Устройство для измерения длительностии заряда сгустков заряженных частиц

Союз Советскик Сфциалнстическик Республик(22) Заявлено 0502,79(21) 2721597/18-25 с присоединением заявки М Н 05 Н 7/00Н 01 3 40/00 Государственмый коммтет СССР яо деаан изобретеинй в открытий(72) Автор изобретения Ю.С.Павлов Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЩОСТИ И ЗАРЯДА СГУСТКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для измерения длительности и заряда сгустков ускоренных электронов.5Известно устройство для измерения параметров сгустков заряженных частиц с пикосекундным разрешением, содержащее черенковский излучатель, оптическую систему, Фотоэлектронный умно- житель и стробоскопический осциллограф 1 . Сгусток электронов в таком устройстве испускает черенковское излучение, проходя через 10-см ячейку, заполненнуюксеноном при атмосфер ном давлении. Счет из ячейки через толстое окно из плавленного кварца собирается при помощи плоского зеркала и передается по оптической системе к фотоэлектронному умножителю.Сигнал 20 от ФЭУ из экспериментального помеще. ния передается по кабелю с пенополистироловой изоляцией на широкополосный стробоскопический осциллограф. Такое устройство является полупроэ- . 25 дачным для проходящего через череиковский излучатель электронного пучка. Часть пучка теряется из-эа рассеяния электронов на фольгах переднего и заднего разделительных окон; 30 черенковской ячейки и на ксеноне, который находится. в ячейке при атмосферном давлении, Кроме потерь электронов, установка черенковской ячейки вносит существенную расходимость в выходящий из ускорителя электронный пучок. Рассеяние электронов в ячейке приводит к тому, что черенковское излучение в таком устройстве испускается не в узком конусе, а в различных направлениях, что приводит к уменьшению интенсивности света и к трудностям его передачи в оптической системе.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения параметров пучков заряженных частиц, содержащее кюветы с веществом, чувствительным к электромагнитному полю, источник света оптической системы и регистрирующую аппаратуру 21 . В таком устройстве пучок заряженных частиц возбуждает электромагнитное поле, пролетая вблизи кюветы, под действием которого изменяется оптическая плостность жидкого вещества в кюветах. Недостатком такого ус:- ройства является конструктивная .сложность установки кюветы в пролетную трубку ускорителя, что приводит к малой помехоустойчивостиустройства и увеличивает габаритыустройства, Использование жидкостив качестве оптического элементаприводит к малой чувствительностии значительной инерционности устройства в целом..Цель изобретения - повышениечувствительности,. точности и помехоустойчивости,Это достигается тем, что в известном устройстве, содержащем преобразователь, чувствительный к электромагнитиому излучению пучка, выходящего из ускорителя, источника светового излучения и системы регистрации,включающей поляризаторы светового 15излучения и элементы его транспортировки, преобразователь выполнен ввиде коаксиала, нагруженного у входана емкость, на выходе - на согласованную поглощающую нагрузку, и расположенного так, что его внутреннийпроводник соосен с траекторией движения сгустков и имеет пролетный канал,а оптический элемент выполнен в видекристалла, не имеющего центра симметрии, расположенного в полости коаксиала на траектории светового излученкя так, что его оптическая ось параллельна этой траектории и перпендикулярна оси коаксиала.Схема устройства для измеренияфоры и интенсивности сгустков заряженных частиц пикосекундной длительности показана на чертеже.К выходу ускорителя 1 подсоединенпреобразователь 2, который представля-З 5ет собой полый коаксиал, на входекоторого имеется емкостной зазор 3,в котором есть отверстие для пролетаускоренных сгустков электронов изускорителч в пролетную трубку 4. 40Н а выходе коак сиала. имеется согласованная по глощающая нагрузка 5 и з абсорб ирующе й твердой высокочастотнойкерамики , например ал ьс и ер . В полос т ь коак сиала помещен кри ст алл бди гидрофо сфата аммо ни я АДР ++ й ННР 04 . Полостн коак с кала в местах контакта с кристаллом имеютотверстия для прохождения с вето вогоизлучения от лазера 7 . Для передачиоптических сигналов после кристалласлужат зеркала 8 , а изменять плоскость поляризации света можно с помощью призматических поляризаторовникелей 9 , Световое излучение регистрируе тся с помощью электронно 5оптического преобразователя 1 0 ифатохро ногра фа 1 1 .