Способ измерения плотности заполнения орбиты кольцевого ускорителя сгустками заряженных частиц и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при оптимизации процесса захвата пучка в режим ускорения, а также при осуществлении сепарации отдельных микросгустков ускоряемого пучка или его отдельных малоинтенсивных вторичных компонент. Цель изобретения - повышение точности измерений и объема получаемой информации - достигается путем обеспечения возможности одновременного определения взвешенной за выбранное число циклов ускорения плотности распределения тока пучка по азимуту равновесной орбиты. Для этого при каждом цикле ускорения синхронно с моментом начала посадки пучка инжектора на равновесную орбиту синхротрона формируют последовательность опорных импульсных сигналов с периодом их следования, равным текущей величине M-го периода, где M=1,2..., обращения равновесной частицы в кольце ускорителя. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 05 Н 13 00 с, : \

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4267066/24-21 (22) 22.06.87 (46) 15.12.90. Бюл. № 46 (72) Л. С. Хуршудян (53) 621.384.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1268085, кл. Н 05 Н 7/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР № 680599, кл. H 05 Н 11/00, 1981. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЗАПОЛНЕНИЯ ОРБИТЫ КОЛЬЦЕВОГО УСКОРИТЕЛЯ СГУСТКАМИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при оптимизации процесса захвата пучка в режим ускорения, а также при осуществлении сеИзобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при оптимизации процесса захвата пучка в режим ускорения, а также при осуществлении сепарации отдельных микросгустков ускоряемого пучка или его отдельных малоинтенсивных вторичных компонент.

Цель изобретения — повышение точности измерений и объема получаемой информации за счет обеспечения возможности одновременного определения взвешенной за выбранное число циклов ускорения плотности распределения тока пучка по азимуту равновесной орбиты.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 — функциональная схема блока компенсации временной задержки сигнала кольцевого опроса; на фиг. 3 — блок-схема измерения дифференциального распределения маркированных отсчетов временных интервалов, сортируемых в одном из частичных

„Л0„, 1614144 А 1 парации отдельных микросгустков ускоряемого пучка или его отдельных малоинтенсивных вторичных компонент. Цель изобретения — повышение точности измерений и объема получаемой информации — достигается путем обеспечения возможности одновременного определения взвешенной за выбранное число циклов ускорения плотности распределения тока пучка по азимуту равновесной орбиты. Для этого при каждом цикле ускорения синхронно с моментом начала посадки пучка инжектора на равновесную орбиту синхротрона формируют последовательность опорных импульсных сигналов с периодом их следования, равным текущей величине m-го периода (где т=1, 2...) обращения равновесной частицы в кольце ускорителя. 2 с. п. ф-лы, 3 ил. подынтервалов гистограммы временного распределения.

Согласно предлагаемому способу при ф каждом цикле ускорения синхронно с моментом начала посадки пучка инжектора на равновесную орбиту синхротрона формируют последовательность опорных импульсных сигналов с периодом их следования рф

Т, равным текущей величине m-го периода (где m=1,2, ...) обращения равновесной часгицы в кольце ускорителя.

Используя получаемые таким путем опорные импульсные сигналы в качестве соответствующих отсчетов дискретной с шагом Т шкалы времени, при которой исключается,ф из рассмотрения сам процесс непрерывного обращения ускоряемого пучка в кольце синхротрона, обеспечивают в момент наблюдения фиксацию-положения каждого из ускоряемых микросгустков частиц на одной из возможных для них наперед пронумерованных позиций, эквидистантно расположенных

1614144

10

55.вдоль азимута равновесной орбиты синхротрона с кратностью д. При этом инвариантность от цикла к циклу ускорения принятой (по направлению обращения пучка) нумерации указанных позиций обеспечивают за счет совмещения начала используемой дискретной шкалы времени с моментом начала посадки пучка инжектора на равновесную орбиту синхротрона. Этот момент начала посадки пучка инжектора на равновесную орбиту синхротрона в каждом цикле ускорения фиксируют в одной и той же фазе с ускоряющим - ВЧ-напряжением синхронно с моментом отпирания пушки инжектора (при фиксированной синхронизации момента включения инфлектора) либо синхронно с моментом включения самого инфлектора.

