Бесконтактный датчик временных параметров пучка ускоренных частиц

09) 01) СОЮЗ СОВЕТСНИХШФВЮЮЩЕШИКРЕСПУБЛИК мза) 001 Т 1 28 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 23.осЬаппе 1 Р 1 а йг. апд шеСЬ1979, р. 5 2. 1.1,Йейесйогз"ч. 162, У(прототип) ЧИК ВРЕМЕНЕННЫХ ЧАС- ный злектком высоко ния, микро- ником пита- рирующее ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Резвов В.А. и Юдин Л.И. Устройство для непрерывного контроля параметров выведенного пучка циклотрона. ПТЭ, В 6, 1975, сУбога "Мр.с 1 сг СеНпс 1. 1 пз1-3, рагЕ П 87(54)(57) БЕСКОНТАКТНЫЙ ДА НЫХ ПАРАМЕТРОВ ПУЧКА УСКО ТИЦ, содержащий отражател род, соединенный с источн го отрицательного напряже канальную пластику с исто ния, токоприемник и регис устройство, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что., с целью повыаекия чувстви-. тельности и помехозащищенности датчи. ка, в него. дополнительно введены источник запирающего напржения, гене" ратор строб-импульсов, низкочастотный фильтр и схема синхронизации, причем положительный вывод источника запирающего напряжения соединен с вы" ходом микроканальной пластины, а от- рицательный - с общей виной, токоприемник соединен через сопротивление с общей виной, нерез конденсатор " с генератором строб-импульсов,И через низкочастотный фильтр " с регистри-рующим устройством, генератор строб импульсов .и регистрирующее устройст"во соединены со схемой сиихронизацнй,)а источник отрицательного высокого ;напряжения положительным выходом соединен с входом мнкроканальной плас-; тины.Изобретение относится к техникефизического эксперимента и можетбыть использовано на ускорителях,в частности на циклотронах для диаг-ностики временных параметров микросгустков ускоренных частиц.Известен бесконтактный датчик длядиагностики временных параметров пуч.ка ускоренных частиц, содержащийиндукционный пикап-электрод и схему 10преобразования сигналов Я .Недостатком датчика такого типаявляется его слабая помехозащищенность, связанная с тем, что физическая природа полезного сигнала и различного рода помех идентична в обоих случаях связь с датчиком осуществляется электромагнитными полями),Зто накладывает определенный пределна возможности применения таких датчиков на ускорителях,Наиболее близким техническим решением к описываемому является бесконтактный датчик временных параметров пучка ускоренных частиц, содержа 25щий отражательный электрод, соеди -ненный с источником высокого отрицательного напряжения, микроканальнуюпластину с источником питания, токоприемник и регистрирующее устройство 2,Недостаток известного датчика заключается в том, что амплитуда выходных сигналов с токоприемника прирегистрации микросгустков пучка цик 35лотрона весьма мала. Зто связано с .физическим ограничением среднего тока микроканальной пластины значением1 мкА. При скважности микросгуст.ков пучка Я(частота повторения40ь 10 мГц, длительностью 5 нс) на нагрузке согласованного тракта Передачи с волновым сопротивлением =50 Омамплитуда выходных сигналов будет08 ы(1 мВ. Регистрация стол малыхширокополосных сигналов требует использования сложных широкополосныхусилителей и в условиях значительныхвысокочасттных помех связана с известными трудностями,Целью изобретения является повышение чувствительности и помехозащищенности бесконтактного датчика временных параметров пучка ускоренныхчастиц. Поставленная цель достигается тем,что в бесконтактный датчик временныхпараметров пучка ускоренных частиц,содержащий отражательный электрод, соединенный с источником высокого отрицательного напряжения, микроканальную пластину с источником питания, токоприемник и регистрирующее устройство, введены источник запирающего напряжения, генератор строб-импульсов, низкочастотный фильтр и схе ма синхронизации, причем положительный вывод источника запирающего напряжения соединен с выходом микроканальной пластины, а отрицательный - с общей шиной, токоприемник соединен через сопротивление с общей шиной, через конденсатор - с генератором строб-импульсов и через низкочастотный фильтр - с регистрирующим устройством, генератор строб-импульсов и регистрирующее устройство соединены со схемой синхронизации, а источник отрицательного высокого напряжения положительным выходом соединен с входом микроканальной пластины.