Способ измерения распределения плотности заряженных частиц в пучке

СОЮЗ СОЕЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО,1)5 Н 05 Н 7/ дОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СУДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) С.Гете.,1.Мапп пБРБ Зшргочетпеп мерок, р 187, 30.03 81Гусак А,А, и др, Телевизионныйспособ определения параметров протонного пучка, препринт 85-52. Серпухов,1985(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ПУЧКЕ (57) Изобретение относится к области ускорительной техники. Способ измерения распределения плотности заряженных частиц. осуществляется следующим образом: синхроимпульс (СИ) ускорителя, приходящий асинхронно с кадровым СИ телевизионной камеры и предназначенный для подготовки измери тельной аппаратуры, используют для выделения последнего кадрового СИ перед выводом пучка. В момент прихода последнего кадрового СИ осуществляют гашение электронного пучка видикона (В), Выводимый пучок облучает люминесцентный экран, который под действием заряженных частиц светится на протяжении всего времени вывода пучка свыв, а также еще некоторое время С после прекращения вывода пука, что связано с послесвечением люминофора. Изображение пучка с экрана проецируют на мишень В, Так как луч В блокирован, то весь свет, собираемый с люминесцентного экрана, участвует в образовании потенциального рельефа на мишени В. Время гашения с,аы В, а значит и. время накопления информации устанавливают из выражения с ш ъ ь + +л- "вые юм ииэ где- время инерционности В. Измеряют профиль пучка, после стирания остаточного изображения производят повторное гашение луча В на такое же число кадров, измеряют фон в обоих случаях и вычитают из первого измерения второе, Способ имеет высокую точность измерения. 8 ип.Изобретение относится к ускорительной технике и может быть исполь" ковано для измерения параметров заряженных частиц.511 елью изобретения является повышение точности измерения распределения плотности заряженных частиц в пучке.На Фиг.1 приведена структурная ,схема устройства для осуществления 1 О предложенного способа; на фиг,2- Ьременные диаграммы работы устройст" йа; на Фи.З - мишень видикона; на : фиг,4 - потенциальный рельеф мишени, вертикальное сечение; на фиг.5 - то же, луч находится в конце кадра; на фиг.6-8 " временные зависимости.выходного сигнала.Устройство содержит телевизионную камеру 1, изготовленную на видиконе 2 с мишенью 3, синхроблок 4, аналогоцифровой преобразователь 5 с опера- тийной памятью, регулируемый блок гашения 6, выполненный на основе цифро, вого счетчика, блок выделения послед него кадрового синхроиипульса 7 перед выводом пучка, выполнениый на основе схемы цифровой задержки 8, ЕБ-триггер 9 и схемы совпадения 10, люмипесцентный экран 11, объектив 12 телевизионной камеры. Выходы кадровых и строчных синхроимпульсов со схемы синхрогенератора телевизионной каме-. ры соединены с входами сиихроблока, выход сиыхроблока подключен к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выход с видеоусилителя телевизионной камеры подключен к аналоговому входу АЦП, выход схемы кадровых импульсов синхрогенератора теЛевизионной камеры соединен с нхо 4) дом 13 схемы совпадения 10 и тактовым входом регулируемого блока гашения 6, вход 14 схемы цифровой задержки 8 подключен к шине синхроимпульса уско"рителя, выход 15 схемы совпадения 1045 соединен с запускающим вуодом регулируемого блока гашения и К-входом ЕБ- триггера, выход схемы цифровой задержки соединен с Б-входом КБ"триггера, выход ВБ-триггера соединец с вхо" 50 дом схемы совпадения, выход регулируемого блока гашения 6 подключен к входу схемы Формирования гасящих импульсов телевизионной камеры, Все блоки через управляемые входы подклю" 55 чены к каналу каркаса и ЗВМ.Данный способ поясняется временными диаграммами, представленными иа Фиг.2, где 16 - кадровые синхроимпульсы Т 7-камеры, 17 - синхроимпульсускорителя, 18 " импульсы гашенияэлектронного луча видикона, 19 время вывода пучка, 20 - время свечения люминесцентного экрана, 21время образования потенциальногорельефа на мишени видикона, 22 " кадры оцифровки видеосигнала; 1 - измерения профиля пучка, П - измерениятепловых токов видикона (фона).Способ осуществляется следующимобразом. Синхроимпульс 17 ускорителя, приходящий асинхронно с кадровымсинхроимпульсом 16 телевизионнойкамеры 1 и предназначенный для подготовки измерительной аппаратуры, используют для выделения последнегокадрового синхроимпульса перед выводом пучка. В момент прихода последнего кадрового синхроимпульса 16 осуществляют гашение 18 электронногопучка видикона 2, Выводимый пучок 19облучает люминесцентный экран 11, который под действием заряженных частицсветится на протяжении всего временивывода пучка 28,8, а также еще некото"лрое время ,юм после прекращения вы"вода пучка, что связано с послесвечением люминофора. Иэображение пучкас экрана 11 проецируют при помощиобъектива 12 на мишень 3 нидикона 2.Так как луч видикона 2 блокирован,то весь свет, собираемый с люминесцентиого экрана 11, участвует н образовании потенциального рельефа 21 намишени 3 видикона 2,Время гашения видикона, а эначйти время накопления информации устанавливают, иСходя иэ времени выводапучка, времени послесвечения люминоФора экрана и инерционности видиконауЩ Г л"гаиш - " оые +ьюм+ин сфПричем время гашения 18 луча видикона 2 выбирают таким, чтобы на немукладывалось целое число.