B режим синхротронного ускорения захватыВаются практически моноэнергетические часТицы пучка инжектора, разброс по времени йролета которых до их посадки на равновесную орбиту практически не влияет на точность синхронизации момента начала отсчета используемой временной шкалы измерений.

В этих условиях при обеспечении возможности многократного по круговой развертке обзора равновесной орбиты синхро рона стробом фиксированной длительности змерение плотности распределения ускояемого пучка на орбите производят путем многократной реализации статистической выборки сигналов мониторных детекторов во время постоянства величины периода ускоряющего ВЧ-напряжения синхротрона постоянства интенсивности облучения им мониторных детекторов. В частности, во вреМя медленного равномерного вывода вторичНого излучения синхротрона, продолжительНость которого в случае, например, сильноточного электронного синхротрона на энергию 6 ГэВ составляет от 2,2 до 4 мс при величине периода То обращения равновесной частицы ТО 0,71 мкс, т. е. в течение более чем от трех до пяти тысяч обращений пучка в кольце ускорителя, в течение каждого из которых путем временной селекции сигналов мониторных детекторов принимают соответствующее статистическое решение о наличии или отсутствии меченого излучения в каждой из возможных для заполнения микросгустками частиц эквидистантно расположенных позиций на равновесной орбите синхротрона.

Указанную временную селекцию осуществляют путем измерения временных интервалов между соответствующим опорным импульсом и сигналами мониторных детекторов. Сортируя по длительности получаемые отсчеты временных интервалов, формируют гистрограмму временного их распределения, длину частичных подынтервалов для которой выбирают кратной величине периода ускоряющего ВЧ-напряжения синхротрона, а их суммарную длину равной периоду Тд обращения равновесной частицы во время постоянства величины этого параметра ускорителя. При этом для исключения возможности накопления, т. е. фильтрации, ложных отсчетов в тех частичных подынтервалах формируемой гистограммы, нумерация которых соответствует нумерации тех из наперед фиксированных позиций на равновесной орбите синхротрона, которые оказались не заполненными микросгустками заряженных частиц в текущем цикле ускорения, регистрацию излучения синхротрона производят путем включения мониторных детекторов в телескоп совпадений.

В итоге по соотношению частот и;, накопленных в текущем цикле ускорения в каждом из N частичных подынтервалов (j= l, 2,..., N) формируемой гистограммы, где N=(q/l), а 1 — пронормированная относительно величины периода ускоряющего ВЧ-напряжения безразмерная длина частичного подынтервала, судят о степени (коэффициенте) заполнения орбиты микросгустками заряженных частиц и плотности их распределения по азимуту равновесной орбиты синхротрона. При этом благодаря указанной инвариантности от цикла к циклу ускорения координат фиксированных для заполнения микросгустками частиц позиций на равновесной орбите синхротрона и соответственно инвариантности нумерации подынтервалов формируемой гистограммы обеспечивается также возможность получения статистически устойчивых оценок контролируемых параметров пучка путем их, например, усреднения (сглаживания) по скользящей выборке, а также возможность проведения оперативного корреляционного (спектрального) анализа процесса захвата от цикла к циклу ускорения пучка инжектора в режим синхротронного ускорения.

С этой целью одновременно с осуществлением рассмотренных операций способа производят параллельный подсчет суммарного числа Х и; всех зарегистрированных

1=1 отсчетов временных интервалов за время экспозиции мониторных детекторов в текущем i-м цикле ускорения. По окончании каждого i-го цикла ускорения определяют среднюю плотность накопленной частности

/4 как В ;=(и;)/N, относительно которой про1= изводят нормировку (и,/%;) величины и каждой из частот, накопленных в ссютветствующем j-м подынтервале полученной гистограммы. Используя эти значения частот, полученные за ссютветствующее число циклов ускорения для каждого из N частичных поды нтервалов, формируют обобщенную гистограм му относительных (пронормирова ни ы x ) ч а ст от, путем соответствующей интерполяции значений которых получают возможность достоверной оценки контролируемых параметров пучка и цифрового уп1614144

25

45 равления (оптимизации) его захвата в режим синхротронного ускорения.

