Устройство для измерения ленточных пучков заряженных частиц

И Е ИЯ Н Оц 7435 Союз Советских вциалистически Т Реслубли ЬСТВУ АВТОРСКОМУ(45) Дата опубликования описания 30.03,82 М Кл з Н 05 Н 7/ОО Н 01 1 47/00лам изобретеиии открытий ДК 621,384,6(72) Авторы изобретеная Лопатин, А, С. Тищен и А, С. Богач 1) Заявител пециальное конструкторско-технологическое бюро Опытным производством Института радиофизики и электроники АН Украинской ССР(54) УСТ РО Й СТВОЕНТОЧНЫХ ПУЧКОВ ЛЯ ИЗМЕРЕН РЯЖЕННЫХ СТ ом лоперечном сече узких полос, равных зонда, измеряются за Изобретенне относится к электронноитехнике, аименно к устройствам для,исследования свойств электронных пучков, и может найти применение,в разработке и;испытаниях электронно-оптичвсиих систем 5лриборов СВЧ,Экспериментальное исследование структуры и лараметров электронных пучков является этапом разработки электронно-оптичвскнх систем, 10Известно устройство для,исследованияэлектронных пучков, в котором .в качестведатчика плотности .тока используется тонкий проводящий стержневой зонд, периодически пересекающий пучок. Зондизготовлениный обычно из тугоплавкого материала,пересекает лучок в плоскостях, перпендикулярных к его оси. Пю зависимости токазонда от его положения:в пучке путем математической обработки опрвделяют:рас,пределение плотности така в пучке, а также размеры,и конфигурацию праниц пуч,ка 11. Несмотря на ряд преимуществ ое,ред другими типами укаэааные зондавыеустройства немеют ряд существенных, недостатков. Так, например, с их помощью,можно исследовать только аксиально-оиммеч 1 ричные пучки и только при предположении об азимутальной однородности ллотности тока. Исследование ленточных пуч.ков с,их помощью возможно только по направлению, перпендихулярному к узким сторонам пучка прои условии усреднения плотности тока в направленни, перпендикулярном х его широким сторонам. С;помощью таких анализаторов в принципе невозможно измврять распределение,плотнюсти тока в направлении, перпендикулярном к широиим сторонам пучка, объемное распределение плотности тока и хонфигурацию границ. Конечные размеры зонда вызывают большие ошибки при исследовании тониях пучков.Наиболее близким техническим ретпенивм является устройство для измерения ленточных лучков,заряженных частиц, содержащее проводящий стержневой зонд, продольная ось которого перпендикулярна к ,щироким сторонам пучкамеханизм, перемещвиия зонда,в двух взанмно перлендикулярных относительно продольной оси,исследуемого пучка направлениях и коллектор частиц. При этом механизм перемещения обеспечивает погружение зонда свободным козинцом таким образом, что ось зонда всегда пврпендихулярна к широиим сторанам пучка 21.При этом в кажд10 15 клон коси б зонда 1,висимости тока зонда от глубины его погружения. Дифференцирование этих зависимостей дает распределение плотности тока в пределах указанной узкой полосы поперечного сечения. Перемещая зонд в,различных областях лучка, можно Определить объемное распределение плотности тока, размеры и конфигура 1 цию его границ. Конечные размеры диаметра зонда практически не оказывают влияния на точность измерения. Это связанно с тем, что в ленточных пучках плотность тока в слоях, параллельных широким стОронам, из 1 меняется с Расстоянием медленнее, чем в навравлении, перпендикулярном к этим сторонам. В пределах полосы, занимаемой, зондом при перемещении, плотность тока в,каждом слое пучка можно считать постоянной с больной степенью точности. Вместе с тем в направлении, перпендикулярном широким сторонам, в котОром изменение плотности тока происходит с большой крутизной,и в котором требуется, высокая разрешающая способность, плотность тока определяется по величине смещения зонда, а поэтому дифференцирование токовой зависимости позволяет определять, плотность тока и его .распределение с точностью более высокой, чем в других известных анализаторах с конечными размерами датчика плотности то,ка. Недостатком известиого устройства является недостаточная точность измерений распределения плотности тока в поперечных сечениях пучка. Это .наиболее существенно проявляется,при исследовании плотных интенсивных пучков с малыми абсолютными значениями толщин (0,1 - 0,2 мм).