Способ регистрации импульсного рентгеновского излучения и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНСОЦИАЛИСТИЧЕРЕСПУБЛИК ЯО 1012371 А 1) Н 01 3 31/50 ТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ .СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБ 21) 3352737/18-2122) 09,.11,8146) 15.04,83. Бюл. Р 1472) Н,И,Алексеева, Ю,В.Андрианов;В.Н.Баэдырев и Л,В.Дубовой(71) Научно-производственное объединение "Энергия"153) 621385.837088.8)56) 1, Вавилов С.П Импульснаярентгеновскаятехника М., "Энергия",1981, с. 63.2. Волошин И,А, и. др. О принципиальной возможности .улучшения временного разрешения метода электрон. но-оптической хронографии.-"Радиотехника",. т, 32, Р 11, с, 80-85,1977 1 прототип );3. Бутелов М.М. и др, Электронно-оптические преобразователи и ихприменение в научных исследованиях.(54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ИМПУЛЬСНОГОРЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1. Способ регистрации импульсного рентгеновского излучения,заключающийся в том,.что последовательнопреобразуют временную структуру интенсивности регистрируемого импуль-,са излучения во .временную структуру,импульса электронного пучка путемвоздействия рентгеновским излучениемна фотокатод, а затем путем воздействия отклоняющимися электрическими.и магнитными полями временную струк.туру импульса электронного пучка сфотокатода преобразуют в пространст.венную зависимость яркости в .плоскости изображения, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью улучшениявременного разрешения, формируют периодическую последовательность пакетов электронов путем воэдествия наэлектронный пучок с фотокатода высокочастотным электрическим полем,амплитуда напряжения которого превышает энергию квантов регистрируемого излучения, затем полученную последовательность пакетов электронов дополнительно группируют путем воздействия на нихпеременными электромагнитными полями, а преобразование временной структуры последовательности пакетов электронов в пространственную зависимость яркости в плоскости изображения осуществляют электромагнитным полем, частота которого в целое число раэ меньше частоты высокочастотного поля, воздействующего на фотокатод.2. Устройство для осуществления способа по п.1,содержащее размещен-ные в вакуумной колбе рентгеновский фотокатод и резонатор развертки, а вне колбы - СВЧ-генератор и блок регистрации; о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены последовательно расположенные в вакуумной кол Я бе СВЧ-резонатор,в областй максималь ного поля которого размещен фотокатод, аай, группирующие. резонаторы и вторично-электронные умножители, установ- фаф ленные на выходе резонатора раз-ФВфй вертки, а также расположенные вне колбы аттенюаторы, фазовращатели и делитель частоты, причем резонатор фР подключен к СВЧ-генератору, группирующие резонаторы подключены к СВЧ- генератору последовательно через ае 4 аттенюаторы и фазовращатели, резонатор развертки подключен к СВЧ-генератору через делитель частоты, а электронные умножители соединены со входом блока регистрации.3, Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что после фотокатода размещена сетка, подсоединенная к источнику отрицательного относительно катода напряжения.1012371 15 20 30 40 45 регистрации. 55 бО 65 Изобретение относится к технике регистрации импульсных рентгеновских излучений и может найти применение в измерительных устройствах с высоким быстродействием, используемых в ядернофизических и электрофизических импульсных установках.Известен способ регистрации импульсного рентгеновского излучения, основанный напреобразовании рентгеновского излучения в излучение оптического диапазона и последующего преобразования оптического излучения в электрический сигнал 1 ).Этот способ реализуется в уст ройствах, содержащих сцинциллятор и оптически связанный с ним фотоэлектронный умножитель(ФЭУ). Известный способ и устройство на.его основе позволяют регистрировать импульсное рентгеновское излучениес высокой чувствительностью, Я.Однако временное разрешение ог.- раничено временем высвечиваниясцинциллятора и для лучших образцов органических сцинцилляторовне.лучше 10 Эс. Наиболее близким к предлагаемому является способ регистрации импульсного рентгеновского излучения, заключающийся в том, что последовательно образуют временную структуру ин-, тенсивности регистрируемого импульса излучения во.