Устройство для осуществления способа содержит детектор 1 излучения синхротрона, дискриминатор-формирователь 2 импульсов, кольцевой счетчик 3 на сдвиговом регистре с управляющей цепью в виде элемента 4 — 1 запрета, пропускающего синхроимпульсы сдвига содержимого сдвигового регистра 3, и элемента И 4 — 2, пропускающего синхроимпульсы записи информации в сдвиговый регистр по его параллельным входам, блок 5 временной компенсации сигнала кольцевого опроса, канальные блоки 6 — 1 совпадений (j= 1, 2, ..., N, где N — число подынтервалов формируемой гистограммы временного распределения), канальные счетчики 7 — 1, соединенные счетными входами с выходами одноименных канальных блоков совпадений, объединенные первые входы которых соединены с выходами дискриминатора-формирователя 2 импульсов. Устройство содержит также формирователь 8 импульсов, первый масштабирующий делитель 9 частоты, пропускатель 10, высокочастотный аттенюатор 11, генератор 12 ускоряющего ВЧ-напряжения синхротрона в виде входной управляющей шины 12, датчик 13 напряженности ведущего поля синхротрона, компаратор 14 напряжения, блок 15 синхронизации момента отпирания пушки инжектора или включения инфлектора синхротрона, триггер 16, блок 17 считывания, блок 18 деления, блок 19 поканального взвешенного усреднения, второй масштабирующий делитель 20 частоты, суммирующий счетчик 21, блок 22 управления с входом 23 «Пуск» и входом 24

«Стоп», соединенными с одноименными управляющими выходами таймерной системы синхротрона. Выход 25 блока 22 соединен с управляющим входом блока 17 и с гасящими Я-входами блока 9 и триггера 16, выход 26 соединен с управляющим входом дискриминатора-формирователя 2 импульсов, выход 27 блока 19 является информационным выходом устройства, соединенным с входом специализированного (не показан) цифрового процессора (ЭВМ). Параллельные разрядные выходы 27 — (j=1, 2, ..., У) кольцевого счетчика 3 на сдвиговом регистре соединены с одноименными адресными входами блока 5, причем последовательный выход 28 — N кольцевого счетчика на сдвиговом регистре соединен по кольцу с его последовательным D -входом, а также с элементами 4 — 1 и 4 — 2 цепи его управления и с синхровходом блока 22 управления.,Шина 29 является выходом формирователя 8 импульсов, шины 30 и 31 — управляющими и соответственно информационными выходами блока 17, шина 32 — выходом сумми- рующего счетчика 21, а шида 33 — объединенными вторичными входами канальных блоков совпадений.

35, 50

Блок 5 компенсации временной задержки сигнала кольцевого опроса может быть выполнен в виде N поканальных узлов компенсации, каждый из которых содержит элемент И 34 — j, элемент ИЛИ 35 — j и элемент

36 — j задержки, а также компенсирующего элемента 37 задержки.

Измерение дифференциального распределения временных интервалов, сортируемых в одном из частичных подынтервалов формируемой гистограммы, может осуществляться по блок-схеме, состоящей из канального блока 6 — j совпадений, пропускателей 38 и 39, время-амплитудного преобразователя 40, многоканального амплитудного анализатора 41 и элементов 42, 43 и 44 задержки.

Устройство работает следующим образом.

