Устройство для измерения средней энергии сгруппированного пучка заряженных частиц

 

Изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых энергий и уменьшение габаритов устройства путем уменьшения пролетной базы, а также упрощение конструкции устройства, повышение чувствительности и расширение полосы пропускания. Устройство содержит канал пролета пучка частиц, два полевых первичных преобразователя, промежуточные преобразователи и блок сбора и обработки информации. Расширение диапазона измеряемых энергий и уменьшение габаритов устройства достигается выполнением полевых первичных преобразователей на основе электрооптических модуляторов бегущей и стоячей волн, введением источника оптического излучения и регулировкой угла ввода оптического излучения в модулятор бегущей волны, обеспечивающей изменение эффективной длины взаимодействия электромагнитного поля пучка частиц с оптическим излучением. Упрощение конструкции устройства, повышение чувствительности и расширение полосы пропускания достигается интегральным исполнением электрооптического модулятора бегущей и стоячей волн в виде волноводных оптических каналов и применением эффективных средств ввода электромагнитного поля в модулятор стоячей волны в виде радиальной, полосковой и конусной линий и эффективных средств ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны в виде коаксиальной и полосковой линий. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

СО1ОЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН (Я) 4 6 01 Т 1/29

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4394571/31-25 (22) 21.03.88 (46) 30,11,89,Бюл. М 44 (71) Московский инженерно-физический институт (72) B,Ô.Âèêóëoâ, И.В.Пищулин и Н.Г.Соловьев (53) 621.384.6 (088.8) (56) Москалев В.А., Сергеев Г.И., Жестаков В. Г, Измерение параметров пучков заряженных частиц. N.: Атомиздат, 1980, с.65-66, Ломизе A.Г., Рубцов Б.А., Шмидт А.В. Высокочастотные методы измерения параметров сгруппированного протонного пучка. Труды четвертоFo всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. N,: Наука, .1975, т.1, с.185-186. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕЙ ЭНЕРГИИ СГРУППИРОВАННОГО ПУЧКА

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретениярасширение диапазона измеряемых энергий и уменьшение габаритов. устройства путем уменьшения пролетной базы, а также упрощение конструкции устрой- ства, повышение чувствительности и расширение полосы пропускания. Устройство содержит канал пролета пучка

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к устройствам для измерения средней энергии сгруппированного пучка заряженных частиц.

„„SU,„, 1525754 . А1

2 частиц, два полевых первичных преобразоватепя, промежуточные преобразователи и блок сбора и обработки информации. Расширение диапазона измеряемых энергий и уменьшение габаритов устройства достигается выполнением полевых первичных преобразователей на основе электрооптических модуляторов бегущей и стоячей волн, введением источника оптического излучения и регулировкой угла ввода оптического излучения в::.адулятор бегу-. щей волны, обеспечивающей изменение эффективной длины взаимодействия электромагнитного поля пучка частиц с оптическим излучением, Упрощение конструкции устройства, повьппение чувствительности и расширение пало— сы пропускания достигается интегральным исполнением электрооптического модулятора бегущей и стоячей волн в виде волноводных оптических каналов и применением эффективных средств ввода электромагнитного поля в модулятор стоячей волны в виде радиаль- @ ной, полосковой и конусной линий и Ю эффективных средств ввода электромагнитного поля пучка в модулятор М бегущеи волны в виде коаксиальной и полосковой линий. 6 з.п.ф-лы, 4й

3 ип.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых энергий и уменьшение габаритов устройства путем уменьшения пролетной базы, а также упрощение конструкции устройства,"

1525754

35 повьапение чувствительности и расширение полосы пропускания устройства.

