Способ диагностики импульсного сильноточного релятивистского пучка электронов в тракте линейного индукционного ускорителя



Способ диагностики импульсного сильноточного релятивистского пучка электронов в тракте линейного индукционного ускорителя
Способ диагностики импульсного сильноточного релятивистского пучка электронов в тракте линейного индукционного ускорителя
Способ диагностики импульсного сильноточного релятивистского пучка электронов в тракте линейного индукционного ускорителя

 


Владельцы патента RU 2601772:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Изобретение относится к области ускорительной техники, а именно к способам диагностики проводки импульсных сильноточных релятивистских пучков электронов (ИСРПЭ) в мощных линейных ускорителях. Способ диагностики импульсного сильноточного релятивистского пучка электронов в тракте линейного индукционного ускорителя заключается в том, что регистрируют амплитуду и форму импульсов тока пучка с помощью индукционных датчиков тока и интегральные значения доз тормозного излучения на стенках тракта с помощью термолюминесцентных дозиметров, превышающих по количеству датчики тока и установленных вдоль по тракту, анализируя полученную информацию, судят об изменении равновесного состояния пучка, связанного с амплитудно-временными изменениями импульсов тока пучка, и определяют области и уровни электронных потерь пучка на стенках тракта, при этом дополняют измерительные средства набором сцинтилляционных детекторов тормозного излучения с наносекундным разрешением, при этом располагают их рядом с термолюминесцентными дозиметрами, регистрируют амплитуду и форму импульсов со сцинтилляционных детекторов, калибруют их по интегральной дозе при помощи термолюминесцентных дозиметров, сравнивают амплитуды и формы импульсов со сцинтилляционных детекторов и с датчиков тока и по результатам сопоставительного анализа дополнительно судят об изменении уровней электронных потерь импульсного сильноточного релятивистского пучка электронов на стенках тракта в течение длительности импульса тока в процессе прохождения пучка по ускорительному тракту. Технический результат - повышение информативности способа диагностики сильноточного релятивистского пучка электронов в тракте линейного индукционного ускорителя. 5 ил.

 

Изобретение относится к области ускорительной техники, а именно к способам диагностики проводки импульсных сильноточных релятивистских пучков электронов (ИСРПЭ) в мощных линейных ускорителях.

Известно, что при проводке (ускорении и/или транспортировке) в вакуумном тракте линейного индукционного ускорителя ИСРПЭ цилиндрического или трубчатого поперечного сечения в ИСРПЭ развиваются поперечные высокочастотные неустойчивости. Они возникают из-за нарушения равновесного состояния ИСРПЭ, например, вследствие периодического воздействия электрических и магнитных полей, формирующихся в повторяющейся протяженной структуре ускорительного тракта, либо - их асимметрии относительно продольной оси тракта при наличии начального радиального смещения ИСРПЭ или в результате взаимной несоосности ускорительных дрейфовых трубок и др. При этом возникают поперечные направлению проводки пучка колебания электронов, приводящие к радиальному расширению ИСРПЭ с дальнейшей потерей части его электронов на стенках тракта. В свою очередь рассеянные на стенки тракта электроны обусловливают вторичную эмиссию электронов, которые могут шунтировать ускорительные зазоры и вызывать поверхностные пробои ускорительных трубок, что в итоге приводит к снижению темпа ускорения ИСРПЭ.

Из области техники известен способ диагностики ИСРПЭ в вакуумном тракте линейного индукционного ускорителя RADLAC-II (статья «MECHANICAL AND MAGNETIC ALIGNMENT TECHNIQUES FOR THE RADLAC-II LINEAR ACCELERATOR», D.J. Armistead, D.L. Bolton, and M.G. Mazarakis, РАС1987), включающий регистрацию амплитуды и формы импульсов тока ИСРПЭ в процессе его проводки с помощью индукционных датчиков тока (поясов Роговского), расположенных по длине и внутри ускорительного тракта. Анализируя от датчика к датчику амплитудно-временные изменения импульсов тока ИСРПЭ, определяют уровни электронных потерь пучка и области попадания потерянных электронов на стенки тракта. По полученным данным определяют возможные причины нарушения равновесного состояния ИСРПЭ.

Недостатком предложенного способа является ограниченная информативность из-за низкого пространственного разрешения, связанного с малым количеством датчиков тока. Увеличение количества датчиков тока внутри тракта усложняет его конструкцию и затрудняет его техническое обслуживание.

Наиболее близким аналогом заявляемого способа диагностики импульсного сильноточного релятивистского пучка электронов в тракте линейного индукционного ускорителя является способ, описанный в статье («Transport dynamics of a 19 MeV, 700 kA electron beam in a 10.8 m gas cell», T.W.L. Sanford, et. al, Journal of Applied Physics 70, 1778 (1991); doi: 10.1063/1.349493), включающий регистрацию амплитуды и формы импульсов тока пучка с помощью индукционных датчиков тока, а также дополнительную регистрацию интегральных значений дозы тормозного излучения от рассеянных на стенках тракта электронов из ИСРПЭ, с помощью набора точечных термолюминесцентных дозиметров (ТЛД). ТЛД используются в большем количестве, чем датчики тока и распределены вдоль вакуумного тракта с внешней его стороны. Последующий сопоставительный анализ полученной информации с датчиков тока и дозиметров дает более точную пространственную локализацию области потерь электронов на стенках тракта и их уровень с каждого датчика. Кроме того, ТЛД чувствительны к потерям электронов с высокой энергией и информируют об электронных потерях ИСРПЭ, которые плохо идентифицируются на фоне паразитных вторичных электронных потоков, шунтирующих высоковольтную структуру ускорительного тракта.