телевизионных кадров. Плотность распределениязаряженных частиц в пучке, или длякраткости профиль пучка, измеряютв первом кадре после гашения посред"ством оцифровки видеосигнала 22. Затеи после стирания остаточного изображейия профиля пучка на мишени 3 видикона 2 производят повторное гашение 18 луча видикона на такое же число кадров. На мишени 3 видикона 2 обраэовывается потенциальный рельеф 21 из-эа темновых токов видикона2, По окончании гашения производят измерение фона,затем иэ первого из,мерения вычитают второе.Необходимость гашения луча видико 5 на с приходом последнего кадровогосинхроимпульса вызвана тем, что вслучае гашения луча видикона в любой другой момент времени, в том числеи с началом вывода пучка, который 10 цесинхронизирован с кадровым синхроимпульсом, на мишени видикона остает, ся неоднородность потенциального ,рельефа, Сказанное выше иллюстрируется на фиг,3-5. На фиг.3 схематически 15 изображена мишень видикона, строки расположены горизонтально. На фиг.4 представлено вертикальное сечение потенциального рельефа мишени видикона для момента времени, когда электронный луч нидикона находится в начале кадра 23,а на Фиг.5 представлено аналогичное сечение для момента времени, . когда луч находится в конце кадра 24.Неоднородность сечения потенциального 25рельефа мишени видикона в видесту"пеньки вызвана темновыми токами нидикоца, накапливаемыми эа время одного кадра.Если предположить, что вывод пуч- "ка пришелся ца момент времени начала кадра 23 и сразу же прерывать ход луча и произнести его гашение, то на мишени останется потенциальный рельеф, представленный на фиг,4. Поверх него за время накопления наложится изображение профиля пучка, что приведет к искажению пространственной Формы пучка на величину ступеньки , так как при измерении профиля пучка развертка луча видикона начинается с40ачала кадра.Величина "ступеньки" на потенциальном рельефе мишени видикоца ЛИ с напряжением на сигнаьной пластине 0= 13 В составляет 0,04 В. Учет неточности от "ступеньки" при изме" ряеом с ТЧ-камеры сигнала в 1 В приводит к улучшению точности на 47.Поэт,му чтобы избежать неточности в измерении профиля пучка, связанной 50 с введением гашения, необходимо начинать гашение луча видикона синхронно с кадровым импульсом. Начало гашения с последним кадровым синхроимпульсом перед выводом пучка - это 55 оптимальный выбор с точки зрения на копления потенциального рельефа .за счет темповых токов видикона но время гашения. Рассмотрим пример реалцзапц способа.Проведем облучение люминесцецтцого экрана иэ А 10,Сг с временем послесвечения =30 мс, пучком протоновдлительностью 5 мс. Для измерений использовалась телевизионная камера КТПс видикоцом ЛИи напряжением на сигнальной пластице 0= 13 В. Измерялся выходной сигнал с ТЧ-камеры для одной из точек в центре пучка в зависимости от нремецн гашения луча видикона. Луч видикоца гасцлся в момент прихода последнего кадрового сицхроимпульса перед выводом пучка. На Фиг,6 представлена занисимость величины выходного сигнала от времени гашения луча видикоца. Из приведенного графика видно, что введение режима накопления приводит к увеличению выходного сигнала с нидикоца, Например. сигнал после пеРного кадра накопления составлял 06 з В, а после 5 кадров - 1,18 В, Это объясяется тем, что весь собираемый свет от послесвечения люминесцецтного экрана участвует в образовании сигнала с видикоца и время гашения, кроме того, учитывает инерционность видикона, которое для ЛИсоставляет 3 кадра (60 мс); Вычисляем время гашения лу" ча видикоца. с 5 + 30 + 60 = 95 мс. В данном случае время гашения для измерений следует выбирать ранцым 100 мс что соответствует 5 кадрам. Устанавливать для измерений время, большее 100 мс, це следует, так как увеличение сигнала в этом случае происходит исключительно за счет темновых токов видикоца. Пелое чис" ло кадров гашения выбирается также с той целью, чтобы произнести измерение фона в тех же условиях, что и измерение лучка.На Фиг.7 представлена величина выходного сигнала с видикоца ЛИпри У=13 В в отсутствии пучка в зависимости от времени накопления. Иэ графика видно, что через 100 мс вклад темноных токов составляет 0,20 В.Поэтому иэ измеренного профиля пучка вычитают фоц, вызванный темновыми, что значительно улучшает точность измерения.Результаты вычитания для одной из точек в центре изображения пучка представлены ца Фиг.8, Иэ приведен"5 14 ного графика видно что в результатеиспользования режийа гашения в тече-; ние 5 кадров н применения вычитания фона достигаегся улучшение точности измерения примерно на 407,. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 36649прихода последнего кадровогО синхроимпульса перед выводом пучка, геше" ние луча видикона осуществляют на целое число кадров, при этом суммарнуюдлительность гашения устанавливают равнойСпособ измерения распределения плотности заряженных частиц в пучке, включающий облучение люмииесцентного экрана пучком заряженных частиц, проецирование изображения намишень видикона, измерение профиля пучка посредством оцифровки видеосигнала в следующем телевизионном кадре после начала вывода пучка, о т л и ч а ющ и Й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнитель" но производят операцию гашения электронного луча видикона причем момент начала гашения совмещают с моментом гаш выв + "июм+иы егде С, ц - время гашения видикона, с;лс,вв - время вывода пучка, с;вам - послесвечение люминофора,с,ид - время инерционности видикона, с,по окончании гашения измеряют профильпучка, затем после стирания остаточного изображения на мишени видиконапроизводят повторное гашение луча видикона на такое же число кадров, но о в отсутствии пучка, и по окончании повторного гашения измеряют фон, обусловленный темновыми токами видикона ивычитают из первого измерения второе.