Измеритель поперечных скоростей релятивистских электронов в сильном магнитном поле



Измеритель поперечных скоростей релятивистских электронов в сильном магнитном поле
Измеритель поперечных скоростей релятивистских электронов в сильном магнитном поле
Измеритель поперечных скоростей релятивистских электронов в сильном магнитном поле
Измеритель поперечных скоростей релятивистских электронов в сильном магнитном поле
Измеритель поперечных скоростей релятивистских электронов в сильном магнитном поле

 


Владельцы патента RU 2574637:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники" (RU)

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высоковольтной импульсной технике для диагностики импульсных источников релятивистских электронных потоков в сильном магнитном поле путем измерения поперечных скоростей релятивистских электронов. Измеритель содержит установленные в вакуумной камере перед источником электронов корпус измерителя с входным отверстием-диафрагмой, соленоид, размещенный вне корпуса измерителя и выполненный с возможностью создания в вакуумной камере магнитного поля с направлением силовых линий вдоль продольной оси корпуса измерителя, а также регистратор распределения электронов по расстоянию от продольной оси корпуса измерителя, размещенный за входным отверстием-диафрагмой, при этом корпус измерителя выполнен из металла с высокой проводимостью в форме усеченного конуса, обращенного меньшим по диаметру основанием к источнику электронов, и размещен в области отсутствия магнитного поля источника электронов в магнитном поле соленоида, сам соленоид размещают на расстоянии от источника электронов, обеспечивающем однородность магнитного поля от источника электронов до корпуса измерителя, и выполняют с возможностью формирования импульсного магнитного поля с длительностью, исключающей проникновение поля через стенки корпуса измерителя. Технический результат - повышение точности измерения. 4 ил.

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высоковольтной импульсной технике для диагностики импульсных источников релятивистских электронных потоков в сильном магнитном поле путем измерения поперечных скоростей релятивистских электронов.

Известно устройство [RU 2089918 C1, G01P 15/08, G01P 3/42, 10.09.1997], содержащее размещенное в камере инерционное тело, два мерных участка, ограниченных детекторами крайних положений и детекторами прохождения, вычислитель, источник электронов, модулирующий генератор, измеритель разности фаз и резисторы нагрузки, при этом детекторы прохождения выполнены в виде кольцевых электродов с центральным отверстием для прохождения потока электронов и соединены с выходом модулирующего генератора, детекторы крайних положений выполнены в виде дисковых анодов, подключенных к положительной клемме источника постоянного напряжения через резисторы нагрузки и непосредственно к первому и второму входам измерителя разности фаз, выход которого соединен с вычислителем, мерные участки взаимно ортогональны, камера выполнена вакуумной, а инерционное тело - в виде двух непрерывных потоков электронов.

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что оно не обеспечивает измерение поперечных скоростей релятивистских электронов в сильном магнитном поле.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство [Стрелков П.С., Шкварунец А.Г., Шунка П. Анализ углового и энергетического спектра электронов сильноточного релятивистского пучка в магнитном поле // Физика плазмы, 1981, т.7, вып.3, с. 564-572], содержащее установленные в вакуумной камере перед источником электронов корпус измерителя с входным отверстием-диафрагмой, соленоид, размещенный вне корпуса измерителя и выполненный с возможностью создания в вакуумной камере магнитного поля с направлением силовых линий вдоль продольной оси корпуса измерителя, а также регистратор распределения электронов по расстоянию от продольной оси корпуса измерителя, размещенный за входным отверстием-диафрагмой.

Электроны распространяются в магнитном поле по спиралевидным траекториям с шагом λΗ и радиусом, обратно пропорциональными индукции магнитного поля. Часть электронов проникает через диафрагму на оси корпуса и оседает на регистраторе. Расстояние от места оседания до оси корпуса определяется так называемым питч-фактором tgθ, то есть отношением поперечной и продольной - по отношению к направлению магнитного поля - скоростей электронов, которое и является объектом измерения. Поскольку полная энергия и скорость электрона обычно известны из других измерений, питч-фактор однозначно определяет его поперечную скорость.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность.