После того, как блоком 15 вырабатывается соответствующий импульс, синхронизирующий момент отпирания пушки инжектора или момент включения инфлектора, одновременно включается триггер 16. Последний, снимая блокировку с пропускателя 10, обеспечивает прохождение на счетный вход масштабирующего делителя 9 частоты продетектированного однополупериодного напряжения с выхода высокочастотного аттенюатора 11 ускоряющего ВЧ-напряжения. При этом коэффициент масштабирующего делителя 9 частоты задают равным безразмерной длине l=(q/N) частичного подынтервала формируемой гистограммы временного распределения. Причем необходимость в использовании такого масштабного делителя 9 частоты на практике исключают путем временной привязки к фазе соответствующего кратного напряжения, снимаемого с соответствующей ступени каскадного умножителя синусоидального сигнала первичного возбудителя ускоряющего ВЧ-напряжения синхротрона.

В результате по каждому тактовому импульсу с выхода первого масштабирующего делителя 9 частоты, формируемого по длительности блоком 8, производится сдвиг вправо на один разряд (адрес) сигнала «1» в кольцевом счетчике 3 до тех пор, пока под воздействием тактовых импульсов этот сигнал

«1» уже в качестве опорного импульсного сигнала с последовательного выхода 28-N кольцевого счетчика 3 вновь не будет введен в его первый рязрад по Di-входу очередным импульсом с выхода формирователя 8. Такой процесс обращения сигнала «1» в кольцевом счетчике с частотой, равной текущей частоте обращения равновесной частицы в кольце синхротрона, носит холостой характер до момента поступления по шине 23 от таймерной системы ускорителя сигнала «Пуск», синхронизированного с моментом начала равномерного облучения детекторов. Указанный сигнал «Пуск», устанавливая в нулевое отсчетное положение все счетные элементы, одновременно с выхода 26 блока 22 снимает

1614144

Формула изобретения

55 блокировку с управляющего входа дискриминатора-формирователя 2 импульсов.

В этих у ловиях прохождения сигналов юннторных детекторов на объединенные первые входы канальных блоков совпадений 6 — благодаря периодическому обращению сигнала «1» кольцевого счетчика канальными блоками совладений 6 — j обеспечивается селекция по длительности регистрируемых временных интервалов между соответствующим сигналом и регистрируемыми сигналами мониторных детекторов.

Г1ри этом однородность ширины каналов временной селекции обеспечивается блоком 5 компенсации временной задержки сигнала кольцевого опроса. Блок 5 в период

Переходных состояний кольцевого счетчика 3 осуществляет согласованное во времени

Включение ранее открытого j-го блока совпадений и следующего по весу (/+1) -го блока совпадений (фиг. 2).

Селектируемые по длительности канальными блоками совпадений 6 — / отсчеты вреМенных интервалов подсчитываются соот1 етствующими канальными счетчиками 7 — j, (.чет каждого из которых по окончании эксПозицни мо:.". горных детекторов характери. ует частоту (плотность1 п, накопленную за цикл ускорения в:".. RpT(твующем 1-м

Подынтервале полученной гистограммы вреМенного распределения. Г1ри этом пронормированная с помощью второго масштабирующего делителя 20 частоты с коэффициентом пересчета Л: средняя величина плотности W; определяется показаниями суммирующего счетчика 21, которые с его разрядных выходов выставляются на соответствующие входы блока 18 деления. После поступления сигнала «Сто » от таймерной системы ускорителя блок 17 по управляющему сигналу с шины 25 осуществляет последовательное считывание показаний канальных счетчиков 7 — 1, которые после их ссютветствую цен нормировки поступают в блок

18 поканального взвешенного усреднения с последующей обработкой накопленной диагностической информации о контролируемых параметрах пучка в специализированном цифровом процессоре (ЭВМ) управ"".åHèÿ режимом захвата пучка инжектора в процессе синхротронного ускорения.

Г1ри этом до начала указанных измерений редварительно измеряют дифференциальное распределение отсчетов временных интерва 10B, сортируемых по длительности одном из маркируемых подынтервалов формируемой гистограммы временного раслределения. Затем посредством регулироания задержки сигналов мониторных детскторов совмещают на все время последующих измерений координату центра группирования получаемого дифференциального оаспределсния с координатой центра марируемого частичного подынтервала.

