Способ измерения плотности электронов в пучке

(22) Заявлено 17. 07. 81 (21) 3323491/18-21с присоединением заявки М И 1 М. Кл.з Н 05 Н 7/00 Государственный комитет СССР по делан изобретений н открытий(088.8) Дата опубликования описания 17. 01. 83 2) Авторы изобретения(71) Заявитель ия иненийальнои сеается ет лоисть из" для обоы и опостей 3 54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛ Изобретение относится к технической физике и может. быть использовано при исследовании сильноточных релятивистских электронных пучков (РЭП), а в некоторых случаях5движунжйся с релятивистской скоростью плазмы, в частности при работес высокотемпературной плазмой легкихэлементов и т.д,10Известен метод определения параметров плазьы при поющи интерферометрии, основанный на измерении вели-чин фазового сдвига в зондирующем из"лучении, позволяющий вести измерения,на неоднородных объектах 1 ).15Однако неоднородные объекты необеспечивают возможноси проводитьлокализацию области измерения. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения плотности электронов в пучке, заключающийся в последовательном зондировании с сохранением геометрии рассеяния исследуемого объекта и нейтрального газа электромагнитным излучением одинаковойих этапов зондирования частот ределении отношений интенсивн СТИ ЭЛЕКТРОНОВ В ПУЧКЕ рассеянных излучений и отноше тенсивностей зондирующих излу ,при зондировании пучка и нейт го газа, при этом концентраци чение рассеяния газа предпола известным, Этот способ позвол кализовать исследуемую област .обеспечивает достаточную точи мерений 21,Недостатком известного способа является то, что он не применим для измерения в релятивистских электронных пучках, так как в релятивистском случае характеристики рассеянного излучения претерпевают существенные . изменения. Во-первых, происходит сдвиг частоты рассеянного излучения. В связи с этим для осуществления калибровки измерительного тракта час тота зондирования газа, совпадающаячастотой зондирования объекта, больше не пригодна для этой цели. Во-вторых, интегральная по спектру интенсивность рассеянного излучения не пропорциональна концентрации электронов объекта, а зависит также от других его параметров, например от тем-, пературы. Это делает неприемлемым для определения плотности электронов пев РЭП известный способ и расчетную Формулу (О) а е и еир я т5 где 3 е 3 о, - интенсивности зондирования излучения на исследуемом пучке и калибровочном газе соответственноф бт, б - полные эффективные сечения соответственно томсоновского рассеяния на электроне и релеевского - на нейтральном газе, а и й -, )5 плотность газа. Для определения плотности электтронов в РЭП необходимо ввести новые, отсутствукщие в известном способе операции и изменить расчетную фор мулу так, чтобы она учитывала релятивистские эффекты.Цель изобретения - расширение области применения способа а счет воэможности исследования релятивист ских пучков электронов,Указанная цель достигается тем, что в способе измерения плотности электронов пучка, заключакщемся в последовательном зондировании исследуе )мого пучка и нейтрального газа с известным сечением рассеяния и концентрацией потоком монохроматического электромагнитного излучения с сохранением геометрии рассеяния и определении отношений интенсивностей зондирующего и рассеянного излучений в зондируем х объектах, измеряют среднюю энергию электронов пучка, их температуру, среднее значение узла разлета электронов к оси исследуемого пучка, дисперсию поперечной скорости электронов пучка, а также частотный интервал спектра рассеяния на исследуемом пучке, в котором интенсивность излучения составляет не менее 10 мак симальной интенсивности, зондирование газа осуществляют на частоте, лежащей . внутри этого частотного интервала, а определение отношений интенсивностей излучений осуществляют в частотном интервале, включающем частоту зондирования газа и принадлежащем ранее ,измеренному интервалу частот.Считая, что плотность электронов в сильноточном РЭП имеет следующий 55 вид Функции распределения электронов по скоростям:2 2 4 Ч)=60с- -5)Измеряют угол рассеяния 6 и углы Между осью РЭП и направлением зондирования и регистрации рассеянного излучения 6", 62 оИзмеряют в относительных единицах интенсивность рассеянного на РЭп излучения 3 о в диапазоне частот л щ, включающем м 3 . Величины Э(е 1) и Э еа ) связаны между собой следуищими соотнош ниями 1 Ь21 ) И) Ю И) У 2 )" Ч )ыГ (-)е е е а 5 о -Чсов 62)од.3 чувствительность приемника рассеянного излучечия на частоте и, объем;телесный угол рассеяния; площадь поперечного сечения зондирующего луча; классический радиус электрона;модуль безразмерной скорости электронов;Г ф8:КЧ, 62:К Ч; 2 о Ч=(Ч Мс где А - нормировочная постоянная,В масса электрона;Ч,с - скорость электрона и света (в дальнейшем полагаемс=.1 так, что скоростьэлектрона измеряется вединицах скорости света);Яот - средняя энергия и температура электронов РЭП;Ч ф - поперечная к оси пучкаскорость электронов и еедисперсия)Уо - средний угол разлета электронов к оси пучка",сущность предлагаемого способа можно охарактеризовать следующим образом.