Это происходит из-за,непрямолинейностн,проекции торца зонда на плоскость.поперечного сечения пучка,и,неконтролируемости изменения ее конфигурациями в процессе измерений, При исследовании тонких пучков, толщина которых сравнима с диаметром зонда, эти факторы приводят к особенно большим качественным,и количественным ошибкам. Они вызваны тем, что при криволинейной поверхности торцовой части зонд проходит слои пучка и его границы последовательно частями своего торца, тогда как токовая,информация 1 воспринимается из условия его прямолинейности. В тонких пучках,возможны случаи, когда Осевая протяженность проекции торца зонда превышает толщинку пучка. Очевидно, что в этом случае измеренная толщина пучка будет по крайней мере в три,раза больше действительной, а распределение плот ности тока будет ю столько же раз растя,нуто.Целью изобретеиия является увеличение точности измерения распределения плотности тока в поперечных сечениях пучка при увеличении предельной допустимой 20 25 Зо 35 40 45 50 55 60 мощности электронной бомбардировки зонда. 1 Цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения ленточных пучков заряженных частиц, содержащем проводящий стержневой зонд, продольная ось которого перпендикулярна,к широким сторонам пучка, механизм пЕремещения зонда в двух взаимно перпендикулярных относительно продольной оси исследуемого пучка направленнях ы коллектор частиц, перед зондом со стороны источника исследуемого пучка, установлена изолираваиная от зонда проводящая пластина с прямолинейным краем, ориентированным ,перпендикулярно к оси,зонда,и к оси пучка,и жестко соединенная с;механизмом перемещения зонда,На фланг. 1 изображен обуй,вид предлагаемого устройства;,на фиг, 2 - система дополнительного охлаждения зонда с поиощью излучающего, радиатора; на фиг.3 - расположение нескольких зондов за пластиной.Устройство для измерения ленточных пучков состоит из проводящего стержневого зонда 1, механизма 2 перемещенкя зонда 1, коллектора 3 электронов,и проводящей пластины 4 с прямолинейным краем 5. Ось б зонда 1 перпенднкулярна к широким сторонам 7 электронного лучка 8. Зонд 1 связан с механизмом 2 перемещевия зонда 1 в направлениях, указанных стрелками, с помощью, например, подвижной штанги 9 и ла,мели 10.Проводящая пластина 4 расположена :перед зондом 1 со стороны источника 11 электронного лучка 8. Исто ьником 11 электронного пучка 8,может быть, например электронная пака. Прямолинейный край 5 пластины 4 ориентирован перпендикулярно к оси 6 зонда 1 и к оси 12 электронного пучка 8, Край 5 пластины 4,расположен таким образом, что прнмоугольная проекция зонда 1 и непрямоугольная проекция кр 1 ая 5 на плоскость поперечного сечения пучка 8 пересекаются, т. е. концевая часть зонда 1 расположена 1 ниже края 5 пластины 4.Пластина 4 связана с механизмом 2 перемещения зонда 1 и изолирована от зонда 1, например, с помощью изоляторов 13. Механизм 2 перемещения зонда 1 может быть связан с устройством для его;передвижения вместе с:зондом 1 и пластиной 4 в направлениях, указанных стрелками,Пластина 4 и узел 14 соединения зонда1 с механизмом 2 мопут,иметь ар 1 инудительно охлаждаемую конструкцию. Нижний конец зонда 1 может быть соединен с излучающим, радиатором 15 (см. фиг, 2) или с системой принудительного охлаждения. В области прямолинейного края 5 пластина 4 может иметь .скос. Пластина 4 может также иметь небольшой (О - 5) на743558 40 45 50 55 60 65 Наиболее целесообразен такой вариант устройства, в котором .за пластиной 4 располагается не один, а,несколько эандов 1, изолированных,друг от друга (см. фиг. 3).Процесс измерений происходит следующим образом.В исходном состоянии механизма 2 - верхнее положение штанги 9, электронный пучок 8 лолностью попадает на пластину 4, так как ее край 5 находится выше границы пучка 8. При измерениях механизм 2,перемещает пласпину 4 и зонд 1,в,налравлении, перпендикулярном к,широким сторонам 7 пучка 8, на расстояние, обеслечивающее полное выведение пластичны 4 из пучка 8 - ниживе положенне штанги, 9, и затем возвращает зонд 1 и пластину 4 в исходное пюложение. Во время перемещения лластины 4 из исходного, положения ее прямолинейный край 5 последовательно лропускает на коллектор 3 тонкие слои пучка 8 параллельные широким сторонам 7. Каждый из эпих слоев пересекает зонд 1.