнуты в механических резонаторах на поверхностных валках. Предмет изобретения Датчик положения пучков заряженных частиц, содержащий приемные электроды, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и помехоустойчивости, он выполнен в виде пьезорезонатора с пролетным отверстием, причем приемные электроды укреплены на внутренних стенках резонатора, образующих пролетное отверстие,1 кзз 853/16Ц 11 ИИПИ Г ПодписноСССР ипография, пр. Сапунова, д. 2 баю. г у " УЗФИ 1 Лзд.315 осударственного комитет по делам изобретений Москва, Ж.35, Раушская