Устройство для измерения поляризации импульсного пучка электронов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполЧ»зо-2. . ' .вано для измерения поляризации электронных пучков. Целью изобретения является увеличение чувствительности и помехоустойчивости устройства измерения импульсного пучка электронов пу тем измерения интенсивностей двух пучков, образованных при рассеянии измеряемого пучка на тонкой мишени на одинаковый угол в различных направлениях. В качестве детекторов рассеянных пучков использованы цилиндры Фарадея, расположенные в вакуумных камерах, отделенных от вакуумной камеры, где расположена мишень с тонкими фoльгaмИj в тех же вакуумных камерахпомещены коммутаторы, один электрод • каждого из них соединен с соответствующим цилиндром Фарадея, а другой с измерителем заряда, причем схема регистрации использует принцип формирования сигнала после окончания импульса тока пучка. Изобретение исключает действие электромагнитных наводок от источника и влияние ионов, образованных рентгеновским излучением пучка, 1 ил.(Лелсоа>&QD 4^

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОНИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (46) 07 ° 09.91. Вюл. Г 33 . (21) 4676317/25 (22) 11.04.89 (72) В.П. Ефимов, В.В. Закутин, В.П. Ромасько, Б.Г. Сафронов и А.М. Йендерович (53) 539.1 ° 9(088.8) (56) P.S. Cooper, H.J. Alguard et

al. Polarized Electron — Electron

Scattering at GeV Energies Phys Rev

Letters, ч. 34, I 25, 23 June, 1975, р. 1589-1592.

Н. Hopster, D.L. Abraham. New method for accurate calibration of an

electron — spin polarimeter Rev. Sei, Instrum ч. 59, Н 1, 1900, р. 49"51.

J. Van Klinken Donble Scattering

of electrons Nucl Phys, ч.75, р. 161 188, .1966.

Киммель Л.P., Машкович В.П. Защита от ионизирующих излучений. M. Атомиздат, 1972, с. 312. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИИ ИМПУЛЬСНОГО ПУЧКА ЭЛЕКТРОНОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использоИзобретение относится к ускорительной технике и может быть использо- . вано для измерения поляризации элект" ронных пучков.

Целью изобретения является увеличение чувствительности и помехоустойчивости измерений, . Сущность предложенив состоит в том, что в качестве детекторов рассеянных пучков испольэт>наны цилиндры

„„SU„„1596940 А 1

1 (51) 5 G 01 Т 1/32, G 01 Т 1/29

2, вано для измерения поляризации электронных пучков. Целью изобретения является увеличение чувствительности и помехоустойчивости устройства измерения импульсного пучка электронов пу тем измерения интенсивностей двух пучков, образованных при рассеянии йэмеряемого пучка на тонкой мишени на одинаковый угол в различных направлениях. В качестве детекторов рассеянных пучков использованы цилиндры фарадея, расположенные в вакуумных камерах, отделенных от вакуумной камеры, где расположена мишень с тонкими фольгами, в тех же вакуумных камерах . помещены коммутаторы, один электрод . каждого из них соединен с соответствующим цилиндром фарадея, а другой с измерителем заряда, причем схема регистрации использует принцип формирования сигнала после окончания импульса тока пучка. Изобретение исключает действие электромагнитных наводок от источника и влияние ионов, образованных рентгеновским излучением пучка. 1 ил. фарадея, расположенные в вакуумных

"камерах, отделенных от вакуумной ка" меры, в которой расположена мишень, фольгами .такой толщины, чтобы поглощенная в каждой из них часть заряда измеряемого пучка, отнесенная к его полному, заряду была меньше требуемой относительной погрешности измерений, в тех же вакуумных камерах помещены коммутаторы, один электрол

1596940 каждого иэ них соединен с соответст» вующим цилиндром Фарадея, а другой о с измерителем заряда.

На фиг. дана схема предлагаемого устройства, Здесь необходимо измерить степень поляризации электронного пучка 1, образованного при рассеянии импульсного интенсивного электронноГо пучка 1О

2 на тонком рассеивателе иэ вещества с большим атомным номером - мишени 3.

Пучок 2 эмиттируется из катода 4, на который от импульсного генератора 5 подается импульс высокого напряжения отрицательной полярности.