На фиг. l представлена структурная схема устройства на фиг.2 — фрагj э мент конструкции устройства; на . фиг.3 — - конструкция устройства, Устройство (фиг.l) включает в себя два полевых первичных преобразователя 1,2, установленных в канале

3 пролета пучка, два промежуточных преобразователя 4 и блок 5 сбора и обработки информации. Один из полевых первичных преобразователей 1 выполнен в виде блока 6 ввода оптического излучения,электрооптического модулятора 7 стоячей волны, блока 8 вывода оптического излучения, средства 9 ввода электромагнитного поля пучка в модулятор стоячей валны. Дру- 20 гой полевой первичный преобразователь 2 выполнен в виде блока 10 регулировки угла ввода оптического излучения электрооптического модулятора 11,-бегущей волны, блока 12 регу- 25 лировки узла вывода оптического излучения и средства 13 ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны. Источник 14 оптического излучения установлен вне канала 3 пролета пучка и соединен с блоком 6 ввода оптического излучения и блоком 10 регулировки угла ввода оптического излучения. Блок 8 вывода оптического излучения и блок 12 ре-! гулировки угла вывода оптического излучения соединены с входами проме/ жуточных преобразователей 4. Полевые первичные преобразователи 1,2 установлены внутри канала 3 пролета пуч- 40 ка вне пучка 15 заряженных частиц.

Длина 16 электрооптического модулятора ll бегущей волны удовлетворяет соотношению 1 (p (1, где p=

v — скорость частиц в учс ке; с — скорость света, 1„- длина сгустка сгруппированного пучка 15 заряженных частиц.

В устройстве электрооптический .модулятор 11 бегущей волны и электро" оптический модулятор 7 стоячей волны выполнены в виде волноводньгх оптических каналов 16 на поверхности .

-электрооптического кристалла 17.

В устройстве электрооптический модулятор стоячей волны выполнен в виде волноводного оптического канала 16

-в диэлектрическом основании 18 ради» алькой линии 19, включенной в разрыв канала 3 пролета пучка.

В устройстве электрооптический модулятор 7 стоячей волны выполнен в виде волноводного оптического канала 16 в диэлектрическом основании 18 конусной линии,.включенной в разрыв канала 3 пролета пучка.

В устройстве электрооптический модулятор 7 стоячей волны выполнен в виде волноводного оптического канапа

16 в диэлектрическом основании 18 полосковой линии, включенной в разрыв канала З,пролета, В устройстве средство ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны выполнено в виде коаксиальной структуры, образованной тонкостенным металлическим цилиндром 20 и стенками канала 3 пролета пучка.

В устройстве средство 13 ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны выполнено в виде полосковой линии, образованной стенками канала пролета и полосковым проводником.

Устройство работает следующим образом.

Пучок заряженных частиц 15, пролетая по каналу 3 пролета пучка, создает в области расположения пер--вичных преобразователей 1,2 электромагнитное поле. Средство 13 ввода

1 электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны и средство 9 ввода электромагнитного поля пучка в модулятор стоячей волны преобразуют электромагнитное поле пучка 15 заряженных частиц в электромагнитное поле в электрооптическом модуляторе 11 бегущей волны и электрооптическом модуляторе ? стоячей волны. Оптическое излучение,вводимое в электрооптический модулятор l l бегущей волны через блок 10 регулировки угла ввода оптического излучения и в электрооптнческий модулятор 7 стоячей волны через блок 6 ,ввода оптического излучения, модулируется электромагнитным полем, введенным в модуляторы. Промодулированное оптическое излучение через блок

12 регулировки угла вывода оптического излучения и блок 8 вывода опти- ческого излучения выводится в промежуточные преобразователи 4. Сигнал с выхода двух промежуточных преобразователей 4 передается в блок 5 сбора

1525754 6

5 и обработки информации, где производится измерение интенсивности промодулированного оптического излучения и определяются приведенная скорость и средняя энергия.