Это вызвано, в частности, тем, что разрешение устройства ограничивается длиной L, которая определяется шагом λН спиральной траектории электрона в магнитном поле и зависит от его индукции В:

где γ - релятивистский фактор, характеризующий энергию релятивистских электронов c зарядом e и массой m, ускоренных в разности потенциалов U ( γ = 1 + e U m c 2 , где c - скорость света).

Для электронов с энергией 0.5 МэВ (γ≈2) в магнитном поле 1 Тл длина L≈3 мм, то есть для угла θ=10° между скоростью электрона и магнитным полем, расстояние от точки осаждения электрона до оси r≈0.5 мм. Тот же порядок величины имеет глубина проникновения релятивистских электронов в материалы корпуса и регистратора, а также размер диафрагмы, которая не может быть меньше. Таким образом, даже измерение питч-угла θ=10 в магнитном поле 1 Тл с точностью до 100% становится практически неосуществимым. Причиной этого является малость расстояния L от диафрагмы до регистратора, которое определяется наличием сильного магнитного поля на этом участке.

Задача, на решение которой направлено изобретение, и требуемый технический результат заключаются в повышении точности устройства.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в измерителе поперечных скоростей релятивистских электронов в сильном магнитном поле, содержащем установленные в вакуумной камере перед источником электронов корпус измерителя с входным отверстием-диафрагмой, соленоид, размещенный вне корпуса измерителя и выполненный с возможностью создания в вакуумной камере магнитного поля с направлением силовых линий вдоль продольной оси корпуса измерителя, а также регистратор распределения электронов по расстоянию от продольной оси корпуса измерителя, размещенный за входным отверстием-диафрагмой, согласно изобретению корпус измерителя выполнен из металла с высокой проводимостью в форме усеченного конуса, обращенного меньшим по диаметру основанием к источнику электронов, и размещен в области отсутствия магнитного поля источника электронов в магнитном поле соленоида, сам соленоид размещают на расстоянии от источника электронов, обеспечивающем однородность магнитного поля от источника электронов до корпуса измерителя, и выполняют с возможностью формирования импульсного магнитного поля с длительностью, исключающей проникновение поля через стенки корпуса измерителя.

При отсутствии магнитного поля внутри корпуса, в соответствии с формулой (1) при В=0 длина L стремится к бесконечности, т.е. расстояния от отверстия-диафрагмы до регистратора может быть сделано сколь угодно большим для обеспечения необходимой точности измерений.

Сопоставительный анализ с наиболее близким техническим решением показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что корпус измерителя выполнен в форме усеченного конуса, обращенного верхним основанием к источнику электронов, и размещен в области отсутствия магнитного поля источника электронов, а соленоид создает магнитное поле в течение малого отрезка времени, обеспечивающего вследствие скин-эффекта глубину проникновения магнитного поля соленоида в корпус измерителя меньше толщины стенки корпуса измерителя. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию ″новизна″.

Кроме того, в известных источниках информации не обнаружено сведений о возможности повышения точности измерений путем использования вновь введенных отличительных признаков. Следовательно, предложение отвечает критерию «изобретательский уровень».

Дополнительно к отмеченному, все элементы устройства выполнены из распространенных материалов по известным технологиям, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию «промышленная применимость».

На чертеже представлены:

на фиг. 1 - измеритель поперечных скоростей релятивистских электронов в сильном магнитном поле;

на фиг. 2 - зависимости индукции магнитного поля источника электронов B1 и соленоида в измерителе В2 вдоль оси z в отсутствие корпуса измерителя;

на фиг. 3 - зависимость индукции магнитного поля В вдоль оси z, совпадающей с осью корпуса;

на фиг. 4 - прототип измерителя.

На фиг. 1 и фиг. 4 обозначены: 1 - вакуумная камера; 2 - соленоид, создающий магнитное поле вдоль продольной оси корпуса измерителя; 3 - корпус измерителя; 4 - регистратор распределения электронов по расстоянию от оси; 5 - спиралевидные траектории движения электронов в магнитном поле с шагом λН и радиусом, обратно пропорциональными индукции магнитного поля; 6 - силовые линии магнитного поля (пунктир); 7 - отверстие-диафрагма в корпусе измерителя, 8 - продольная ось корпуса измерителя.

