Ионизационный преобразователь тока пучка заряженных частиц

 

Область использования: ускорительная техника, техника измерения параметров пучков заряженных частиц. Сущность изобретения: для повышения точности и стабильности измерения тока пучка заряженных частиц в устройстве, содержащем два электрода, установленные в вакуумной камере ускорителя над и под медианной плоскостью, источник питания, нагрузочные резисторы и суммарный усилитель, электроды установлены симметрично относительно медианной плоскости ускорителя и соединены через нагрузочные резисторы R с положительным выходом источника питания, а через разделительные конденсаторы - со входами суммирующего усилителя, отрицательный выход источника питания соединен с заземленным проводящим покрытием вакуумной камеры. 1 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике, преимущественно к технике измерения параметров пучка заряженных частиц, и может быть использовано для измерения тока, положения и профиля пучка электронных и протонных ускорителей.

Известен ионизационный преобразователь тока пучка заряженных частиц с использованием скрещенных электрического и магнитного полей, содержащий систему электродов, установленных над и под пучком заряженных частиц и соединенных с генератором сигналов треугольной формы, а также катушки Гельмгольца с источником питания и детектор вторичных частиц [1] .

Наиболее близким к изобретению является ионизационный преобразователь тока пучка заряженных частиц с извлечением вторичных электронов вдоль силовых линий магнитного поля, содержащий два электрода, установленных в вакуумной камере ускорителя над и под медианной плотностью, причем один из электродов - потенциальный -соединен с отрицательным выходом источника питания, а другой электрод - коллектор - выполнен в виде дифференциального электрода, обе секции которого с одной стороны соединены со входами суммирующего усилителя, а, с другой стороны, через сопротивления нагрузки заземлены и в точке заземления соединены с положительным выходом источника питания [2] .

Целью изобретения является повышение точности и стабильности измерения тока пучка заряженных частиц.

Это достигается тем, что в устройстве, содержащем два электрода, установленных в вакуумной камере ускорителя над и под медианной плоскостью, источник питания, сопротивления нагрузки и суммирующий усилитель, электроды установлены симметрично относительно медианной плоскости ускорителя и соединены через сопротивления нагрузки с положительным выходом источника питания, а через разделительные конденсаторы - с входами суммирующего усилителя, отрицательный выход источника питания соединен с заземленным проводящим покрытием вакуумной камеры.

На чертеже представлена схема ионизационного преобразователя тока пучка заряженных частиц.

Устройство содержит два электрода 1 и 2, установленных в вакуумной камере 3 ускорителя, например цилиндрического бетатрона, симметрично относительно медианной плоскости 4, сопротивления нагрузки R, источник 5 питания, разделительные конденсаторы С и суммирующий усилитель 6. На внутренней поверхности камеры 3 нанесено проводящее покрытие 7. Распределение силовых линий электрического поля ионизационного преобразователя показано штриховыми линиями 8, а стрелками 9 показано направление силовых линий управляющего магнитного поля бетатрона. Внутри вакуумной камеры между электронами 1 и 2 ускоряется электронный пучок 10.

Устройство работает следующим образом. В результате ионизации остаточного газа в вакуумной камере 3 бетатрона ускоряемым электронным пучком в зоне нахождения пучка 10 образуются вторичные электроны и ионы, число которых пропорционально числу ускоряемых частиц. Пространственный заряд ускоряемого пучка электродов создает собственное электрическое поле, силовые линии которого направлены от центра масс пучка. Под действием этого поля вторичные электроны выталкиваются из ускоряемого пучка и попадают в зону действия извлекающего электрического поля 8 ионизационного преобразователя, образованного электродами 1 и 2 и проводящим покрытием 7. Под совместным воздействием собственного поля пучка и извлекающего поля преобразователя вторичные электроны движутся вдоль силовых линий 9 управляющего магнитного поля бетатрона на положительно заряженные электроды-коллекторы 1 и 2. Управляющее магнитное поле используется для фокусировки электронного изображения пучка ускоряемых частиц.

Так как центр масс пучка в циклических ускорителях совпадает с медианной плоскостью, а электроды 1 и 2 расположены симметрично относительно этой плоскости, то и картина распределения силовых линий электрического поля пучка и извлекающего поля также симметрична относительно медианной плоскости. Поэтому вторичные электроны, образованные выше медианной плоскости, будут извлекаться на электрод 1, а вторичные электроны, образованные ниже медианной плоскости, - на электрод 2. Электрическая цепь для вторичных электронов, собранных на электродах 1 и 2, через сопротивления нагрузки R и источник питания 5 замыкается на землю.

Падения напряжений на сопротивлениях нагрузки R, возникающие от протекания вторичных электронов, через разделительные конденсаторы С поступают на входы суммирующего усилителя 6, на выходе которого в итоге получается импульс напряжения, пропорциональный полному току пучка заряженных частиц.

В предлагаемом устройстве собственное поле пучка усиливает извлекающее электрическое поле. Это приводит, во-первых, к увеличению коэффициента сбора вторичных электронов, а следовательно, к увеличению чувствительности и повышению точности измерений, и, во-вторых, к снижению извлекающего напряжения, что приводит к уменьшению влияния электрического поля преобразователя на устойчивость движения ускоряемого пучка и, следовательно, повышает стабильность измерений.

Предлагаемое устройство расширяет область применения ионизационных преобразователей. Его можно использовать для измерения параметров сильноточных пучков, а также параметров пучков в ускорителях с большим межполюсным зазором (в цилиндрических и сильноточных бетатронах, адгезаторах и т. п. ).

Предлагаемое техническое решение позволяет использовать его в ионизационных профилометрах и в ионизационных измерителях положения центра тяжести пучка. В устройствах для измерения профиля пучка электроды должны быть выполнены в виде расположенных на разных радиусах и изолированных друг от друга секций, а в устройствах для измерения положения центра тяжести пучка - в виде прямоугольника, разрезанного по диагонали.

Формула изобретения

ИОНИЗАЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий вакуумную камеру ускорителя, внутренняя поверхность которой имеет проводящее покрытие, первый и второй электроды, установленные в вакуумной камере ускорителя над и под ее медианной плоскостью, источник питания, два нагрузочных резистора и суммирующий усилитель, отличающийся тем, что первый и второй электроды установлены симметрично относительно медианной плоскости ускорителя и подключены соответственно через первый и второй нагрузочные резисторы к плюсовой шине источника питания, минусовая шина которого заземлена и связана с проводящим покрытием вакуумной камеры, при этом первый и второй электроды соответственно через первый и второй разделительные конденсаторы подключены соответственно к первому и второму входам суммирующего усилителя, выход которого является выходом преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1