На чертеже показана структурная схема бесконтактного датчика временных параметров пучка циклотрона.Он содержит микросгусток пучка 1, отражательный электрод 2, источник высокого отрицательного напряжения 3, микроканальную пластину 4, блок питания микроканальной пластины 5, источ- ник запирающего напряжения 6, токоприемник 7, конденсатор 8, генератор строб-импульсов 9, систему синхронизации генератора строб-импульсов 10, фильтр 11, низкочастотный осциллограф 12; высокоомное сопротивление 13. В стороне от оси пролета микро- сгустков пучка 1 размещен отражательный электрод 2, соединенный с источником высокого отрицательного напряжения 3. С другой стороны размещена микроканальная пластина 4 с блоком питания 5, выход которой соединен с источником запирающего напряжения 6. Токоприемник 7 выходного тока микро- канальной пластины 4 соединен через конденсатор 8 с генератором строб" импульсов 9 и через фильтр 11 - с низкочастотным осциллографом 12, причем на выходе фильтра включено высокоомное сопротивление 13. Частота строб-импульсов Формируется систе. мой синхронизации 10 иэ частоты уско- ряющего напряжения ускорителя.Датчик работает следующим образом.10093Иикросгустки пучка 1, пролетая в районе размещения датчика, производят ионизацию молекул остаточного газа, рождая ионноэлектронные пары.Освобожденные электроны под воздействием электрического поля, создаваемого отражательным электродом 2, соединенным с источником высокого отрицательного напряжения 3, попадают на вход микроканальной пластины 4, где 1 О происходит их размножение. Выход мик. роканальной пластины 4 подключен к источнику запирающего напряжения такимобразом, что ток на токоприемнике 7 отсутствует. С приходом импульса 15 от генератора строб-импульсов 9 промежуток микроканальная пластина 4 - токоприемник 7 открывается и на кон- денсаторе 8 появляется заряд, пропорциональный мгновенному значению тока 20 пучка в этот момент времени. При непрерывном смещении строб-импульсов относительно микросгустков на конденсаторе 8 выделяется низкочастотный сигнал, представляющий собой низко- д частотный аналог сигнала микросгустков пучка. Через фильтр 11 этот сигнал подается на низкочастотный .осцил лограф 12.30Особенность описываемой схемы состоит в том, что в качестве смеси- тельного диода стробоскопа используется промежуток между выходом микро- канальной пластины и токоприемником.35 Нормально. запертый источником смещения промежуток открывается строб- импульсами, однако изменение заряда на конденсаторе (рабочий сигнал) появляется только при наличии выход 219 4ного тока микроканальной пластины. Постоянная составляющая напряжения строб-импульсов на вход регистрирующего устройства не проходит благодаря конденсатору 8, а их высокочастотная составляющая легко подавляется простейшим фильтром 11.Описываемое устройство позволяет на несколько порядков увеличить амплитуду выходных сигналов, а значит и чувствительность и помехозащищен" ность, при сохранении широкой полосы пропускания за счет стробоскопнческого преобразования выходного сигнала микроканальной пластины 4. Это обеспечивает измерение временных параметров микросгустков пучка практически во всем диапазоне рабочих токов ускорителя. Например, при давлении в ионопроводе л,10тор вероятность рождения ионноэлектронной пары одной частицы 10 5 1/см. При среднем токе ускоренного пучка - 1 мкА средний ток на входе микроканальной пластины 10 1 А. При коэффициенте умножения пластины ъ 104 средний выходной ток л 10А. Применение стробированияпозволяет использовать входное сопро тивление предварительного усилителя порядка 1-10 мОм беэ ухудшения полосы пропускания устройства, которая определяется только длительностью строб-импульсов. Амплитуда выходныхсигналов при этом составляет О, 1-1 В, что существенно превышает уровень низкочастотных помех.Таким образом, пороговая чувствительность предлагаемого датчика, ограниченная помехами, составит величину д 10 9 А среднего тока циклотрона.113 илиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектна Тираж 710 ИИПИ Государственного комитеделам изобретений и откры 5, Москва, Ж, Раушская Подписноеа СССРийнаб., д. 4/5