Способ определения параметров ионного компонента в электронно-ионных кольцах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК ЯО 22 05 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ульса конча риронныхпроизвои атомов,астоты бет момент ени С, и вют среднийоличество аляпин ради онов спользометодовараметрообщение заряд ионов оп(С)-4 1 О.о СССР00, 1983 1 зарядчастотбанийнапускв моме де 7, 1 (С) Кл; онных ионо а бе электронов а нейтраль томов нт С , Гц;а бетатронныхбез напуска частобанийГц; то го кол лек радиу ца, с -класстрона ческий с эле см,ство ноно Б; а,лич ченияольца;ьный размеонно"ионновистский электор эл фа ОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Зиберт Х. и др. Об ивании спектроскопическихдля измерения некоторых пэлектронного кольца. - СоОИЯИ Р-9366, 1975, с. 3Авторское свидетельствР ИО 2991, кл. Н 05 Н 11/(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИОННОГО КОМПОНЕНТА В ЭЛЕКТРОННО-ИОННЬК КОЛЬЦАХ, включающийимпульсный напуск нейтральных атомов в кольцо, измерение частотбетатронных колебаний, количестваи размера электронного компонентапо синхротронному излучению, о тл и ч а ю щ н й с я тем, что, сцелью расширения функциональныхвозможностей способа за счет увеличения числа определяемых параметров, измеряют количество и радиальное распределение электронов, выле-.зющнх из кольца в аксиальномнаправлении в момент времени С соответствующийпотока нейтральнэтом измерение чколебаний электрдят в момент вреС,)С рассчитывальный размер ив кольце, а средределяют по формуЕоБ; Г чге Так, надо 2 1в ниде40 шеВ этомравен П 1 Н 50 а =Бе 11 е,Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к коллективному методу ускорения ионов электронными кольцами, и может быть использовано для определения заряда, плотности и пространственного распределения ионов в электронно-ионных кольцах.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа за счет увеличения числа измеряемых параметров, что позволяет значительно повысить оперативность диагностики колец и облегча" ет настройку и эксплуатацию ускорителя.На чертеже изображена геометрия эксперимента, иллюстрирующая пред" лагаемый способ.Установка содержит камеру адгезатора 1, электронно-ионное коль- . цо 2, систему зеркал 3, объектив 4, приемник излучения 5, зеркало 6, окно 7 и сцинтиллятор 8.Измерение средних значений таких параметров ионного компонента как заряд, плотность н размер осуществляется следующим образом.В электронно-ионном кольце электроны имеют круговую скорость 1 ф и вращаются по окружности. В результате многократного упругого рассеяния электронов на ионах они приобретают скорость в аксиальном направлении 7 и соответственно кинетиХческую энергию. Если глубина внешней потенциальной ямы, удерживающей электроны, будет меньше этой энергии, то электрон вылетает иэ кольца, сохраняя при этом азимутальную скорость, т.еэти электроны будут иметь тот же радиус вращения, что и основные, 1(оличество этих потерянных электронов зависит от количества и заряда ионов кольца, а радиальное пространственное распределение - от радиального распределения ионов. Известно, что коэффициент потерь электронов из-за процесса многократного рассеяния где Бе - число электронон в кольце, Ие - потерянное количество электронов иэ-за рассеяния, можно рассчитать по следующей формуле;% Г( - 1"М; ГТ,1,)Ь 1, (1) частота бетатрониых колебаний электронов, Гц;интервал времени измерения, с;радиус кольца, см;малый размер кольца, см,классический радиус электрона ( =2,8 10 см);скорость света;релятивистский фактор электрона",заряд ион, Кл,заряд ядраф,суммарное количествоионов в кольце,функция, характеризующаязависимость сечения многократного рассеяния отсоотношения заряда ионаи заряда ядра ЗО В начальный момент накопления, когда заряд иона значительно меньше заряда ядра, с большой степенью точ- ности 35 Г(г К) = 2,. 