Способ измерения эмиттанса пучка заряженных частиц

50 ра. Суммарное излучение от всех частиц, прошедщих экран-генератор, несетв себе информацию об угловом распределении частиц по скоростям в выде"5ленной зоне пучка,Измерения осуществляются следующим образом.В необходимое место пучка под углом к оси вводят экран-генератор 4, 10размещенный на подложке 5. Размери положение экрана"генератора определяют выделяемую для измерений в пучке зону, как правило, размер пучкаболее чем на порядок больше размеразоны, Частицы, прошедшие через экран- огенератор, генерируют ОПИ, 9, скон"центрированное в основном под угломотражения, не попавшие на экран"генератор частицы дают фоновое излучение, 30Оптическое излучение, пройдя через1,разделительное окно 2, попадает наматовый экран 6. Распределение 1 Оплотности ОПИ в плоскости экрана 61 измеряют при помоши телевизионной камеры 7, синхронизированной специальным образом с. выводом пучка, По измеренным значениям плотности ОПИ, учитывая угловое распределение ОПИ отодной частицы, определяют угловое З 0распределение частиц в выделеннойзоне пучка. Затем перемещая экрангенератор в новое положение, повторяют яроцедуру заново, Сканированиеэкраном-генератором по апертуре пучка З 5позволяет измерить его эмиттанс,Причины, по которым для измеренияиспользуется ОПИ "назад", заключаютГся в следующем.Для релятивистских пучков частиц 40направление ОПИ "вперед", возникающего при выходе частицы из вещества,не зависит от угла выхода частиц инаправлено всегда по скорости частиц,интенсивность излучения "вперед" также мало зависит от параметров вещества и угла выхода.ОПИ "назад", возникающее при входе частицы в вещество, направленовдоль линии, являющейся продолжением траектории частицы и отраженной, от поверхности вещества. Интенсивность ОЛИ "назад" пропорциональнакоэффициенту отражения света от поверхности вещества. Максимум излучения ОПИ приходится на угол, равный 1/.В случае использования для измерений ОПИ "вперед" пеобходпчо применять дополнительные устройства, разделяющие излучение и пучок, Например,вводить в пучок наклонное зеркало,отражающее ОПИ, или отклонять пучокпри помощи поворачивающего магнита,Поэтому для измерений используютизлучение, испущенное "назаД" от экрана-генератора, расположенного подуглом к оси пучка, а измерение производят под углом отражений, равнымуглу падения пучка на экран-генератор.Угол между осью пучка и нормальюэкрана-генератора может быть любымв пределах от щах (2 1/у, О ) до- шах(2 г, 0), гдеумаксимальная угловая расходимостьчастиц в пучке; у=Е/щ 1 - характе 2ристический множитель между энергиейи массой частицы.Данное ограничение необходимо дляполучения неискаженного распределенияоптического излучения в плоскостибелого матового экрана 6, Для практических целей целесообразно испольозовать углы, близкие к 45Экран-генератор напылен на тонкуюнесущую подложку, выполненную из материала с малым коэффициентом отражения света и имеющую матовую поверхность, способную диффузионно отражатьпадающий свет, Материал экрана-гене-ратора имеет большой коэффициент отражения света и зеркальную поверхность.В качестве несущей подложки можетбыть использован диэлектрик, а в качестве экрана-генератора - покрытиеиз металла. Сигнал Е ф, от фоновогоизотропного ОПИ от частиц, не попавших на область металлиэации, не прошедших через подложку, отнесенныйк полезному сигналу от экрана-генератора Е з , составляет при качественном рассмотрении величину порядкаЕ фОнли 6- - / -- , (1)Еюг1 дБгде,1 в коэффициенты отражениясвета для подложки и зоныметаллизации соответственно;А - дисперсия линейного размера пучка;ЛЯ - площадь зоны металлизацни,ЬВ .