Устройство для измерения энергии пучка ускоренных электронов в поле облучения

(19) О) за) Н 01 3 4702 ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСК ЛЬСТВ У 41 В.А.Воронцов Трудовогоерно-физичесВ.Глазу Кал ориметр энергии ус 1976,2,с,1 н 2. Дронин В.НЭкспресс-измеритускоренных электды 2-го Всесоюзнмеиению ускорителтиц в народном хНаука, 1976, т.тотип) . ованов О.С.ока и энергий . В.сб: Доклаовещания по при Милель н ей заряженн зяйстве, Ле , .с. 224-25 часнградГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский ОрденаКрасного Знамени инжекий институт(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В ПОЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ, содержащее два металлических изолированных друг от друга электрода, установленных носледовательно по ходу пучка, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повыше ния точности измерения, электроды расположены в вакууме на расстоянии друг от друга в плоскости, перпендикулярной направлению распространения пучка частиц, каждый электрод окружен экранной сеткой, имеющей отрицательный по отношению к электродам потенциал, причем электроды выполнены в виде сфер, для которых удовлетворяет-" Е ся соотношение 0, ф (7 ддгде Р и 3, - плотность и диаметр первой сферы, аи 3 - плотность и диаметр второй сферы соответственно.1 886 бИзобретение относится к области ускорителвной техники, преимущественно к технике измерения параметров пучков заряженных частиц, и может быть использовано для контроля параметров полей облучения больших размеров на ускорителях, используемых в прикладных целяхе" При Формировании полей облучения на выходе ускорителей часто необходи мо знать не только дозное распределение, но и параметры, непосредственно его определяющие, такие, как распреДЕление По полю облучения плотностц токаи средний по спектру энергии.Известен калориметрический преобразователь, содержащий обычный калориметр, измеряющий полную энергию пучка, и щщиндр Фарадея, измеряющий ток Ц . Средняя энергия частиц , находится как результат нормировки сигнала калориметра на полный ток.Обеспечить требуемое пространственное разрешение при измерении раснределения энергии и плотности тока данным устройством можно в принципе двумя путями: локализовать измерение с помощью установленного перед дат- . чиком коллиматора электронного потока; выполнить монитор тока и средней энергии с размерами, обеспечивающими требуемую локализацию измерений, Реализация первяго варианта связана с трудностями сканирования поля облучения громоздким и сложным устройством. Уменьшение размеров калориметра до требуемых приводит к тому, что датчик перестает быть монитором полного поглощения и возникает. принципиальная трудность нормирования на плотность тока.Кроме того, это устройство имеет .недостаточные пространственное разрешение и инерционность.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является45 устройство для измерения энергии пучка ускоренных электронов в поле облучения, содержащее два металлических изолированных друг от друга. электрода, установленных последовательно по ходу пучка 2,1,Первый электрод выполняет функциюпоглотителя, второй собирает прошедшие поглотитель электроны, являясь 55по существу цилиндром Фарадея. Ток с первой пластины-поглотителя пропорционален току падающего пучка и 60зависит от энергии частиц. Осущест-:вляя нормировку на полный ток, получают зависимость коэффициента поглощения от энергии.Использование коллиматора пучка на входе в преобразователь для обеспечения требуемого пространственного разрешения связано с большими трудностями ориентирования коллиматора относительно расходящегося потока частиц в поле облучения. Кроме того, обеспечение необходимого углового разрешения (характеристика датчика критична к углу влета пучка частиц) приводит к большим потерям интенсивности и искажению энергетического состава пучка за счет частиц, провзаимодействовавших с краями ко.лиматора.Простое уменьшение поперечных размеров пластин монитора также приводит к большнм погрешностям измере,ния, так как в этом случае градуировочная характеристика зависит от ориентирования датчика в дозном поле.Кроме того, невозможно создать датчик полного поглощения типа цилиндра Фарадея с поперечными размерами меньше размеров сечення пучка, что исключает воэможность точного нормирования сигнала первой пластины.Недостатком этого устройства является низкая точность измерения распределения средней по спектру энергии.и плотности потока в поле облу-, чения.Целью изобретения является повышение точности измерения распределения средней по спектру энергии и .