Способ определения параметров трубчатого сильнопоточного импульсного пучка ускоренных электронов

Аю СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 0 3(5 Н Н 05 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Бредли Л,П, Методика исследования распределения плотности электронного, тока и траекторий электронов в сильноточном релятивистском электронном пучке. - Приборы для научных исследований, Р 6, 1975, с. 21.2, Москалев В.А. и др. Контроль и измерения параметров пучков заряженных частиц. М А-И, 1973, с.5-6, 27"32.(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРУБЧАТОГО СИЛЬНОТОЧНОГО ИМПУЛЬСЯО 688089 НОГО ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ, основанный на бесконтактнбм измерении магнитных полей, создаваемых пучком при его движении в вакуумном пролетном канале с продольным магнитным полем, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения количества одновременно измеряемых параметров пучка, в нескольких местах. пролетного канала изменяют граничные условия вне пучка путем изменения геометрических размеров пролетного канала, либо путем изменения электрических потенциалов на его стенках, а затем измеряют продольные составляющие магнитного поля. еРИзобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в ускорительных установкахи в мощных электровакуумных приборахдля бесконтактного определения параметров трубчатого сильноточного импульсного пучка ускоренных электронов, распространяющегося в вакуумном канале с продольным магнитнымполем.Известны коллекторные способы измерения параметров электронного пучка, основанные на частичном или полном перекрытии пучка 1), Однако,для диагностики сильноточных электронных пучков с больщими удельнымиэнерговыделениями подобные способыстановятся неприемлемыми из-за разрушения измерителей электронным пучком. Кроме того, в некоторых случаях желательно провести измеренияпараметров без возмущения пучка, что 20невозможно осуществить указаннымивыше способами.Известен способ определения параметров трубчатого сильноточногоимпульсного пучка ускоренных электро нов, основанный на бесконтактномизмерении магнитных полей, создаваемых пучком при его движении в вакуумном пролетном канале с продольным магнитным полем 2).Недостатком этого способа является то, что он позволяет измерять ограниченное число параметров пучка,а именно величину тока и положениецентра тяжести пучка. 35Целью изобретения является увеличение количества одновременно измеряемых параметров пучков,Поставленная цель достигается тем,что в нескольких местах пролетного 40канала изменяют граничные условия внепучка, либо путем изменения геометрических размеров пролетного канала,либо путем изменения электрических потенциалов на его стенках,а затем измеряют продольные составляющие магнитного поляНа чертеже схематически изображено поперечное сечение трубчатогоэлектронного пучка 1 с внешним ивнутренним радиусами соответственнор и йг, распространяющегося в про,летном канале 2 (коаксиальном трубопроводе) с радиусами металлическихстенок 3 и 4 соответственно Р и к1Магнитное поленаправлено йерпендикулярно плоскости чертежа, При наличии этого поля, а такжее радиального электрического, поля Е, вызванного собственным объемным зарядом пучка, движение ускоренных электронов 60имеет сложный вид. С некоторым упрощением можно считать, что каждыйэлектоон пучка участвует в трех движениях:первое - движение вдоль силовой линии магнитного поля,то есть 65/"1 - относительное значение перпендикулярной составляющейсксрости электронов;р - ларморовский радиус.При- (0,2 , (обычные значения.йэтого параметра для пучков) и для электронов с энергией Р (в мэВ), магнитный поток Ф 8 в веберах) Е(8+ЯЧ гЧ где ток пучка в амперах, напряженность магнитного поля Н в амперахна метр. Данное соотношение позволяет определить относительное значениеперпендикулярной составляющей скорости электронов, однако, непосредствен-,ное измерение Ф, необходимое дляопределения этого параметра пучка,затруднено из-эа наличия продольнойсоставляющей магнитного поля, вызванного. третьим видом движения - токами дрейфа,Плотность кругового дрейфовоготокаЕ р)ядр,к НзаРяд электрона,- плотность электронов; где Е вдоль оси пролетного канала,перпендикулярно плоскости чертежа, второе - движение в плоскости чертежа по . ларморовской окружности с центром на ,соответствующей силовой линии из-за наличия в общем случае перпендикулярной к магнитному нолю составляющей скорости электронов, третье - движение в плоскости чертежа вокруг оси пучка со скоростью Ч в результате дрейфа электронов в скрещенных электрическом Г и магнитном К поляхПервое движение вызывает появление азимутального магнитного поля, которое, например, широко используют для измерения тока пучка с помощью пояса Роговского, Второе и третье движения и вызывают изменение продольного магнитного поля. Определение этого изменения магнитного поля с разделением эффектов, вызванных отдельно этими движениями, и используется для суждения о других параметрах электронного пучка перпендикулярной составляющей скоростидденгронон среднего реднусд , "гдддр и толщины пучка й=йэ-йкМагнитный поток Ф в толще пучка, вызванный вторым движением, определяется выражением,ц.о - абсолютная магнитная проницаемостьунапряженность радиальногоэлектрического поля.Величина и характер распределения радиального электрического поля е 5 определяется как параметрами пучка, так и параметрамк грубопровода - геометрией его поперечного сечения и потенциалами на внутренней 4 и внешней 3 стенках. В соответствии с 10 этим, от тех же параметров зависит величина и распределение дрейфгвого тока и вызванный им магнитный поток фПри этом суммарный ток дрейфа по радиальному сечению пучка в общем случае не равен нулюЭто вызывает изменение магнитного потока внутри пучка, при РР 2, что не наблюдается для второго вида движения.Измерители магнитных потоков 20 удобно устансвить на границах трубопровода и измерять потоки в сечениях с радиусами Йи к 4.В этих сечениях магнитные потоки, вызванные третьимвидом движения электронов в пучке с равномерной плотностью тока, определяются выражениями: Н, - скорость электронов 45вдоль осиТак как поток вызванный вторым видом движения ограничен радиусами К 2 и Й , то он будет фиксироваться только при измерении потока в сече нии с радиусом Р 4, т.е. измерители, установленные на радиусах Й 7 и к 4 будут измерять соответственно потоки55ф ф . ф -ф +ф 5)р У 4 84Выражения (2), (4), (5), позволяют определить четыре основных параметра пучка: Э,ь й , Ч )Ч . Для это го необходимо провести измерения потоков ф 7 и Ф 4 при двух различных граничных условйях. Изменения граничных условий, например величин Й 1, Й 4 , вызовет разные изменения потоков ф 1,Ф и не повлияет напоток ф . Это обстоятельство и позволяет получить необходимое числонезависимых уравнений для вычисления указанных параметров электронного пучка,Таким образом видно, что в отличие от ранее существовавшего способа бесконтактного измерения оченьограниченного числа параметров электронных пучков, основанного на регистрации магнитного поля, в предлагаемом способе осуществляется воздействие на местные траектории движенияэлектронов пучка путем изменения граничных условий вне пучка, вызывающих изменения радиального электрического поля в самом пучке. В результате этого появляется возможностьразделить накладывающиеся друг надруга поля пучка, возникающие отразных эффектов при движении пучкав продольном магнитном поле. Эторазделение и дает возможность определить четыре основных параметрапучка, Очень существенно, что этовоздействие не оказывает влиянияна все остальные параметры пучка,такие как ток, энергия, распределение плотности тока по сечению и т.д.Реализацию предлагаемого способаможно пояснить на следующем примере.На трубопроводе, по которому проходит измеряемый пучок ускоренныхэлектронов, делают два соседнихучастка с разными значениями радиуса Р 4 и на этих участках устанавливают по два измерителя магнитныхпотоков для измерения потоков в сечениях с радиусами К и Р+ . Обозначим измеряемые потокй через ф 7,И Цф 1, ф 4 и фт+,Из выражений (4), 5), можно получить, что РЬф, йФ"кТаким обРазом, величины Р,р и а могут быть определены из относительных значений измеряемых потоков.Для определения Э иН(Ч необходимо знание абсолютных значенйй потоков.При этом значения Э иН(Нопределяются соответственно из потоков Ф 7 и Ф 4.Кроме того, этот способ очень удобен для контроля отклонения среднего радиуса пучка от требуемой величины. Для этого значения Й 4 в одлом из выбранных для измерения сечений делают таким, чтобы при задан688089 заданной велик появлению Составитель Е.ГромовРедактор Н.Коляда Техред С,МигуноваКорректор А.Повх Заказ 1053/2 Тираж 783 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4 Э 5 Филиал ППП Патент, г.ужгород, УЛ.Проектная, 4 иом значении к поток Ф был равен д 1 иулв, что получаетоа, если р сР 4" р, Отклонение от чины приведет сигнала.