Измеритель поперечных скоростей релятивистских электронов в сильном магнитном поле содержит установленные в вакуумной камере 1 перед источником электронов (не показан) корпус 3 измерителя с входным отверстием-диафрагмой 7, соленоид 2, размещенный вне корпуса 3 измерителя и выполненный с возможностью создания в вакуумной камере 1 магнитного поля с направлением силовых линий 6 вдоль продольной оси корпуса 3 измерителя, а также регистратор 4 распределения электронов по расстоянию от продольной оси 8 корпуса измерителя, размещенный за входным отверстием-диафрагмой 7. Траектория 5 электрона имеет форму спирали в магнитном поле вне корпуса измерителя и форму прямой лини без магнитного поля внутри корпуса.

На фиг. 2 показаны зависимости индукции магнитного поля источника электронов В1 и соленоида 2 в измерителе В2 вдоль оси z в отсутствие корпуса измерителя. Корпус 3 измерителя располагается в области, где Β1=0, а соленоид 2 измерителя размещают так, что суммарное магнитное поле В=B12, обеспечивающее транспортировку электронов от источника до корпуса 3 измерителя, приблизительно однородно вдоль оси.

Используется измеритель поперечных скоростей релятивистских электронов в сильном магнитном поле следующим образом.

Вакуумная камера 1 стыкуется с вакуумным объемом источника электронов, обеспечивая возможность их распространения. В области, где магнитное поле источника электронов падает до нуля, соленоид 2 создает импульсное магнитное поле приблизительно с той же индукцией, что и магнитное поле в источнике электронов. В этой же области располагается корпус 3 измерителя, продольная ось 8 которого совпадает по направлению с магнитной силовой линией, которая входит в отверстие-диафрагму 7 в корпусе измерителя. Толщина стенки корпуса 3 измерителя в несколько раз превышает толщину скин-слоя тока, который индуцируется на стенках корпуса 3 импульсным магнитным полем соленоида 2, поэтому магнитное поле внутри измерителя всегда равно нулю.

Конусная форма поверхности корпуса 3 измерителя практически полностью устраняет искажение магнитного поля вне конусного корпуса на его оси током, индуцированным на стенках. На фиг. 4 показано, что индукция магнитного поля падает почти от исходной величины до нуля на небольшом - по сравнению с шагом λΗ - расстоянии вдоль продольной оси корпуса от внешней до внутренней границы отверстия-диафрагмы 7 и далее сохраняет нулевое значение. В таком магнитном поле электрон двигается по спиралевидной траектории вне корпуса 3 и по прямой 5 с сохранением направления - внутри корпуса 3. Расстояние L от отверстия-диафрагмы 7 до регистратора 4 в таком случае ограничивается только чувствительностью регистратора 4, т.е. расстояние L может быть многократно увеличено по сравнению с прототипом.

Это достигается тем, что корпус 3 помещается в область, где магнитное поле источника электронов равно нулю, соленоид 2 создает магнитное поле с малой длительностью импульса, при которой глубина проникновения магнитного поля в материал корпуса 3 меньше толщины стенки корпуса 3. Форма корпуса в виде усеченного конуса с отверстием-диафрагмой 7 у вершины (верхнего основания) позволяет свести искажение магнитного поля токами, наведенными на стенках корпуса 3 полем соленоида 2, к небольшому значению, не искажающему измеряемый питч-фактор электронных траекторий.

На фиг. 3 снизу показана зависимость индукции суммарного - от источника электронов и соленоида 2 - магнитного поля В вдоль оси z, совпадающей с осью корпуса. На том же чертеже сверху показано положение (радиус) конусной стенки корпуса вдоль оси. Видно, что внутри корпуса магнитное поле равно нулю, а переходная область Δz имеет длину порядка размера отверстия-диафрагмы, т.е. может быть сделана много короче шага спирали λН. Искажения магнитного поля токами на конусном корпусе определяются углом раскрыва конуса α и тем меньше, чем меньше α и измеряемый питч-фактор tgθ.