Если в одном из положений края 5 пластины 4 в пучке 8 ток зонда 1 равен 1 ь а в другом - 1 г, и край 5 проходит от одного положения до другого расстояние ЛЙ, то средняя плотность тока в плоскости поперечного сечения, проходящего че,рез край 5 пластины 4 в той части слоя лучка 8, которая приходится на прямоугольную проекцию зонда 1 .на это поперечное сечеяиеравна где д - диаметр, зонда 1,Для того, чтобы определять плотность тока в бесконечно тонких слоях пучка 8, измеряется зависимасть тока зонда 1 от величины смещения края 5, которая затем дифференцируется. Таким образом определяется раслределение плотности тока в поперечном сечении пучка 8 проходящем через край 5 пластины 4, в пределах полосы этого сечения, приходящейся на прямоугольную проекцию зонда 1. В пределах указанной полосы в каждом из слоев пучка 8 плотность тока практически не изменяется. Поэтому каждая точка кривой,распределення дает значевие плотности тока в точке пересечения,края 5 с лрямоугсльной проекцией оси 6 зонда 1 на поперечное сечение пучка 8. Передвигая механизм 2 перемещения зонда 1 вдоль оси 12 пучка 8 и в поперечном, направлении, можно лрозондировать пучок в различных его областях и;измерить объемное распределение плотности тока.В устройстве край 5 пластины 4 ориентирован перпендикулярно к оси 6 зонда 1. Это необходимо для получения высокой разрешающей способности и точности:измерений, Если край 5 ориентировать не 5 10 15 20 25 30 35 перпендикулярно к оси 6 зонда 1, то каж-. дый слой лучка 8 будет пересекатвся с краем 5 за счет перемещения болышего, чем толщина этого слоя. При этом регистрирующий прибор отмечает значение толщины слоя, большее его действительного значения. Край 5 ориентирован перлендикулярно к оси 12 пучка 8. Это необходимо для обеспечения максимальной длины перемещения пластины с зондом вдоль пучка. Пересечение проекций зонда 1 и края 5 на плоскость поперечного сечения пучюа 8 обеспечивает расположение концевой части зонда 1 ло отношен;ию к лучку 8 за пластиной 4 ниже края 5, Это необходимо для того, чтобы слои лучка 8 пересекали зонд 1 и для обеспечения охлаждения зонда 1,Наиболее целесообразна такая конструкция устройства, в которой за пластиной 4 расположено несколько,зомов 1. В этом случае значительно сокращается процесс измерений и количество циклов лрохождения .каждого зонда через пучок, Если зонды 1 расположены в плоскости, перпендикулярной к оси 12 пучка 8, то при достаточном и.х количестве за один цикл прохождения зондов через пучок, можно измерить распределение ллотности тока во всем поперечном сечении пучка. Уменьшение количества циклов прохождения зондов через лучок обеспечивает увеличение срока службы зондов.Таким образом такое конструктивное выполнение позволяет повысить точность измерения ленточных пучков заряженных частиц. Фор мула изобретения Устройство для измерения ленточных пучков заряженных частиц, содвржащее проводящий стержневой зонд, продольная ось которого перпендикулярна к широиим сторонам лучка, механизм,первмещения зонда в двух взаимно перпендиулярных относительно продольной оси исследуемого лучка направлениях и коллектор частиц, отл ич аю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измереный распределения алотности тока, в пучке перед зондом со стороны источника исследуемого пучка установлена .изолированная от зонда проводящая пластина с прямолинейным краем, ориентированным,перпендикулярно к оси зонда и,к оси,пучка н жестко соединенная с механизмом перемещения зонда. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Бровченко В. Г. н др. Электронные устройства на электростатических ускорителях, А - И, М., 1968, с. 188 - 189,2. Горбатов Д. Н,;и др. Некоторые вопросы экспериментального исследования электронных пучков. У. Ф.Ж., 1971, т. 16,6, с. 995 1 протопип).743558 го иг. 1 ред И. Пенчко Корректор И. Осцновска едактор П, Горшкова ип. Харьк. фил. пред. Патент 3 аказ 255/165 Изд.21 Тираж 856 По НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 исное рытий