качестве измерителя распределения плотности ОПИ используется цнфро-15705вая телевизионная система. Для регистрации слабых световых потоков можетбыть использована телевизионная система, имеющая эффективность регистрации одного фотона 4%,5аРаспределение плотности излучения в плоскости регистрации зависитот условий конкретной задачи и можетбыть разделено на дна предельных слу Очая, Первый - когда угловое распределение частиц в пучке значительно больше угла с максимумом ОПИ (9 че/) еЭто означает, что излучение сконцентрировано вдоль траектории частицы,,и распределение света в плоскостирегистрации повторяет распределениечастиц, Во втором случае, когда9 цч 1/у, распределение света н плоскости регистрации в значительно степени определяется формой СПИ, Нахож"дение углового распределения частицв этом случае представляет самостоя- .тельную математическую задачу. Степень сложности этой задачи зависитот потребностей эксперимента.В общем случае угловое распределение излучения н плоскости измеренияот выделенной зоны пучка размером лБ,расположенной на расстоянии 1 можно30представить в виде интегралаЕ(вд)= 11 В(Ед,Х,) Н(8-1 д-п,Х,)ьзЯЦХ,) За,ГГ, (2)35где Е(О,Я) - угловое распределениеизлучения н пгоскостиизмерения;В(ОД,Х,) - функция распределениячастиц в четырехмерном 40фазовом объеме или Фазовая плотность;Я(8-1, Ц-п,Х,У) - угловое распределениеОПИ от одной частицы 1Е(Х,У) - распределение частицв пучке;Х,У - координаты плоскости,в которой располагаетсяэкран-генератор; 50О,Я - углы наблюдения ОПИ;,п " углы для области интегрирования Я,Для практических целей, когда выделенная эона д Я много меньше раэмеров пучка,.можно считать, что Е(Х,7) - сопвС, а Функция Фазовой плот"ности ие зависит от координат Х,Тв пределах выделенной зоны, Тогда вы 15 бражение (2) упрощается и Ьереходнт винтеграл типа свертки, Эадача в такойпостановке может быть решена различными математическими методами. Измерение эмиттанеа проводилосьдля пучка протонов с энергией Ечаст70 ГэВ и интенсивностью 110сбросЧувствительность используемой цифровой телевизионной системы составляет8 10 фотон/мм , Поэтому белый мато-,вый экран 6 не используется, а телевизионная камерарасполагается заразделительным окном 2 вакуумногобоксатак, чтобы иметь нозможностьизмерять распределение плотности ОПИвблизи углов отражения, равных углупадения пучка на экран-генератор. Измерение плотности ОПИ в плоскости,нормаль которой составляет 90 с осьюпучка, производится путем сканиронания телевизионной камерой н этойплоскости и измерением светового потока, попавшего н диафрагму объектина.Эмиттанс пучка, определенный как1Е -Охах,чгде х - угол наклона частиц к осичучка;х - линейный размер пучка,составляет для выведенного яз уско-.рителя пучка величину порядка 1 ммсмрад, Размер лучка в кроссоверв ра"ненмм. В качестве экрана-генератора ОПИ используется тонкий слой алюминия диаметром 0,2 мм напьленяыйна полиимидяую пленку толщиной 12 мм,имеющую матовую поверхность. Исполь"зуя формулус 1,=4 , 1=95 9р 0, получают Е ,/Е ,. 2 10В предположения, что распределение частиц по углам н выделеннойзоне пучка имеет осевую симметрию иописывается нормальным распределениемс 6, можно довольно просто рассчитать распределение плотности энергииОПИ на единицу частоты излучаемогосвета ОПИ н плоскости регистрацииот металлиэированной области, ПаФйг.2 показано рассчитанное распреде"ление плотности ОПИ на расстоянии50 см от экрана-генератора из алюминия размером 0,2 мм для пучков сугловым распределением соответственно 1 1 - 0 мрад 1 2-1 мрад, 1 3-3 мрад,14-6 мрад, Из графиков видно, что1570515 ФАЗ актор Т, Юрчиков Кабаци Тираж 31 о сно крьггиям прн ГКНТ СССРд. 4/5 по изобретени -35, Раушская осква оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 10 з 2300