Устройство для измерения длительности импульсов заряженных частиц

,.: Ф 4 ." ч 14 ЕОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 171077 (21) 2536376/18-25с присоединением заявки Нов(51)М. Кл 3 3 01 Т 1/29 Государственный коинтет СССР но дедам нзобретеннй н открытнй(71) Заявитель Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно- физический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Изобретение относится к ускори" тельной технике и может быть исполь-зовано для регистрации длительности, фазовой и линейной протяженности . сгустков ускоренных электронов. %Как правило, в ускорителях регистрация длительности импульсов ускоренных частиц на выходе осуществляется с помощью измерения импульса тока на экране осциллографической трубки, 10 Импульс тока поступает на осциллограф с цилиндра Фарадея, магнитоиндукционного или резонаторного преобразователейТакими устройствами легкО измеряются длительности импульсов цуга сгустков от десятков - сотен микросекунд до десятков - сотен наносекунд. Известное устройство 1 представляет собой коаксиальные электромагнитные преобразователи с выходом,на, стробоскопический осциллограф и также не позволяет измерять одиночные пикосекундные импульсы. 25Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее преобразователи светового излучения из кварца, расположенного на пути пучка, электронно-оптический преабразо ватель и быстродействующую систему регистрации светового изображения. Импульсы электронов в таком устройстве преобразуются в черенковское излучение, которое регистрируется ОЭУ. Однако с помощью современных стробоскопических осциллографов можно обрабатывать периодические электромагнитные сигналы и нельзя регистрировать одиночные импульсы пикосекундной длительности 23Таким образом, задача сводится к регистрации одиночного сгустка. Определение его линейных размеров при известных скорости движения частиц и длине волны ускоряющего поля позволяет установить фазовую протяженностьсгустка и его длительность.Цель изобретения - повышение разрешающей способности, надежности и точности регистрации длительности одиночных импульсов заряженных частиц.Это достигается тем, что преобра" зователь светового излучения выполнен в виде корпуса нз прозрачного вакуумно-плотного материала, внутри которощ размещен миогоэлектродный зонд д Лщуннофорным покрытием, причем стернин зонда перпендикулярны кпродольной оси корпуса и образуют вдоль оси пролетный каналНа чертеже показана схема предлагаемого устройства.К выходу ускорителя 1 подсоеди-. нен преобразователь 2 в видепрозрачной вакуумно-плотной трубы, внут. ри которой размещен многоэлектродный зонд. Стержни 3 зонда выполнены из тугоплавкого материала, например графита.Выбор материала стержней определяется иэ условий снижения,выхода вторичных электронов, в связи с чем взят графит, имеющий атомный номер 6. Выход отраженных электронов из углерода при энергии падающих электронов с энергией 4 МэВ экспериментально измерен и составляет величину 0,7. На стерЖни нанесено ка- тодолюминофорное покрытие с малым послесвечением (до 10 с).перпендикулярно к оси преобразователя установлены регистрирующая аппаратура, состоящая из электронно-оптического преобразователя 4 (ЭОП) сверхскО- ростной фотографической камеры 5 и блока 6 управления.В качестве ЭОП можно испольэовать например, импульсный многокаскадный преобразователь с высокочастотной разверткой изображения типа УМКМ. Регистрирующие камеры такого типа являются в настоящее время приборами, которые позволяют получить наиболь-: шее разрешение во времени при фотографической регистрации быстропротекающих процессов. Таким образом, единственным устройством для прямого измерения ультракоротких импульсов заряженных частиц, позволяющим получить полную информацию об их временной структуре и форме, являют-ся регистрирующие системы на основе ЭОП и преобразователей импульсов эа" ряженных частиц в световые импульсы. Причем световые импульсы могут находиться в ближней ультрафиолетовой видимой и ближней инфракрасной областях оптического спектра, что определяется свойствами вещества катодолюминофора.Длина корпуса преобразователя 2 выбрана равной трем длинам ускоряющей волны электромагнитного поля.Поэтому на этой длине будет одновре 4менно находиться не менее двух сгустков заряженных частиц при измерениицуга сгустков, либо один - при изме-, рении одиночных пикосекундных импульсов.Устройство работает следующимобразом.После выхода из ускорителя 1 сформированные сгустки попадают в преобразователь 2 . Проходя через негод периферийные частицы сгустков высаживаются на стержни 3 и вызывают свечение люминофора. Таким образом, внутри преобразователя на стержнях высвечиваются участки, занимаемыечастицами сгустка и, следовательно,равные длине сгустка. Это свечениес помощью электронно-оптИческого преобразователя регистрируется сверх скоростной фотографической камерой.На полученных снимках расстояние меж,"ду,центрами сгустков равно длине волны ускоряющего СВЧ- поля, а длинасгустка соответствует фазовой протяженности, измеренной н долях длиный волны. Пересчетом с учетом скоростидвижения частиц определяется длитель"ность одиночного сгустка,При движении частиц со скоростью,близкой к скорости света, фронты сгуст 1 ка проходят за время 1 пс, расстояние в,0,3 мм. Поэтому для увеличенияразрешающей способности стержни 3 соптимальной толщиной 0,5 мм размещаются друг от друга на расстоянии10 0,5 мм и образуют в приосевой областиплотное заполнение. Причем стержни,расположенные в различных сеченияхкорпуса преобразователя, могут бытьсмещены относительно друг друга нанесколько градусов для оптимальногооиспользования всей периферийной час"ти пучка. Однако стержни не смыкаются друг с другом, так как дляпрохождения ускоренных частиц вдольоси преобразователя оставлен каналЗО диаметром 0,8-0,9 от диаметра пучкана выходе ускорителя, Поэтому прозрачность устройства составляет неменее 80.Следовательно, предлагаемое уст 35 ройство прозрачно для пучка частиц ипозволяет измерять длительность, фазовую и линейную протяженность одиночных сгустков ускоренных электронов,вплоть до пикосекундного диапазона.40 Формула изобретенияУстройство для измерения длительности импульсов заряженных частиц,содержащее преобразователь световогоизлучения; расположенный йа пути пуч"4 ка, электронно-оптический преобразователь и быстродействующую систему регистрации светового изображения,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения разрешающей способ ности, преобразователь светового излучения выполнен в виде корпуса изпрозрачного вакуумно-плотного материала, внутри которого размещенмногоэлектродный зонд с люминофорнымпокрытием, причем стержни зонда перпендикулярны к продольной оси корпуса и еобразуют вдоль оси пролетный канал.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Бек Шатт. Монитор пикосекунд 40 ного пучка.дПриборы для научных исследований", 9 2, 19.72, с. 165-166.2, Бек Шатт, Работа ФЭУ 1 Р 28 ссубнаносекундным быстродействием.683557Составитель Б. Рахманов акто Л. Письман Тех е А.епанская Кор ектоаэа ва каз 92 9/7 Тираж 49 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам иэобретений и открытий 113035 Москва ЖРа шская наб. . 4 5 Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проект