Способ измерения распределения заряженных частиц в импульсном пучке

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ШПУЛЬСНОМ . ПУЧКЕ путем получения отпечатка пуч-; ка на мишени, отличающийся тем, что, с целью измерения распределения частиц пзгчка в продольном направлении, все частицы пучка Одновременно отклоняют на мишень,расположенную параллельно первоначальному направлению движения пучка, поперечным импульсным магнитным полем, однородным в области траекторий движения частиц пучка в этом поле. / ш 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (1 I) 1787 А (504601 Т 1 29

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗ06РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВ.{21) 3277599/18-25

{22) 14.04.81

{46) 07.11.88. Бюл. Р 41 (72) В.В.Закутин и А.М.Шендерович (53) 621.387.424 (088.8) (56) Nirris Н.J., Hanst R.R. Picosecond Beam Monitors апй Date - Acqui-.

sion Sistern., ТЕБЕ Trans. Nucl. Sci.

NS-16, 1969 р. 927.

Акчурин 10.И., Репринцев Л.В., Сиротин В.Н. Индукционный датчик тока и смещения пучка для ПУЗ, вып. Вопросы атомной науки и техники., сер.

"ТФЭ", изд. ХФТИ, Харьков, 1979, вып. 1 (3) °

Мочешников Н.И. и др. Датчики тока и координат ускоренных электронных пучков субнаносекундного диапазона длительности —. в кн. "Вопросы атомной науки и техники", сер.".ТФЭ", изд. ХФТИ, Харьков; 1979, вып. 1(3), с. 75-78.

Мочешников Н.И., Репринцев Л;В.

Труды Второго Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. М., "Наука", 1972 ° т. 2, с. 79.

Абрамян Е.А. и др. Исследование интенсивных электронных пучков на ус:корителе РИУС-5. - в кн. "Труды Второго Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц", т. 1, изд.

"Наука", 1972, с. 101. (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В КЧПУЛЬСНОМ

ПУЧКЕ путем получения отпечатка пуч-. ка на мишени, о т л и ч а .ю щ и йс я тем, что, с целью измерения распределения частиц пучка в продольном направлении, все частицы пучка, одновременно отклоняют на мишень,рас-положенную параллельно первоначальному направлению движения пучка, поперечным импульсным магнитйым полем, однородным в области траекторий движения частиц пучка в этом поле.

1 001787 2

Предлагаемое изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для измерения распределения заряженных частиц в импульсном пучке.

Известны способы измерения распределения заряженных частиц в импульсном пучке в продольном направлении, основанные на измерении распределения тока пучка во времени цилиндров

Фарадея, магнитоиндукционными датчиками, датчиками противотоков" и по синхротронному излучению пучка в магнитном поле. Недостатком первых трех )5 способов является трудность осуществления измерений при субнаносекундной длительностп импульса тока пучка изза паразитных индуктивностей и емкостей измерительных цепей. Трудности 20 применения этих способов особенно существенны при измерениях одиночных (не повторяющихся)-импульсов,так как в этом случае невозможно исполь.эовать стробоскопический метод изме- 25 рения. Недостатком метода противотоков" является, кроме того, большая погрешность измерений при нерелятивистских энергиях частиц пучка, Недостатками четвертого способа являются ограниченный диапазон энергий частиц, при котором длина .волны синхротронного излучения находится в области чувСтвительности фотокатодов, и сложность измерительной аппаратуры.

Таким способом невозможно, налример измерять распределение частиц с энергией менее 10-20 МэВ.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ 40 измерения распределения заряженных частиц в импульсном пучке путем получения отпечатка пучка на мишени и дальнейшей обработки следа пучка.

Недостатком такого способа является получение информации только о распределении частиц пучка в его поперечном сечении.

Целью предлагаемого изобретения является измерение распределения частиц в.продольном направлении пучка.

Указанная цель достигается тем, что при способе измерения распределения заряженных частиц, в импульсном пучке путем получения отпечатка пучка на мишени все частицы пучка одновременно отклоняют на мыпень, расположенную параллельно первоначальному направлению движения пучка, попереч(4) ным импульсным магнитным полем, однородным н области траекторий движения частиц пучка в этом поле.

Предлагаемый способ измерения распределения заряженных частиц в импульсном пучке иллюстрируется примером, приведенным на чертеже. Здесь импульсный пучок 1 заряженных частиц. например электронов, первоначально движется в направлении оси X. Поперечным импульсным магнитным полем Н

2 воздействуют на пучок одновременно по всей области 2, занимаемой пучком

l и траекториями 3 движения всех частиц пучка до мишени 4 под действием этого поля Н . Во всей области 2 магнитное поле Н должно иметь одинаковую величину. Под действием такого магнитного поля пучок, как целое, параллельно переносится на мишень, например фотопленку, и оставляет на ней отпечаток 5. Распределение плотности засветки фотопленки соответствует распределению частиц в пучке в продольном направлении. В качестве мишени можно использовать, например фотопленку, стекло .или другой материал, чувствительный к облучению.

Дпя определения величины и размеров требуемой области однородности магнитного поля Н рассмотрим движения частиц пучка в этом поле. Из уравнения движения

dP е г— — — VH) (I)

dt c в рассматриваемых условиях (Ч = О, Н„ = Н = О) легко получить следуюх щие выражения для координат х, у частицы, которая в момент времени t

О находилась в точке х = у = О и имела начальную скорость Ч, направленную вдоль оси х с 1

Г ес г 1 х = V cos — — ) Н (t )dtJdt о о о з™ I .-=--- > «t ) «3

Ф о о (2) где е — заряд электрона; с — скорость света; E — энергия частицы. Рассмотрим, например магнитное поле, нарастающее во времени по закону

Н = Н (3) о

Тогда, ограничиваясь наиболее интересным для практики случаем уых, ПолpiHMНо беЗЧоу

r cx3

1001 787 (5) Со ставит ель

Редактор Н.Сильнягина Техред М.Моргентал, Корректор Л.Пилипенко

Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Заказ 5571

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 где- g — энергия электрона в единицах

mc r — классический радиус электе рона (г = 2,8 10 см). Например при = 3, у = 2 см, х = 40 см получим

Но <е

2 5 10 Э/с.. ф

Отсюда видно, что практическая р еализ ация предлагаемого способа является вполне реальной. Для отклонения пучка электронов с энергией 1 МзВ на 2 см на длине 40 см на мишень достаточно иметь, например иьшульсное поперечное магнитное поле 1000 Э, нарастающее за 40 нс, что легко осуществимо. Переписывая формулу (4) в виде

Е О легко видеть, что длина Х слабо зависит от энергии частицы. Поэтому небольшая немоноэнергетичность пучка не приведет к заметным погрешностям в определении продольного распределения частиц. Например, при разбросе энергии частиц в пучке 5Х, который в ускорительной технике считается до5 вольно значительным, разброс длин траекторий Х, как видно из (5), сос-. тавляет 1,7Х. При длительности импульса 1 нс это приведет к погрешности в определении положения частиц

)примерно 2% от полной длины пучка, т.е. погрешность в измерении продольного распределения частиц пучка будет несущественна. Как видно из (5), те же соображения справедливы и для однородности магнитного поля Н, так как g и Н входят в формулу (5) в виде одной и той же степени 1/3.

Предлагаемое изобретение позволяет проводить измерения продольного распределения плотности частиц в пуч-9 -Л ках длительностью 10 -10 с, что соответствует продольным размерам пучка от 30 см до 3 мм.