временную структуруимпульса электронного пучка путем воздействия рентгеновским излучением на фотокатод, а затем путем воздействия отклоняющими электрическими и магнитными полями, временную структуру импульса электронного пучка с фотокатода преобразуют в пространственную зависимость яркости в плоскости изображения 2 1.Наиболее близким к изобретениюявляется устройство, содержащее размещенные в вакуумной колбе рентгеновский фотокатод и резонатор развертки, а, вне колбы - СВЧ-генератори блок регистрации 31.Известный способ и устройство на .его основе обеспечивают регистрацию низких уровней интенсивности излучений,в оптической области спектраи быстродействие до 10 Эс.Однако при использовании этого способа и устройства для регистрации рентгеновского излучения быстродействие не превышает 10-0 с, чтообусловлено хроматической аберрацией электронного пучка.Целью изобретения является улуч, шение временного разрешения.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регистрации импульсного. рентгеновского излучения, заключающемуся в том, что последовательно преобразуют временную структуру интенсивности регистрируемого импульса излучения во временную структуру импульса электронного пучка путем воздействия рентгеновским излучением на фотокатод, а затем путем воздействия отклоняющими 1 электрическими и магнитными полями временную структуру импульсаэлектронного пучка с фотокатодапреобразуют в пространственную зависимость яркости в плоскости изоб 1 О ражения, формируют периодическую последовательность пакетов электро"нов путем воздействия на электрон-.ный пучок с фотокатода высокочастотным электрическим полем, амплитуда напряжения которого превышаетэнергию квантов регистрируемого излучения, затем полученную последовательность пакетов электронов дополнительно группируют путем воздействия на них переменными электромагнитными полями, а преобразованиевременной структуры последовательности пакетов электронов в пространственную зависимость яркости в плоскости изображения осуществляютэлектромагнитным полем, частота которого в целое число раз меньше частоты высокочастотного поля, воздействующего на фотокатод.В устройство для осуществления способа регистрации импульсного рентгеновского излучения, содержащее размещенные в вакуумной колбе рент,геновский фотокатод и резонатор развертки, а вне колбы - СВЧ-генератор и блок регистрации, введены последовательно расположенные в вакуумной колбе,СВЧ-резонатор, в области максимального поля которого размещен фотокатод, группирующие резонаторы и вторично-электронные умножители, установленные на выходерезонатора развертки, а также расположенные вне колбы аттенюаторы,фазовращатели и делитель частоты,причем резонатор подключен к СВЧгенератору, группирующие резонаторы подключены к СВЧ-генератору последовательно через аттенюаторы и.Фазовращатели, резонатор развертки подключен к СВЧ-генератору через 59 делитель частоты, а электРонные умножители соединены со,входом блокаКроме того, после фотокатода размещена сетка, подсоединенная к источнику отрицательного относительно катода напряжения..Сущность способа заключается в следующем,При воздействии импульсного рентгеновского излучения на фотокатод в каждый момент времени эмиттируются электроны с широким спектром энергии практически от 0 до максималъной энергии квантов рентгеновского излучения ЬМ). Иэ-за различия1012371 65 в скоростях эмиттированных электронов в процессе их движения в фокусирующей системе известных устройствпроисходит перемешивание электронов, эмиттированных в различные моменты времениболее быстрые электроны, рожденные в поздний моментвремени, опережают медленные электроны, рожденные в более ранний моментвремени ), В результате временная инФормация о характере протекающего 10 процесса искажается.Согласно предлагаемому способу фотокатод находится под воздействием переменного высокочастотного поля постоянной амплитуды такой ве личины, что в прикатодной области электроны .в положительный полупериод ускоряются до энергии, превышающей энергию квантов регистрируе-.мого излучения. При этом в отри-цательный полупериод амплитуда поля достаточна, чтобы ни один электрон, эмиттированный с фотокатода, не вы- . шел из прикатодной области. Таким образом, .при воздействии на фото- катод переменного высококачественного поля на выходе из прикатодной области образуются пакеты электронов, следующие с частотой воздействующего поця и Фазовая длина которых равна его полупериоду, т,е, ВЧ-не-. ЗО ременным полем достаточной амплитуды осуществляется дискретизация временного процесса с шагом, равным полупериоду воздействующего поля.