плотности тока в поле облучения. Поставленная цель достигается тем, что в предложенном устройстве для измерения энергии пучка ускоренных электронов в поле облучения, содержащем два металлических изолировавных друг от друга электрода, установленных последовательно по ходу пучка, электроды расположены в вакууме на расстоянии друг от друга в плоскости, перпендикулярной направлению распространения пучка частиц, Каждый электрод окружен экранной сеткой, имеющей отрицательный по отношению к электродам потенциал. Причем электрод выполнен в виде сфер, для которых удовлетворяется соотношение .,д,4, где, , и 3, - плотность и диаметр первой3 886 сферы, а р и 32 . - платность и диаметр второй сферы соответственно.На фиг. 1 показано предложенное устройствоМеталлические сферические электро-ды 1 и 2 подвешены на тонких металлических нитях 3 в цилиндрическом вакуумном объеме, образованном титановой фольгой 4, Электроды окружены экранной сеткой 5. 1 ОПоток релятивистских электронов пронизывает титаиовую фольгу 4 и взаимодействует с электродами 1 и 2. Часть электронов поглощается в теле датчиков, образуя избыточный отрицательный заряд, который стекает по проводам 3 в измерительный блок.Расстояние ь между. сферами выби-рается в таким расчетбм, чтобы сокра- тить до допустимого уровня попадание рассеянных и вторичный электронов с одной сферы на другую. В то же время , оно должно бьггь минимально, чтобы исключить ошибки, связанные с коле" бащяик плотности тока за время пере-д мещеиия датчика на.это расстояние.Токи Л и Э электродов 1 и 2 иропорцйональны плотности тка пучка 1 в данной точке поля с координатой Х и являются функциюми энергии 1,. КД,х 11,11; ,-К,У,х.ЕИГЦх+Е) После измерения обеих зависимостей и их совмещения на оси координат энергию .определят как функцию частного от деления двух токов, исключая . гам самым токовую составляющую.Выбор материала и диаметра сфер 40 ,рпределяетая следующими соображениями ефПолучением наибольшей чувствительности в широком диапазоне изменения энергии частиц45Реализацией широкого диапазона работы датчика, соответствующего диапазоку энергий ускорителей рассматриваемого класса ( 1-1 Ь МэВ);Получением требуемого пространст- .5 О венного разрешения;Получением линейной характеристики во всем диапазоне работы. Последнее требование вызвано наличием сравнительно широкого энерге тического спектра у большинства ускорителей, работающих в указанном диапазоне. Можно показать, что абсорб 660 4ционный датчик измеряет .средшою по спектру энергию только в случае ли;нейности его характеристики, Отклонение от линейности приводит.к появлению ошибки, которую можно трактовать.как случайную, поскольку форма спектра не контролируется.Проведенные исследования показали, что реализовать датчик можно толькона компромиссной основе. Лучшие результаты получены для первой;сферы,выполненной из свинца радиусом;8 =4,1 г/см, покрытой слоем алюминиятолщиной 0,27 г/см, и второй,выполненной из олова с радиусом 2 Е ==1,65 г/см.Зависимость коэффициента поглощения электронов для обеих сфер приведена на фиг. 2. Из нее видно, что в широком диапазоне энергий характеристики линейны, и для выбранного варианта первой сферы сигнал с нее не зависит от энергии, т.е,1, = ь 1 х 1, Такой эффект объясняется тем,что для сферического"поглотителя с определенным соотношением диаметра, плотности и заряда ядра металла в широком диапазоне энергийможет быть получено равновесие в соотношении отраженных и прошедших электронов с одной стороны и поглощенных электронов . с другой. Слой алюминия нанесен наповерхность свинца для продления ли-.нейной части характеристики 11 ) вобласть низких энергий.,Такая конст" рукция первого. электрода позволяет . производить не только нормировку, но и измерение распределения плотности тока. В сферическом абсорбциониом датчике наблюдается значительная потеря заряда за счег низкоэнергетичной компоненты вторичных электро"., нов, искажающей градуировочную характеристику. Для исключения этого явления датчик помещен в отпаянный ва", куумный объем. Запирающий потенциал приложен к цилиндрической. сетке. Такое конструктивное решение позволяет запереть вторичные электроны, выходящие как с поверхности датчика, так и с титановой фольги. Предлагаемое устройство дает возможность с высокой точностью изме" рять распределение плотности тока и средней энергии в электронных по" лях облучения с размерами от нескольких сантиметров и выше в диапазоне 1-15 МэВ..Шекмар ррек ех ехи дактор к 4/ аб.,ал ППП Патент", г.уагород, ул.Проектная, 4 8905/1 , Тирах 682 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, омыт откр ушска Подписнота СССРытий