1 ц - ,1:,-(2)137 еь пример, для свинца с Е,=820 точность представленияодного члена Г(7 Е;) лучслучае коэффициент потерь Размер ионной компоненты определяется ио пространственному распределению потерянных электронон. Как показывают расчеты, радиальное рас- Япределение плотности ионов в кольце описывается формулойп (г)=1 ехр(-г (а ), (ч)а распределение плотности электроиов кольца формулой ц (г)=ыехр(-г(ае ) (5) ааг а агде аа и -Е,е а 1+агОтсюда получаютггй а ас аг -а г(6) Таким образом, зная радиальный полуразмер распределения вторичныхэлектронов ае н зная этот параметр для основного электронного кольца, находят по формуле (7) соответствующее значение а; для ионного размера. Измерение радиального профиля потерянных электронов может быть проведено с помощью сцинтиллятора 8. Из измерений частоты бетатронных колебаний электронов кольца 11 можно найти суммарный ионный заряд . по1 формуле гг г 27 Ог 7е, ггде г - квадрат частоты бетатронных колебаний в присутствии ионов,- квадрат частоты бетатронныхколебаний беэ ионов, обусловленный фокусировкой .внешней магнитного поля. Зная суммарное число ионов И по формуле (9) можно определить заряд ионов в кольце. Если накопление ионов происходит прк импульсном напуске нейтралов в кольцо, суммарное число ионов в кольце сохраняется, происходит последовательная ионизация и соответственно заряд- ность ионов в течение времени растет, Поэтому, зная число ионов в кольце по формуле (9) можно определить заряд конов по измерению час-. тоты бетатронцых колебаний 1), Для нахождения количества ионов используется формула (3, Существенным является то, что измерения потерь электронов проводят сразу после окончания импульса нейтралов; когТогда распределение плотности по" ,терянных электронов будет описываться зависимостью1220556 да заряд ионов мал, и точность рас чета по формуле (.3) высокая.Таким образом, процесс измерения параметров ионов в кольце сводится к следующему:1. Измерение частоты бетатронных колебаний в два момента времени- первый момент 1 соответствующий окончанию импульса нейтральных атомов; второй момент й м - момент определения заряда ионов.2. Измерение коэффициента потерь электронов ь =Бе/Ие в момент С3. Измерение пространственного профиля электронов, например, по свечению сцинтиллятора,4. Определение количества ионов в кольце по формуле ( 3):г гТГ( /а ) геС 2, Гл ( -- ц ) Ьо 10 О 5. Определение плотности ионов и.=Б /2 ПБа.5116. Определение заряда иона в произвольный момент времени по формуле (9) Ог 4 30 П р и м е р. Для ускорения тяжелых ионов электронными кольцамивыбрана импульсная схема загрузки 35 нейтральными атомами, которые получаются из лазерного источника нейтральных атомов. Рассмотрим накопление ионов свинца Е, =82, Измере,ние коэффициента потерь электронов 40 в акскальном направлении иэ-эа рас, сеяния производят, например, с помощью зеркала 3 по синхротронному излучению, которое отражается от зеркала, поворачивается и попа-, 45дает в детектор 5. Синхронный светот первоначального кольца в ак.1 сиальном направлении не попадаетвследствие резкой угловой аниэатропии. Расчет дает значение потокасвета под углом 90 к плоскости кольца 1 (90 ) 10 1 , где 1 - интенсивность излучения под нулевымуглом. Минимальный порог по измеряемому коэффициенту потерь определяется чувствительностью ФЭУ, 11 апример, для чувствительности ФЭУо 1. =1220556 Составитель Е.ГромоТехред М.Ходаннч актор Т.Ивано Корректор О.Лу Заказ 337 Подписноекомитета СССРоткрытийая наб., д, 4/ Тираж 832 ВНИИПИ Государс по делам иэоб 3035, Москва, Ж-З"Патент" жгород, ул. Проектная,рируемое число ионов Рь составит И." 2,10 . Ожидаемое количество 1юионов свинца Я; =О . Коэффициент потерь измеряют сразу после окончания импульса нейтралов. Например, в. настоящее время длительность импульса .нейтралов свинца из лазерного источника составляет Фй 10 мкс.Интервал времени измерения коэффицнента потерь должен быть меньше характерного времени ионизации с учетом требуемой точности измерений. Например, нри заданной точности измерений103 формула (4) справедлива до зарядности ионов свинца Е; - 15. Расчетное время иониэации для свинца от 2;=0 до Е; =15; при плотности электродов в кольцеИ. -Зц й 2 10 см оно составляет 61200 мкс. Таким образом, должно выполняться условие: дС ( 2 ЯО мкс.Определяя количество ионов вкольце в начальный момент накопления затем по измерению частоты бетатронных колебаний определяют за ряд ионов. Частота бетатронных колебаний определяется, например, 1 Опо ширине углового распределениясинхротронного излучения. Точность определения зарядаионов по формуле (9) определяется 15 точностью определения частоты бетатронных колебаний и соответственно коэффициента потерь. При автоматизированной обработке результатов легко реализуется 03-я точность определения заряда ионов,