В локализуемой области измеряютпо известной методике температуру Т,среднюю энергию электронов пучка Яо,средний угол разлета Мо и дисперсиюпоперечных скоростей ЬЧ, а также знарфчения интенсивности 3") и частоты и")излучения, зондирующего РЭП.Ы)Измеряют частотный интервал (шгоев фщ), в котором интенсивность рассеянного на РЭГ излучения составляеТне менее 10 от максимальной, и выбирают в этом интервале частотуможностью перестройки частоты илисменный, вакуумную камеру 2 с окнами3, прозрачными для зондирования ирассеянных излучений, генератор 4РЭП, баллон 5 с нейтральным калибровочным газом, измеритель 6 интенсивности зондирующего излучения, установка 7 для определения параметров 1(Ч),многоканальный запоминающий осциллограф 8.Устройство работает следующим об 10разом.С помощью лазера 1 производит зондирование РЭП, при этом синхроимпульсот лазера 1, соответствующий началузондирования, одновременно подают на, 15запуск установки 7 и временной развертки осциллографа 8, Регистрируютна осциллографе 8 сигнал от измерителя 6, соответствующий значению 3 ) исигналы с установки 7, соответствующие значениям параметров, необходимыхя расчета Е 1 Ч), а также значениюЭе) (для 1-го канала установки 7),соответствующего частоте ы, , выбранной в пределах м- з,для25)2 ) Р)зондирования газа, При выборе ш)учитывают возможности источниказондирования, параметры калибровочного газа, характеристики оптических элементов и т.д. Диапазон рассеяния м-ыопределяют предва(2) (2)рительно. Найолняют камеру 2 газомдо фиксированного давления, соответствующего выбранному значению пя,меняют или перестраивают на выбранную частоту ш лазера 1, учитываяпри этом, что направленИе и сечениезондируюшего луча должны совпадатьс таковыми на первом этапе зондирования, расположение всех остальных эле Оментов устройства остается неизменным. Производят зондирование газа ирегистрируют сигналы, соответствующие.3". и 3,) таким же образом как и1на первоМ этапе зондирования. По определенным значениям параметров рассчитывают искомую величину пе,Способ обеспечивает воэможностьопределения локальных значений плотности электронов в РЭП одновременнос определением параметров распределе Ония электронов в пучке по направлениям и модулям скоростей,Сохранение основных достоинСтвфпрототипа - максимальновозможного временного и пространственного разрешения и возможности относительных измерений рассеянного излучения - обеспечивает приемную точность измерений искомого параметра,Предлагаемый способ позволит более полно исследовать сильноточные релятивистские электронные пучки.Формула изобретенияСпособ измерения плотности электронов в пучке, заключающийся в последовательном зондировании исследуемого пучка и нейтрального газа с известным сечением рассеяния и концентрацией потоком монохроматического электромагнитного излучения с сохранением геометрии рассеяния и определении отношений интенсивностей зондирующего и рассеянного излучений в зондируемых объектах, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения области применения способа эа счет воэможности исследования релятивистских электронных пучков, измеряют среднюю энергию электронов, пучка, их температуру, среднее значение угла разлета электронов к оси исследуемого пучка, дисперсию поперечной скорости электронов пучка, а, также частотный интервал спектра рассеяния на исследуемом электронном пучке, в котором интенсивность рассеянного излучения составляет не менее 10 максимальной интенсивности, зондирование газа осуществляют на частоте, лежащей внутри этого частотного интервала, а определение отношений интенсивностей излучений осуществляют в частотном интервале, включающем частоту )зондирования газа и принадлежащем ранее измеренному интервалу частот.Источники информации,принятыево внимание при экспертизе-г 1, Методы исследования плазмыПод ред. В.Лахте-Хольгревена, М.; ирн 1971, с. 372. 2. Там же, с. 399,. Фиг. ГСоставитель Е. ГроС.Пекарь Техред О,Неце . дант ктор С.йекмар Заказ нлиал ППП фПатентф, г.уагород, ул.Проектная 4 32/49 ВНИИ по 1130Тирав 843 ПодписноеГосударственного комитета СССРелам изобретений и открытийЙосква, Ж, Раушская наб., д.