По сравнению с прототипом в предлагаемом способе обеспечивается измерение азимутальной микроструктуры пучка, без идеализированного представления пучка в виде строго периодического цуга банчей. Согласно предлагаемому способу нет необходимости поддерживать близкое к оптимальному значение задержки между сигналами однородных измерительных систем, благодаря чему относительная среднеквадратическая ошибка измерения коэффициента заполнения орбиты оказывается практически независимой от условий захвата пучка из инжектора в режим синхротронного ускорения, что обеспечивает высокую достоверность получаемых оценок контролируемого параметра пучка.

1. Способ измерения плотности заполнения орбиты кольцевого ускорителя сгустками заряженных частиц, включающий многократную за цикл ускорения регистрацию их излучения быстродействующими мониторными детекторами во время постоянства периода обращения равновесной частицы в кольце ускорителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и объема получаемой информации за счет обеспечения возможности одновременного определения взвешенной за выбранное число циклов ускорения плотности распреде.ления тока пучка по азимуту равновесной орбиты, формируют синхронизированную с моментом начала первого оборота пучка циклическую последовательность опорных меток времени, частоту формирования которых поддерживают синфазной и равной частоте обращения равновесной частицы в кольце ускорителя, и в течение всего времени измерения производят синхронное накопление регистрируемых сигналов быстродействующих мониторных детекторов относительно ссютветствующих опорных меток времени, период следования которых задают кратным периоду ускоряющего ВЧ-напряжения кольцевого ускорителя.

2. Устройство для измерения плотности заполнения орбиты кольцевого ускорителя сгустками заряженных частиц, содержащее быстродействующий мониторный детектор излучения кольцевого ускорителя заряженных частиц, соединенный выходом с входом дискриминатора-формирователя импульсов, выход которого соединен с объединенными первыми входами блоков совпадений, соединенных выходами со счетными входами соответствующих счетчиков, кольцевой счетчик, соединенный синхровходом с выходом формирователя импульсов, и блок управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и объема получаемой информации, в устройство введены после1614144

10 довательно соединенные генератор ускоряющего ВЧ-напряжения кольцевого ускорителя, высокочастотный аттенюатор, блок пропускания синхроимпульсов,, первый делитель частоты, соединенный выходом с входом формирователя импульсов, последовательно соединенные датчик магнитного поля кольцевого ускорителя, компаратор напряжения, блок синхронизации момента отпирания пушки инжектора или включения инфлектора кольцевого ускорителя и триггер, соединенный выходом с управляющим входом блока пропускания синхроимпульсов, последовательно соединенные второй делитель частоты, счетчик, блок деления и блок усреднения, блок компенсации временной задержки сигнала кольцевого опроса и блок.считывания, соединенный информационными входами с выходами одноименных счетчиков, информационным выходом — с вторым информационным входом блока деления, управляющим выходом — с объединенными син- 20 хровходами блока деления и блока усреднения, а управляющим входом — с Я-входами первого делителя частоты и триггера и с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом дискриминатора-формирователя импульсов, первый и второй входы снабжены клеммами для подсоединения к выходам

«Пуск» и cCTQII» таймерной системь: кольцевого ускорителя, а синхровход — с последовательным выходом кольцевого счетчика, соединенного разрядными выходами с одноименными адресными входами блока компенсации временной задержки сигнала кольцевого опроса, синхровход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а его поканальные разрядные выходы — c вторыми входами одноименных блоков совпадений, каждый из которых соединен входом антисовпадения с вторым входом следующего блока совпадений, при этом выход дискриминатора-формировате, .я соединен с входом второго масштабирующего делителя частоты, R-вход которого объединен с одноименными входами счетчиков, и с входом блока управления.

1614144

Составитель В. Краснопольский

Редактор Л. Пчолинская Техред А. Кравчук Корректор О. Ципле

Заказ 3899 Тираж 663 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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