Ионизационный датчик распределения плотности пучка заряженных частиц по поперечному сечению

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄS0ÄÄ 4 2521 A i

159 4 Н 05 Н 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4157014/24-21 (22) 08.12.86 (46) 28 . 02 . 89 . Бюл. Р 8 (72) В.Г. Михайлов, В.А. Резвов, В.И. Скляренко и Л.И. Юдин (53) 621 .384,6(088,8) (56) Михайлов В.Г. и др. Высокочувст. вительный профилометр для тяжелоионного синхротрона.

Труды IX Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц.

Т. 1, Дубна, 1 985, с. 83.

Авторское свидетельство СССР

У 1392645, кл. Н 05 7/00, С 01 Т 4/29. (54) ИОНИЗАЦИОННЫИ ДАТЧИК РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ

ЧАСТИЦ HO П9ПЕРЕЧНОМУ СЕЧЕНИЮ (57) Изобретение может быть использовано на ускорителях различных типов для измерения поперечного распределения в пучках заряженных частиц. Ионизационный датчик (ИД) распределения плотности пучка заряженных частиц по поперечному сечению содержит анализирующий конденсатор 8, электроды (Э) которого о ориентированы под углом 45 к оси извлекающего конденсатора 2 и во входном Э которого имеется пролетная щель 11, соосная сквозной щели

1О извлекающего Э, двухкоординатный позиционно-чувствительный коллектор

6, расположенный на внутренней поверхности входного Э анализирующего. конденсатора 8, отражательный

ЭЗ. Расстояния между всеми Э находятся в математической зависимости, приведенной в описании изобретения.

ИД имеет повышенные быстродействия и помехозащищенность . 1 ил;

1462521

Изобретение относится к технике физического эксперимента, в частности к ускорительной технике и может быть использовано на ускорителях различных типов для измерения

5 поперечного распределения в пучках заряженных частиц.

Целью изобретения является повышение быстродействия и помехозащищенности.

На чертеже приведена схема предлагаемого датчика.

На чертеже обозначены исследуемый пучок 1; извлекающий конденса- 15 тор 2 с отражательным 3 и извле. кающим 4 электродами, соединенными

, с разными полюсами источника 5 по стоянного напряжения, двухкоорди; натный позиционно-чувствительный, 20 ( например матричный. коллектор б со° ф, единенный с извлекающим конденса: тором через резистивный делитель на пряжения 9. Извлекающий электрод 4 выполнен со щелью, перпендикулярной 25 оси извлекающего конденсатора. Анализирующий конденсатор 8 помещен за извлекающим электродом 4 так, чтобы его электрическое поле было направлено перпендикулярно щели 10 из- 30 влекающего электрода 4 и под углом е

45 к оси извлекающего конденсатора

2:! В содная пластина анализирующего койденсатора 8 снабжена щелью 11, соосной щели I 0 извлекающего электро- 35 да: 4. Позиционно-чувствительный коллектор б помещен на внутренней стороне входной пластины анализирующего конденсатора. 8.

© Датчик работает следующим обра- 40 зом, оИсследуемый пучок 1 ионизирует остаточный газ тракта транспортировки пучка . Электрическим полем извлекающего конденсатора 2, образованного отражательным 3 и извлекающим 4 электродами, соединенными с разными полюсами источника 5 постоян-! ного напряжения ионизационные часЭ. тицы, например электроны параллель) Э

50 но переносятся на плоскость извлекающего электрода 4. Электроны, попавшие в щель l 0 извлекающего электрода 4, образуют ленточный пучок,, пространственное распределение в котором в направлении вдоль щели 10 соответствует распределению плотности исследуемого пучка I в этом направлении. Поскольку в однородном имеем

V я и

Условия попадания

L коллектор:

V t = О, at электрона на где t — время движения электрона в поле анализирующего конденсатора 8, а = еЕ» — ускорение час ицы в этом

111 поле . электрическом поле ионизационные электроны приобретают энергию, пропорциональную.пройденному расстоянию, то энергетическое распределение электронов в ленточном пучке соответствует распределению плотности исследуемого пучка в направлении извлечения. После прохождения щели 11 ленточный пучрк электрическим полем анализируемого конденсатора 8 направляется на двухкоординатный позиционно-чувствительный коллектор 6.