Устройство работает следующимобразом . После выхода и з ускорителя1 сгусток электронов попадает в пролетную трубку 4 , Сгусток электроновпри энергии 1 0 - 2 0 Мэ В является реляти вис тким и электромагнитные поля ,связанные с н им , движутся в напра вле нии движения пучка . Когда сгусток пересекает емкостной зазор 3 полого коаксиала 2 электромагнитные поля, связанные с сгустком, расширяются. и передаются по коаксиальной линии в направлении пучка со скоростью света. Результирующая электромагнитная волна типа ТЕМ, пройдя коаксиал поглощается в согласованной нагрузке 5. Проходя вдоль коаксиала электромагнитная волна возбуждает в кристалле продольное электрическое поле, параллельное оптической оси кристалла, и кристалл становится двулучепреломляющим. Вдоль оптической оси кристалла непрерывно пропускается свет, который после кристалла б зеркалами 8 направляется в систему регистрации. В момент прохождения электронного сгустка через емкостной зазор коаксиала происходит поворот плоскости поляризации проходящего через кристалл светового излучения.Известно, что кристаллы дигидрофосфата калия и дигидрофосфата аммония, которые не имеют центра симметрии, при отсутствии электрического поля обладают свойствами одноосной.анизотропной среды и свет распространяется вдоль оптической оси таких кристаллов не претерпевая двойного лучепреломления, Если вдоль оптической оси кристалла приложить электрическое поле, то кристалл осуществляет поворот плоскости поляризации проходящего через него света на определенный угол, который линейно пропорционален величине приложенного напряжения - эффект Поккельса.Для обнаружения этого оптического эффекта в оптическую систему введены два поляризатора 9 с взаимно перпенцикулярными плоскостями поляризации. Поэтому в промежутке между электронными сгустками свет не проходит от лазера в систему регистрации, а пропускается оптической системой лишь в момент прохождения сгустка через емкостной зазор коаксиала. Таким образом на фотохронографе 11 можно измерять длительность электронного сгустка, а интенсивность прошедшего через оптическую систему светового излучения зависит от величины заряда сгустка.Использование в предлагаемом устройстве эффекта Поккельса, который линейно зависит от приложенного электрического поля и практически безинерционен, позволяет перенести процесс измерений параметров электронного сгустка в оптический диапазон длин волн. Величину интенсивности светового излучения, прошедшего сквозь оптическую систему в момент пролета сгустка электронов через датчик, легко оценить, испол . - зуя известнос отношение Паккельсз:и Ь1.ь ., Е .753339 Формула изобретения НИИПИ Заказ 4528/ краж 889 Подписно где . - длина волны лазера;по - показатель преломлениякристалла,г ,- электрооптический коэффициейт кристалла;Е - напряженность электрическоУго поля в коаксиале,- длина кристалла,3 - интенсивность излучения лазера.Для кристалла ЙН 4 Н Р 04, и1, 52, г, = 8, 5, Например, при5500 Й,= 50 мм, 3 = 10 Вт/см,Е = 1 В/см интенсивность излучения,прошедшего через оптическую систему на вход регистрирующей аппаратуры,равна 3= 410 4 Вт/см". Такой величины интенсивности вполне достаточно для регистрации излучения на электронно-оптических преобразователях.которые обладают чувствительностьюдо 10 Н - 10 Дж/см. 20Использование в предлагаемом устройстве широкополосного коаксиального преобразователя позволяет измерять форму импульсов пикосекунднойдлительности с активной шириной 25спектра в десятки гигагерц,Расположение оптического кристал-ла в полость коаксиала позволяетосуществить экранировку от внешнихэлектромагнитных полей, Высокая помехозащищенность выгодно отличает пред- Зложенное устройство от известных,что позволяет проводить прецизионныеизмерения малоинтенсивных импульсовкороткой длительности.Вместо коаксиала в устройстве так- З 5же может быть использован отрезоксимметричной воздушной полосковойли нии,Предлагаемое устройство не вноситпотерь в исследуемый электронный 40сгусток,который теряет лишь нескольКо вольт в энергии при прохожденииемкостного зазора коаксиала. Таким образом, предлагаемое устройство прозрачно для измеряемого электронного пучка; обладает достаточной чувствительностью, позволяет измерять длительность сгустков с временным разрешением до 10с и интенсивность сгустков заряженных частиц. Устройство для измерения длительности и .заряда сгустков заряженныхчастиц, содержащее преобразователь,чувствительный к электромагнитномуизлучению пучка, выходящего из ускорителя, источник светового излученияи систему регистрации, включающуюполяризаторы светового излучения иэлементы его транспортировки, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, точности и помехоустойчивости, преобразователь выполнен в виде коаксиала,нагруженного у входа на емкость,на выходе - на согласованную поглощающую нагрузку и расположенного так,что его внутренний проводник соосенс траекторией движения сгустков иимеет пролетный канал, а оптическийэлемент выполнен в виде кристалла,не имеющего центра симметрии, распо.ложенного в полости коаксиала натраектории светового излучения так,что его оптическая ось параллельнаэтой траектории и перпендикулярнаоси коаксиала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Иона. Система импульсного радиолиза в широком временном интервалес пикосекундным разрешением. ПНИ,1975, М 1, с. 70-75,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2519523/18-25,кл. Н 05 Н 7/00, 30.04.78 (прототип). илиал ППП "Патент",