На фиг. 4 показано устройство, выбранное в качестве прототипа. Наличие магнитного поля в корпусе измерителя определяет в нем форму траекторий электронов в виде спирали, что ограничивает расстояние от отверстия-диафрагмы до регистратора (длину L) и точность измерений.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что заявляемое устройство позволяет измерять поперечные скорости релятивистских электронов с питч-фактором tgθ<0.1, что на порядок лучше, чем с помощью наиболее близкого технического решения - прототипа.

Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства (в частности, тем, что корпус измерителя выполнен из металла с высокой проводимостью в форме усеченного конуса, обращенного верхним основанием к источнику электронов, и размещен в области отсутствия магнитного поля источника электронов, соленоид размещают от источника электронов на расстоянии, обеспечивающем однородность магнитного поля от источника электронов до корпуса измерителя, и выполняют с возможностью формирования импульсного магнитного поля с длительностью, исключающей его проникновение через стенки корпуса измерителя) достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении точности измерений.

Измеритель поперечных скоростей релятивистских электронов в сильном магнитном поле, содержащий установленные в вакуумной камере перед источником электронов корпус измерителя с входным отверстием-диафрагмой, соленоид, размещенный вне корпуса измерителя и выполненный с возможностью создания в вакуумной камере магнитного поля с направлением силовых линий вдоль продольной оси корпуса измерителя, а также регистратор распределения электронов по расстоянию от продольной оси корпуса измерителя, размещенный за входным отверстием-диафрагмой, отличающийся тем, что корпус измерителя выполнен из металла с высокой проводимостью в форме усеченного конуса, обращенного меньшим по диаметру основанием к источнику электронов, и размещен в области отсутствия магнитного поля источника электронов в магнитном поле соленоида, сам соленоид размещают на расстоянии от источника электронов, обеспечивающем однородность магнитного поля от источника электронов до корпуса измерителя, и выполняют с возможностью формирования импульсного магнитного поля с длительностью, исключающей проникновение поля через стенки корпуса измерителя.



 

Похожие патенты:

Способ СВЧ-генерации на основе электронных пучков может быть использован в бортовой системе электропитания, системе электропитания мобильных аппаратов, а также в различных стационарных системах электроснабжения.

Изобретение относится к аппаратуре для электронно-лучевой сварки материалов, преимущестенно металлов, в вакууме. Технический результат - упрощение технического обслуживания электронно-лучевой пушки и увеличение рабочего пространства для обработки деталей.

Изобретение относится к области нанесения покрытий, нагревания и плавки металла в вакууме. .

Изобретение относится к технике генерирования сильноточных электронных пучков и может быть использовано для создания импульсных сильноточных электронных ускорителей, а также для поверхностной обработки материалов и изделий этими пучками.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для электронно-лучевой плавки высокореакционных металлов и сплавов в вакууме или среде инертного газа.

Изобретение относится к области ускорительной техники, и в частности к импульсным источникам, генерирующим сильноточные электронные пучки. .

Изобретение относится к электротехнике и вакуумной металлургии высокочистых тугоплавких металлов и позволяет повысить стабильность электронной термоэмиссии и эффективность аксиальной электронной пушки в условиях плавки тугоплавких металлов при подводе большой мощности.

Изобретение относится к области электронной техники и его применение может быть особенно перспективным для нужд специальной электрометаллургии, а именно электронно-лучевой плавки металлов и сплавов.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к приборам и устройствам для термообработки материалов и изделий. .

Изобретение относится к технике измерения ионизирующих излучений и предназначено для определения радионуклидного состава и активности упакованных в контейнеры РАО.

Изобретение относится к спектрометрам для обнаружения радионуклидов ксенона. Спектрометр для определения объемной активности радионуклидов ксенона, в котором измеряемая проба представляет собой смесь газов, содержит детектирующую часть, которая выполнена с возможностью детектирования бета-излучения и гамма-излучения и которая содержит измерительную камеру, блок детектирования бета-излучения и блок детектирования гамма-излучения, при этом блок детектирования бета-излучения содержит по меньшей мере два детектора бета-излучения, а блок детектирования гамма-излучения содержит по меньшей мере один детектор гамма-излучения.