Оптическое излучение вводится в электрооптический модулятор ll бегу-, щей волны под определенным углом к

его оптической оси, параллальной 10 траектории пучка 15 заряженных частиц, с помощью блока 10 регулировки угла ввода оптического излучения. При этом изменяется эффективная длина взаимодействия оптического излучения в 15 электрооптическом модуляторе 11 бегущей волны с электромагнитным полем пучка 15 заряженных частиц, Блок 12 регулировки угла вывода оптического излучения обеспечивает вывод онтичес- 20 кого излучения по одному и тому же пути при различных углах ввода. Длина модулятора бегущей волны выбрана меньше приведенной длины сгустка сгруппированного пучка заряженных частиц для обеспечения динамических измерений. При выборе длины cTîÿчей волны 1, много меньшей длины модулятора бегущей волны ХБ, и при обеспечении равенства их чувствитель- 30 костей 8 и S приведенную скорость определяют из соотношения для интен-.. сивностей оптического излучения на вывыходе модулятора бегущей волны Д6 и на с

ы и 1 1„ () и с соя Ч а

40 где ы = 27 f, частота следования сгустков частиц; угол ввода оптического излучения в мо-45 дулятор бегущей волны; скорость света; показатель преломления электрооптического кристалла модулятора бегущей волны выходе модулятора стоячеи волны

° Г (d r и, l a 3.е1 яхт --- (-— --— - — — -!- 5 (с созц»

Злектрооптнческий модулятор 11 бегущей волны и электрооптический модулятор 7 стоячей волны выполнены s виде волноводных оптических каналов !6 на поверхности электрооптического . кристалла 17, обеспечивая верхнню граничную частоту полосы пропускания модулятора до 20 ГГц, соответствующую физическим ограничениям волноводного электро,.» тнческого модулятора. Для повышения чувствительности полевых первичных преобразователей 1 и 2 предложейы различные средства ввода электромагнитного ноля в модулятор. В частности, для электрооптического модулятора 7 стоячей волны предложено принять радиальные линии 19, полосковые и канусиые линии, включенные в разрыв канала 3 пролета пучка. При этом чувствительность полевого первичного преобразователя пропорциональна волновому сопротивлению линии и выбор величины волнового сопротивления радиальной линии 19, полосковой или конусной линии определяет чувствительность полевого первичного преобразователя 1. Для модулятора ll бегущей волны предложено применять коаксиальные и полосковые линии.

Суть предложения сводится к реализации полевых первичных преобразователей 1,2 на основе электрооптического модулятора 11 бегущей волны и электрооптического модулятора 7 стоячей волны, к введ нию источника

14 оптического излучения и регулировке угла ввода оптического излучения в электрооптическ Ж модулятор 11 бегу-, щей волны,обеспечивающей изменение эффективной длины взаимодействия электромагнитного поля пучка 15 заряженных частиц с оптическим излучением, интегральному исполнению электрооптического модулятора 11 бегущей волны и электрооптического модулятора 7 стоячей волны в виде волноводных оптических каналов 16 и к применению эффективных средств ввода электромагнитного поля в модулятор 7 стоячей волны в виде радиальной линии 19, полосковой и конусной линий и эффективных средств ввода электромагнитного поля пучка в модулятор 11 бегущей волны в виде коаксиальной и полосковой линий.

Устройство для измерения средней энергии сгруппированного пучка заряженных частиц обеспечивает возмож"., ть динамических измерений средней энергии в фиксированном сечении за счет существенного уменьшения пролет.—, иай базы. Пролетная база уменьшаетЫ изобретения

Формула

1,Устройство для измерения средней энергии сгруппированного пучка заряся по меньшей мере на порядок по срав-! нению с устройствами, осуществляющи, ми измерение средней энергии по

1 времяпролетной методике. Длина элект5 рооптического модулятора ll бегущей волны — меньше 10 м, в то время как расстояние между полевыми первичными преобразователями, определяющее продольный размер устройства,.производящего измерение по времяпролетной методике, составляет до 1 м. Введение в конструкцию устройства блока

10 регулировки угла ввода оптического излучения позволяет расширить диапазон измерения средней энергии, так как эффективная длина взаимодействия электромагнитного поля пучка с оптическим излучением может изменяться по меньшей мере на порядок. 2р