Таким образом, временное разрешение 35 равно полупериоду ВЧ-поля. Затем образованные пакеты электронов дополнительно группируются высокочастотнымй полями, например, как в клистронах, СФормированные пакеты 4 О электронов разворачиваются переменным электрическим полем, изменяющимся с частотой, в целое число раз меньшей частоты прикатодного поля постоянной ампдитуды и синхронизированного с ним во времени..При этом положение пакета электронов в пространстве однозначно связано с моментом времени регистрируемого процесса, причем эта пространственная привязка воспроизводит,ся от импульса к импульсу. Это позволяет разместить в местах прихода пакетов электронов вместо люминисцентного экрана значительно превосходящие по чувствительности вторич. - 55 ные электронные умножители ВЭУ), причем номер или положение ВЭУ) однозначно определяет временное соответствие исследуемому процессу.Временное разрешение, обеспечиваемое 60 способом, составляет половину периода ВЧ-поля, воздействующего на фотокатод (И= 1/2 К. Например, для частот 30-бО ГГц предлагаемый способ обеспечивает временное разрешение(1,б,8 10-12 с. При переходе в миллиметровый диапазон достигаемыйпредел может быть уменьшен до 10 зс.Это на 2-3 порядка величины превосходит известные способы регистрацииимпульсного рентгеновского излучения.На чертеже представлено предлага"емое устройство.Устройство для реализации способасодержит рентгеновский фотокатод 1,СВЧ-резонатор 2, СВЧ-генератор,З,группирующие резонаторы 4, аттеню-аторы 5, Фазовращатели б, резонатор7 развертки, делитель частоты 8,электронные умножители 9, блок регистрации 10, синхронизатор 11, сетку 12Устройстйо работает следующим образом,Регистрируемый импульс рентгеновского излучения, направленный на Фотокатод 1, размещенный в СВЧ-резонаторе 2, накачиваемым СВЧ-генерато-.ром З,вызывает эмиссию электронов из Фотокатода.СВЧ-электрическое напряжениев зазоре резонатора, амплитуда которого больше энергии фотоэлектронов,формирует на выходе из СВЧ-резонатора пакеты электронов в положительные полупериоды поля. В отрицательные полупериоды Фотоэлектровы возвращаются полем на фотокатод. Затемпакеты электронов из СВЧ-резонаторапоступают в группирующие резонаторы 4, требуемая амплитуда и .фазаполя в которых устанавливается аттенюаторами 5 и фазовращателями б.Процесс группировки здесь осуществляется аналогично тому, как это делается в клистронах или. ускорителяхна бегущей волне.После группировкипакеты электронов поступают в резонатор 7 развертки, который осуществ"ляет преобразование временной структуры последовательности пакетовэлектронов в пространственную зависимость яркости электронного пучка в плоскости изображения, в которой размещены ВЭУ 9. Резонаторразвертки питается через делительчастоты 8 от генератора 3. Этимобеспечивается синхронизация ВЧнапряжения в резонаторе развертки сВЧ-напряжением в СВЧ-резонаторе.При этом пакетыэлектронов всегдапопадают в строго Фиксированные положения в плоскости изображения. Поэтому оказывается возможным регистрировать электроны вторичными элект.ронными умножителями, размещеннымив местах, соответствующих приходуэлектронных пакетов. Это обеспечивает высокую чувствительность, таккак в отличие от люминисцентных методов регистрации электронов возмож"но регистрировать каждый отдельныйэлектрон с высокой степенью точнос1012371 ь Е, Пчело игунова Ко Составит Техред С ктор М, Пе тор М. Коста аказ 2781/б Подписное омитета СССР открытий я наб., д. 4бТираж 70 ВНИИПИ ГосудаРст по делам изоб 13035, Москва, Ж"Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,иал ти; Выходы ВЭУ подключены к блокурегистрации 10, синхронизация которого осуществляется синхронизатором11. Для уменьшения расплывания пакетов электронов на выходе из СВЧ-резонатора за.счет сужения энергетического спектра электронов в этом резонаторе в ряде случаев полезно разместить перед фотокатодом сетку 12,находящуюся под отрицательным потенциалом. Введение сетки с отрицательным потенциалом перед фотокатодом позволяет исключить из пакетов низкоэнергетичные электроны, прнэтом за счет некоторого снижениячувствительности упрощается конструкция системы группировки сгустков,Предлагаемые способ и устройство позволяют регистрировать импульсное рентгеновское излучение с временным разрешением 10 "2 - 10-" с, что на несколько порядков превосходит достигнутое в настоящее время в этой области спектра временное разрешение,