Предлагаемое устройство состоит из мишени 6, цилиндров Фарадея 7 и 8, поглощающих пучки. 9 и 1О, образован" ные при рассеянии измеряемого пучка 1 20 на мишени 6, и коммутаторов 11 и 12,,которые расположены в вакуумных камерах 13 и 14, геометрически отделенных от основной вакуумной камеры 15 (где расположен рассеиватель-мишень 3), . Z5 фольгами 16 и 17. Один из электродов каждого из коммутаторов (соответственно I8 и 19) соединен с соответствующим цилиндром Фарадея, а другой (соответственно 20 и 21) — с измерителем заряда (соответственно 22 и 23)

Способ измерения поляризации с помощью этого устройства состоит в том, что пучки 9 и,10, образованные при рассеянии на мишени б измеряемого. пучка 1 на одинаковый угол в различных направлениях на цилиндры Фарадея .7 и 8, а электронный заряд с цилинд" ров Фарадея через коммутаторы 11, 12 подают на измерители заряда 22 и 23 после окончания импульса тока пучка 2 и связанных с ним переходных процессов.

Процесс измерения с помощью предлагаемого устройства на основе предлагаемого способа происходит следующим образом. Измеряемый пучок электронов 1 направляют на мишень 6. Образованные при его рассеянии на один и тот же угол в различных направлениях пучки 9 и 10, пройдя через фольги !

6 и 17 поступают на цилиндры Фарадея

7 и 8 и поглощаются в них. Часть эа" ряда пучков при этом поглощается в фольгах. Если полный заряд в импульсе пучка равен q, а в фольге поглощает» 5 ся заряд Дц, то на измерительный эле.ктрод попадает заряд а = q, — 4 q. Если требуемая точность измерении равна то, очевидно, толщина фольги х, р должна быть выбрана из условия бЯ (1)

q0

Пос коль ку поглощение заряда в фольге.происходит, как известйо, по закону

P/ Jt (2) где р " линейный коэффициент поглощения м -, зависящий от материала фольги и энергии частиц, то из (1) и (2) е " Р, . (3) так как обычно Р ((1, то отсюда получим слсдующее условие для толщины фольги Х:

Ф х<--- (4)

Если полный заряд в импульсе тока пучка 9 равен q „, а пучка 10 - q то У напряжения, возйикающие на цилиндрах фарадея 7 и 8 при поглощении ими- пучков, соответственно равны

1! 2

С С

2 где С, - емкость цилиндра Фарадея 7 и электрода 18 коммутатора -11, по отношению к корпусу вакуумной камеры 13, а С2 - емкость цилиндра Фарадея 8 и электрода 19 коммутатора 12 по отношению к корпусу вакуумной камеры 14.

Практически можно выбрать такие условия, чтобы С, = С2.. Тогда

После окончания импульса то 2 ка пучка и связанных с ним переходных процессов срабатывают коммутаторы 11 и 12 и импульсы напряжения с цилиндров фарадея поступают на соответствующие измерители 22 и 23. В качестве таких измерителей могут быть ис-. пользованы, например, эмиттерные по- вторители, с,выходов которых сигналы подаются на осциллограф. Измеряя амплитуды.импульсов напряжения на экране осциллограФов, можно с помощью форму-, Лй (5) найти заряды q и q 2, а по их значениям определить степейь поляризации измеряемого пучка 1. В качестве измерителей 22, 23 нв обязательно ис" пользовать системы с эмиттерными. по вторителями и осциллографами. Для этой цели могут быть использованы, например, импульсные вольтметры. кэ 9 в импульсе, превышающий 1,6 >

r10- K», Если в качестве мишени 6 используется фольга из золота толщиной

0,1 микрона, то при телесном угле цилиндра Фарадея 7, равном 0,1 стера" диана, такой заряд в пучке 9, образованный при рассеянии пучка 1 íà l20, соответствует заряду пучка 10 -f Кл, Это означает, что имеется воэможность измерять поляризацию электронного пучка с импульсным током 0,2 мА с длительностью импульса 0 5 мкс, Проведенные измерения также показали, что если в тех же условиях не применять указанных выше мер, а именно не герметизировать объем 13 относительно объема 15 и не вводить временной задержки передачи сигнала на измеритель заряда 22, не испольэовать коммутатор 11 (а прямо соединять цилиндр Фарадея 7 с измерителем заряда 22), то уровень помех возрастает в 200 раз и достигает 0,2 В. Это связано с тем, что плазма, образованная сильноточным пучком 2, разряжает цилиндр Фарадея 7, ь рентгеновское излучение пучка 2 ионизирует воздух вблизи эмиттерного по" вторителя и образовавшиеся при этом, 30 ионы, попадая на его вход, изменяют

