Датчик энергии пучка ускоренных электронов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских о т 83089 Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 30.03,82 сударственнын комнт СССР1,387,488.8) по делам изобретен и открытий 2) Авторизобретения К. А, Виноградовг,.Московский ордена Трудового Красного Знамен 163инженерно-физический институт(54) ДАТЧ И К Э Н ЕРГИ И ПУЧ К УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ уст- тчик ов, со рован- едоваоторых а втою пласы прои явУ,-= Г(Е).о мого класса, еский спектр инято хараквеличиной - инчатый абслучае, измередней энерзависимость ейной (Е) и Изобретение относится к области ускорительной техники, преимущественно к технике измерения параметров пучков заряженных частиц и может быть использовано для измерения тока и средней энергии пучка ускоренных электронов в ускорителях, применяемых в прикладных целях.Известен широкий класс устройств для измерения энергии ускоренных частиц, реализующих различные способы измерения. В ускорителях рассматриваемого типа наиболее распространенными являются магнитные анализаторы, калориметры и абсорбционные преобразователи.Магнитный анализатор Ц измеряет энергетический спектр, по которому можно рассчитать среднюю энергию частиц. Тем самым анализатор выдает избыточную информацию, а сам процесс измерения является достаточно сложным. Кроме того, собст венно анализатор является громоздким устройством и требует достаточно сложного приборного оснащения.Калориметрический преобразователь 12 измеряет полную энергию пучка, Для изме рения средней энергии частиц его показания необходимо нормировать на ток пучка, для чего он должен быть дополнен соответствующим датчиком. К недостаткам калориметра можно также отнести его инер- З ционность, громоздкость и сравнительносложную конструкцию.Наиболее близким к заявляемомуройству является абсорбционный даэнергии пучка ускоренных электрондержащий две металлические изолиные пластины, установленные послтельно по ходу пучка, первая из квыполняет функцию поглотителя,рая - коллектора прошедших нервутину частиц. Ток с первой пластинпорционален току падающего пучкаляется функцией энергии частиц,Зависимость коэффициента поглощенияот энергии получают, осуществляя нормировку на полный ток: Ускорители рассматриваекак правило, имеют энергетиконечной ширины, который птеризовать интегральнойсредней энергией. Двухпластсорбционный датчик, в общемряет величину отличную отгии. В самом деле представим(Е) в виде суперпозиции линнелинейной т(Е) функций:55 60 65 Для спектра конечной ширины имеем Емакс Емакс К,(Е) =К(Е) (Е)дЕ1(Е)йЕ = Емин ЕминЕ У(Е) ЙЕЕ , х(Е) 7(Е)дЕ ,1 ЦЕ) дЕ 1(Е)АЕ где 1(Е) - энергетический спектр.Согласно определению средней энергии Евыражение (1) можно представить в видеКс(Е) = Ц.Е+6+ А (2)Из (2) следует, что отклонение зависимости (Е) от линейной приводит к появлениюошибки в измерении средней энергии, определяемой величиной А,Рабочий диапазон характеристики датчика ЛЕ = Ем - Енин относительно невелик и не перекрывает диапазон перестройки ускорителей по энергии. Этот недостаток можно устранить, используя вместопервого поглотителя несколько пластин,соединяемых гальванически в группы различной толщины в зависимости от измеряемой энергии, однако, это усложнит конструкцию .и затруднит измерения, так каккаждой группе соответствует градуировочная зависимость.Цель изобретения - повышение точности измерения средней энергии и расширение диапазона измеряемой энергии электронов.Это достигается за счет того, что в известном датчике, содержащем две металлические изолированные пластины, установленные последовательно по ходу пучка, впервой пластине выполнены в направлениипараллельном пучку электронов равномерно расположенные несквозные отверстия сдиаметром много меньше диаметра пучкачастиц.На фиг, 1 показана конструкция предлагаемого датчика; на фиг. 2 - графикизависимости коэффициента поглощения отэнергии частиц,На пути пучка электронов расположеныпоследовательно друг за другом поглощающая пластина 1 толщиной Е и коллектор 2.В первой пластине сделаны несквозные отверстия 3 на глубину Ь - 4.Пучок электронов взаимодействует споглотителем 1, тормозится в нем, образуянепрерывный энергетический спектр. Приэтом часть частиц, зависящих от начальнойэнергии и толщины пластины, поглощаются и создают на ней избыточный отрицательный заряд, в результате чего в цепипотечет ток 1 ь Прошедшие электроны поглощаются коллектором 2, что приводит кпоявлению в цепи второго электрода тока 1,. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Пучок электронов, взаимодействующих с поглотителем, можно разделить на три группы, Первая группа частиц проникает в отверстия 3 и взаимодействует с поглотителем толщиной 1 (кривая а на фиг. 2). Ко второй группе частиц относятся те, которые при рассеянии в теле поглотителя не попадают в область отверстий, т. е, взаимодействуют как бы с однородной пластиной толщиной 1. (кривая б). К третьей группе относятся первичные и вторичные электроны, один и более раз прошедшие область отверстий. Зависимость коэффициента поглощения от энергии для этих частиц, очевидно, будет определена в области между кривыми а и б и, в общем случае, отличается от зависимости для плоского однородного поглотителя при нормальном падении электронов.Для предлагаемой конструкции поглотителя рабочая область характеристики К(Е) расширяется от Е мин до Емак и опреде ляется исключительно толщиной пластины 1., глубиной отверстий и выбором материала. Зависимость К(Е) является суперпозицией зависимостей первой, второй и третьей группы, взятой с определенным весом, зависящим от глубины отверстий, их диаметра и плотности расположения на пластине. Подбирая параметры отверстий, можно линеаризировать градуировочную кривую в диапазоне энергий ЛЕ = Е - Еак,Предлагаемая конструкция первой пластины позволяет создать датчик средней по спектру энергии частиц, обладающий малой погрешностью в широком диапазоне изменения энергии и дает возможность улучшить его рабочие характеристики путем применения более технологичных и термостойких материалов. Так, например, использование пластины из графита, дающей в случае ее однородности очень узкую рабочую область, позволяет проводить измерения мощных пучков в любом требуемом диапазоне энергий. Равномерное и достаточно плотное расположение отверстий на пластине позволяет сделать датчик нечувствительным к смещениям . пучка и изменениям формы и размеров его поперечного сечения. Формула изобретения Датчик энергии пучка ускоренных электронов, содержащий две металлические изолированные пластины, установленные последовательно по ходу пучка, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения средней энергии и расширения диапазона измеряемой энергии, в первой пластине выполнены в направлении параллельном пучку электронов равномерно расположенные несквозные отверстия с диаметром много меньше диаметра пучка частиц.830891 Г Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Басаргин С, Г, и др, Магнитный анализатор компактного циклотрона, ЖТФ, 1972,9, т. 47, с, 1904 - 1905.2, М 111 ег 6. М, 1.осЬчоой б. Я. 1 ЕЕЕ Тгапз Ипс 1 еаг Зс 1 епсе 1975, 22, Х 3, р, 1072 в 10,3, Дронин В. Н., Миловсков О. С Экспресс измеритель тока и энергии ускоренных электронов, Доклады 2-го Всесоюзного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве, Л., Наука, 1976, т, 2, с. 244 - 251 прототип).