Устройство может реализоваться по интегральной технологии. Выбранные соотношения размеров и чувствительности полевых первичных преобразователей 1, 2 позволяют определить приведенную скорость по относительно простой формуле. Широкий выбор средств

I ввода электромагнитного поля пучка в вительность устройства, модуляторы позволяет изменять чувстЗО

При применении в электрооптическом ,модуляторе ll бегущей волны кристал:ла КДР (дигидрафосфат калия) с п =

1,5 и длиной 1 = 10 м при частоте . следования сгустков Г = 3 ГГц диапазон измерения приведенной энергии, составляет от 1,09 до, Наиболее эффективными являются измерения при

1,09 (1- «(5. При изменении с изменяется диапазон эффективчого измерения 40

Например, при p= 45 о «и

cos g — 2,12 и, следовательно, 0,13 (p «( (0,85.

Реализация изобретения позволяет получить следующие технико-экономические преимущества: повышение метрологических возможностей эксперимента, обеспечение динамических измерений средней энергии в фиксированном сечении, расширение диапазона измерения средней энергии путем регулировки ввода оптического излучения, создание серийноспособной конструкции устройства. женных частиц, содержащее канал пролета пучка, два полевых первичных преобразователя, два промежуточных преобразователя и блок сбора и обработки информации„ причем выходы первичных преобразователей соединены с входами промежуточных преобразователей, а выходы промежуточных преабразователей соединены с входом. блока сбора и обработки информации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения энергии и уменьшения габаритов устройства путем уменьшения длины пролетной базы, в устройство введен источник оптического излучения, один из полевых первичных преобразователей выполнен в виде блока ввода оптического излучения, электрооптического модулятора стоячей волны, блока вывода оптического излучения н средства ввода электромагнитного поля пучка в модулятор стоячей волны, а другой полевой первичный преобразователь выполнен в виде блока регулировки угла .ввода оптического излучения, электрооптического модулятора бегущей волны, блока регулировки вывода оптического излучения и средства ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны, причем источник

Оптического чзлучения соединен с блоками ввода оптического изл чения и регулировки угла ввода оптического . излучения, а длина 1 электрооптического модулятора бегущей волны удовлетворяет соотношению 1 < и 1.., где э = Б

V скорость частиц В пучке

1 — длина сгустка сгруппированного пучка частиц; с — скорость света.

2i Устройство по л,l О т л и ч а ю щ e e c я тем, что., - целью упрощения конструкции устройства, модуляторы бегущей и стоячей вольы выполнены B виде волноводных опгических каналов.

3. Устройство по п,j. о т л ич а и m е е с я тем, что, с целью повышения чувствительнос-.è, электрооптическнй модулятор стоячей волны выполнен в виде волноводного оптического канала в диэлектрическом основании радиальной линии, включенной в разрыв канала пролета пучка, 4 ° Устройство по п.l о т л и— ч а и щ е е с я тем, что, с целью

1525754 повышения чувствительности, электрооптический модулятор стоячей волны выполнен в виде волноводного оптического канала в конусной линии, включенной в разрыв канала пролета пучка.

5. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, электрооптический модулятрр стоячей волны выполнен в виде волноводного оптического канала в диэлектрическом основании полосковой линии, включенной в разрыв канала пролета пучка.

6. Устройство по п.l о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, . с целью повышения чувствительности и расширения полосы пропускания устройства, в канал пролета пучка введен тонкостенный металлический цилиндр, а средство ввода электромагнитного поля и чка в модулятор бегущей волны выполнено в видя коаксиальной структуры, образованной тонкостен": ным металлическим цилиндром и стенками канала пролета пучка.

7. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в канал пролета пучка введен полосковый проводник, а средство ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны выполнено в виде полос-. ковой линии, образованной стенкой канала пролета пучка и палосковым проводникома

1525754

Составитель Т.Горчакова

Редактор А.Маковская Техред Л.Олийнык

Корректор Т.Палий

Заказ 7232/47 Тираж 484 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

11 tt