В случае,.когда электрическое поле анализирующего конденсатора 8 направлено под углом 45 к первоначальному направлению движения лен.точного пучка, расстояние У от щели

11 до места попадания ионизационного электрона на коллектор связано с расстоянием Х от места возникновения электрона до вытягивающего электрода

4 соотношением

Y = 2 Х, (I )

Е2 ! где Е и Е - напряженности извлекающего и анализирующего поля соответственно, Скорость, приобретенная электроном в извлекающем электрическом поле, V = Е X

m 7 где е,m — - заряд и масса извлекаемой частицы.

Раскладывая скорость электрона на параллельную V è вертикальную

7 относительно плоскости анализирующего конденсатора 8 составляющие с учетом того, что

I о о I

sin 45 = cos 45 р 2

146252

Откуда

2V а

Расстояние

213 „П V

I>V 1 а а

2еЕ< ° m E — — Х = 2 — Х

m еЕ Е<

20

40 и максимальное удаление Z электрона от входной пластины анализирующего конденсатора 8

Z = —.— Х

1 Е

2 Е макс

15 г

В результате на коллекторе 6 формируется, двухкоординатное распределение ионизационных электронов, соответствующее распределению плотности исследуемого пучка 1 в попереч-. ном сечении плоскости, проведенной через щели 10 и 11 перпендикулярно извлекающему электроду 4. Масштаб распределения на коллекторе 6 в на- 25 правлении, перпендикулярном направлению извлечения, всегда равен 1:1, как в обычном профилометре. Масштаб в направлении извлечения определяется указанным выше отношением и 30 может; выбираться в зависимости от условий эксперимента. Так, при Е

= 2E масштаб распределения. на коллекторе 6 в направлении извлечения тоже Равен 1:1, т.е. 7 = Х. Время формирования распределения ионизационных частиц на коллекторе 6 соответствует времени их движения от места возникновения да места попадания на коллектор. При характерных размерах 1 00 мм и напряженности извлекающего поля 1 кв/см для ионной компоненты это время составляет

30-50.нс, для электронов 1,53 нс. Построение вшсоковольтных ге- 45 нераторов пилообразного напряженияс такими периодами повторения связано с весьма серьезными трудностями.

Применение изобретения обеспечивает высокую помехозащищенность дат- В0 чика, поскольку вторично-эмиссионные электроны, .возникающие на элементах конструкции датчика под действием рассеянных частиц исследуемого пучка, не могут попасть в коллектор 6, так как их энергия либо превьппает, либо меньше энергии электронов, возникающих в контролируемой области пространства. В то же время они не могут

4 попасть на тормозящую пластину анализирующегоо конденсатора 8, что исключает образование ложных вторично-эмиссионных потоков в этой пластине.

Соединение анализирующего конденсатора 8 с извлекающим конденсатором

2 через реэистивный делитель напряжения 9 обеспечивает постоянство

Е отношения независимо от величины

К питающего напряжения, Это означает, что масштаб распределения ионизационных частиц на коллекторе 6 не зависит от величины питающего напряжения, что значительно снижает требования к источнику постоянного напряжения.

Формула изобретения

Ионизационный датчик распределения плотности пучка заряженных частиц по поперечному сечению, содержащий извлекающий конденсатор, образованный отражательным и извлекающим электродами, подключенным к источнику постоянного напряжения, анализирующий конденсатор, расположенный за извлекающим электродом, и двухкоординатный позиционно-чувствительный коллектор, при этом в извлекающем электроде выполнена сквозная щель, ориентированная перпендикулярно продольной оси извлекающего конденсатора, отличающийся тем, что, с целью повьппения быстродействия и помехозащищенности датчика, анализирующий конденсатор гальванически соединен с извлекающим конденсатором через резистивный делитель, электроды анализирующего конденсатора ориентированы под углом о

45 к оси извлекающего конденсатора, во входном электроде анализирующего конденсатора выполнена пролетная щель, соосная пролетной щели извлекающего электрода, а коллектор размещен на внутренней поверхности входного электрода, при этом расстояние Y от центра этой щели до центра коллектора и поперечный размер Х области контролируемого пространства, а также расстояние Z между электродами анализирующего конденсатора и расстояние Х „, между отражательным и извлекающим электродами выбраны согласно следующим выражениям

1462521

Ym m2 — Х, Еь — — Х

Е! 1 E(° 2 Е мФкс р

2 деЕ,и

Корректор О. Кравцова

Заказ 739/58 Тираж 770 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,!О1

- напряженность,элек трического поля В между отражательньи и нзвСоставитель Е. Громов

Редактор Л. Веселовская Техред Л.Сердюкова лекающим электродами и электрического поля анализирующего конденсатора соответственно.