55

5 l59

Благодаря тому, что коммутаторы

1l, 12 срабатывают после окончания переходных процессов в импульсном генераторе 5, при использовании нашего предложения практически полностьЮ исключаются электромагнитные наводки на элементы схемы (в рассмотренном выше примере - на эмиттерный повторитель, осциллограф; передающий кабель) . По той же причине исключается действие ионов, образованных рентгеновским тормозным излучением пучка 2, на расположенные в воздухе . элементы схемы. Укаэанные переходные процессы полностью заканчиваются, как известно, через несколько миллисекунд после окончания импульса тока пучка. Благодаря наличию фольг, 16 и 17 исключается попадание на цйлиндры Фарадея 7 и 8 ионов, образованных интенсивным пучком 2 (которые йогли бы разряжать емкости С, и С, ). 8 результате удается получить высокую помехоустойчивость, а следовательно и высокую чувствительность измерений.

Были проведены измерения, которые подтвердили высокую помехоустойчивост и чувствительность предлагаемого способа и устройства. В этих измерениях пучок 2 с энергией электронов 100 кэВ импульсным током 1000 А, длительностью импульса 0,5 мкс создавался с помощью электронной пушки со взрывным катодом Ч, питаемой от высоковольтно"

ro импульсного генератора 5 с ампли тудой импульса 100 кв. Измерения помех производились с одним каналом (цилиндр Фарадея 7, коммутатор 11, измеритель заряда 22), причем, вместо фольги 16 использовалась толстая пластинка, не пропускающая пучок 9. Цилиндр Фарадея 7 представлял собой пластину площадью 3 см2, имеющую емкость на корпус 10 пФ, Коммутатор 11 представляет собой геркон типа 1 ЭИ-3, управляемый магнитным полем. В каче- . стве измерителя 22 использовался эмиттерный повторитель, сигнал с выхода которого подавался на осцилло" граф с помощью согласованного на конце коаксиального кабеля; Суммарная емкость на корпус измерительного электрода, коммутатора и входа эмит.терного повторителя составляла 16 пФ.

Проведенные измерения показали, что . амплитуда наблюдаемого на осциллогра" фе сигнала помех составляет 1 мВ.

Это означает, что в рассмотренных yc « ловиях может быть измерен заряд пуч69/i 0 6 амплитуду импульса, Кроме того, рабо" та элементов измерительной схемы происходит во время работы высоковольтного импульсного генератора 5, д5 дающего высокий уровень помех.

Предлагаемое устройство обладает преимуществами, обеспечивая более высокую помехоустойчивость и чувствительность. Это связано с описанными

40 выше мерами по повышению помехоустойчивости: использование фольг, отделяющих вакуумные камеры с цилиндрами

Фарадея от вакуумной камеры, в которой находится мишень, исключает попа" дание на цилиндры Фарадея ионов; применение расположенных в вакууме коммутаторов, срабатывающих после окончания импульса тока пучка и связанных с ним переходных процессов, исключает действие электромагнитных наводок от источника пучка и влияние ионов, образованных рентгеновским излучением пучка. В прототипе действие всех указанных Факторов существенно снижает помехоустойчивость, а следовательно, и чувствительность измерений.

Формула и зобре т ения

Устройстводля измерения полярис зации импульсного пучка э»ектронов, 159694И

Составитель 6. Рахманов

Техред М.Дидык Корректор Д,Патай

° Ьее ееейае4а

Тираж Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Редактор . Н, Коляда

Заказ 3724

ВНИИПИ Государственного

113035, Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 содержащее два детектора для измерения интенсивности двух пучков, образованных при рассеянии измеряемого пучка на тонкой -мишени на.одинаковый

t угол в различимых направлениях, о т

5 л и ч а ю ц е е с я тем,что,с целью увеличения чувствительности.и помехоустойчивости измерений в качестве детекторов рассеянных йучкав исполь- 10 зованы цилиндры Фарадея, расположенные в вакуумных камерах, отделенных от вакуумной камеры, в которой расположена мишень, фольгами такой тол" щины, чтобы поглощенная в каждой из них часть заряда измеряемого пучка, отнесенная к его полному заряду, была меньше требуемой от » носительной погрешности измерений, в тех же вакуумных камерах помещены коммутаторы, один электрод каЖдого из них соединен с соответствующим цилиндром Фарадея, а другой - с из-. ,мерителем заряда.