Изобретение относится к детекторному узлу для сбора данных сканирования в системе интроскопии. Детекторный узел для сбора данных сканирования в системе интроскопии содержит источник ионизирующего излучения, имеющий корпус детекторного узла, в котором размещены чувствительные элементы, выполненные с возможностью приема ионизирующего излучения и его преобразования в электрический сигнал, связанные с платами аналогово-цифровых преобразователей, при этом корпус детекторного узла выполнен в форме дуги окружности с центром в точке генерации излучения источника ионизирующего излучения, причем чувствительные элементы расположены на одинаковом расстоянии от точки генерации излучения источника ионизирующего излучения и ориентированы перпендикулярно лучам, исходящим из источника ионизирующего излучения.

Изобретение относится к системе интроскопического сканирования инспекционно-досмотрового комплекса, содержащей линейный ускоритель электронов, генерирующий импульсы с чередованием низкой и высокой энергии с минимальным интервалом t между двумя соседними импульсами, и детекторный узел для сбора данных сканирования, включающий в себя детекторные модули, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и каналы детектирования, каждый из которых содержит два интегратора для обработки сигналов одного детекторного модуля.

Изобретение относится к проблеме радиационного анализа материалов, конкретно к способам численной оценки плотности и эффективного атомного номера твердых и жидких многокомпонентных материалов.

Изобретение относится к области медицинских исследований с использованием рентгеновского излучения. Способ изготовления матрицы фоточувствительных элементов плоскопанельного детектора рентгеновского изображения, где каждый фоточувствительный элемент, включающий фотоприемную часть и подложку, размещают на общей подложке с обеспечением плоскостности фоточувствительной поверхности матрицы и фиксируют посредством клея, предварительно нанесенного на указанную подложку, при этом перед размещением фоточувствительных элементов на общей подложке в ней выполняют технологические отверстия, упорядоченно расположенные, по меньшей мере, на части площади общей подложки, соответствующей площади подложки каждого фоточувствительного элемента; устанавливают подложку на эталонной плоскости, имеющей средства прижима и обеспечивающей компенсацию неплоскостности общей подложки путем создания усилия прижима, при этом, по крайней мере, часть средств прижима выполнена в виде упорядоченной совокупности выступов, соотнесенных с упомянутыми технологическими отверстиями, и выполненных с возможностью приложения через них в осевом направлении силы прижима; размещают выступы в указанных технологических отверстиях, причем высота указанных выступов выполнена с возможностью обеспечения плоскостности фоточувствительной поверхности матрицы; затем на них устанавливают и временно фиксируют фоточувствительные элементы, опускают плоскость с установленными на указанных выступах фоточувствительными элементами до их контакта с клеем и выдерживают до полного отверждения клея.

Изобретение относится к медицине, а именно к хирургической онкологии и радионуклидной диагностике, и может использоваться при биопсии сигнальных лимфоузлов (СЛУ) у больных раком молочной железы.

Изобретение относится к системам радиационного контроля. Технический результат заключается в обеспечении возможности контроля доз радиации, получаемых на разных предприятиях.

Изобретение относится к области метрологического обеспечения измерений доз гамма-излучения с помощью дозиметров, в которых используются газоразрядные счетчики Гейгера-Мюллера.

Изобретение относится к области низкофоновых экспериментов по поиску редких событий, например взаимодействий темной материи с обычным веществом, и может быть использовано для экспериментов по исследованию взаимодействия нейтрино (антинейтрино) с энергией 1-100 МэВс веществом.

Изобретение относится к области дозиметрии и спектрометрии импульсных ионизирующих излучений ускорителей, в частности импульсного электронного и тормозного излучений. Фольговый зарядовый спектрограф содержит пакет из N металлических фольг, общая толщина которых подбирается из условия равенства экстраполированному пробегу электронов d максимальной энергии электронов Ε<511 кэВ, при этом фольги расположены параллельно друг другу в вакуумной камере при значении давления Ρ=10-6÷10-7 Па, каждая фольга подсоединена к отдельной емкости, накапливающей поглощенный данной фольгой заряд, имеющей отдельный разъем для снятия зарядовых характеристик, и полностью покрыта диэлектрической пленкой толщиной не более 2 мкм. Технический результат - упрощение способа измерения распределения электронов по энергиям, повышение точности измерений. 2 ил.
Наверх