Недостатком данного устройства является его ограниченная информативность из-за невозможности определить изменение уровней потерь электронов в течение длительности импульса тока. Кроме того, для получения дозиметрических данных с помощью ТЛД требуется дополнительное время, связанное с их установкой в зонах с повышенным тормозным излучением, опасным для здоровья человека.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение информативности способа диагностики импульсного сильноточного релятивистского пучка электронов в тракте линейного индукционного ускорителя за счет дополнительного использования рядом с ТЛД сцинтилляционных датчиков, а также - снижение трудозатрат и сокращение времени, необходимого для диагностики пучка благодаря использованию сцинтилляционных датчиков вместо ТЛД после согласования их показаний (калибровки).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность проведения как пространственного, так и временного, в течение длительности импульса тока пучка, контроля изменения уровней электронных потерь ИСРПЭ на стенках ускорительного тракта.

Технический результат достигается тем, что в способе диагностики ИСРПЭ в тракте линейного индукционного ускорителя, заключающемся в том, что регистрируют амплитуду и форму импульсов тока пучка с помощью индукционных датчиков тока и интегральные значения доз тормозного излучения на стенках тракта с помощью ТЛД, превышающих по количеству датчики тока и установленных вдоль по тракту, анализируя полученную информацию, судят об изменении равновесного состояния пучка, связанного с амплитудно-временными изменениями импульсов тока пучка, и определяют области и уровни электронных потерь пучка на стенках тракта, новым является то, что дополняют измерительные средства набором сцинтилляционных детекторов тормозного излучения с наносекундным разрешением, при этом располагают их рядом с ТЛД, регистрируют амплитуду и форму импульсов со сцинтилляционных детекторов, калибруют их по интегральной дозе при помощи ТЛД, сравнивают амплитуды и формы импульсов со сцинтилляционных детекторов и с датчиков тока, и по результатам сопоставительного анализа дополнительно судят об изменении уровней электронных потерь ИСРПЭ на стенках тракта в течение длительности импульса тока в процессе прохождения ИСРПЭ по ускорительному тракту.

Дополнение измерительных средств набором сцинтилляционных детекторов тормозного излучения с наносекундным разрешением позволяет найти моменты временных изменений импульсов ТИ, связанные с электронными потерями ИСРПЭ на стенках тракта и с нарушениями равновесного состояния ИСРПЭ вдоль по тракту. Применение сцинтилляционных датчиков необходимо для фиксации моментов возникновения (завершения) генерации тормозного излучения (ТИ), что важно для конкретизации причин нарушения проводки ИСРПЭ.

Расположение сцинтилляционных датчиков рядом с ТЛД необходимо для калибровки датчиков по интегральной дозе. В период между калибровками использование ТЛД в экспериментах не требуется, что значительно сокращает время измерений. Кроме того, выходные световые сигналы со сцинтилляционных датчиков передаются на расстояния 10÷50 м по оптическим кабелям без значительного ослабления, а также электромагнитных помех, как правило, сопровождающих передачу сигналов по радиочастотным кабелям с детекторов мощности ТИ и присущих конструкциям мощных линейных ускорителей электронов.

Результаты измерений импульсов со сцинтилляционных детекторов сопоставляются с результатами измерений импульсов с токовых датчиков по амплитуде и форме для получения информации об изменении уровней электронных потерь ИСРПЭ на стенках тракта в процессе его прохождения по ускорителю.

Данный способ диагностики ИСРПЭ электронов в тракте мощного линейного ускорителя реализуется на линейном индукционном ускорителе ЛИУ-30, схематически показанном на фиг. 1, где:

1 - инжектор пучка электронов;

2 - пучок электронов;

3 - ускоряющая система;

4 - выводное устройство пучка;

5 - мишенный узел;

6 - датчики тока;

7 - ТЛД;

8 - сцинтилляционные датчики (сцинтилляторы);

9 - регистраторы импульсов с датчиков тока;

10 - регистраторы импульсов со сцинтилляционных датчиков.

На фиг. 2 и фиг. 4 приведены осциллограммы импульсов с датчиков тока в двух разных экспериментах на ЛИУ-30, на фиг. 3 и фиг. 5 приведены соответствующие им осциллограммы импульсов сцинтилляционных детекторов и дозовые значения ТЛД.

ИСРПЭ 2 формируется в инжекторе 1 ЛИУ-30, ускоряется при прохождении ускоряющей системы 3. Далее, перемещаясь по выводному устройству 4, пучок попадает на мишенный узел 5. Из-за поперечных неустойчивостей пучка возникают его поперечные колебания, которые нарушают динамику распространения пучка, изменяют форму импульса тока пучка, приводят к его радиальному расширению с потерей части электронов пучка 2 на стенках тракта.

Датчики тока 6 пучка (секционные индукционные датчики тока), в количестве 10 штук, устанавливаются внутри и вдоль тракта с шагом 2 м. Сцинтилляторы 8 и ТЛД 7 (32 шт.) располагаются с внешней стороны тракта с шагом 0,66 м на том же азимутальном угле, что и датчики тока.

В сцинтилляционных детекторах используются сцинтилляционные датчики с наносекундным быстродействием на основе полистирола с размерами 20×10×5 мм и пластмассовые оптические кабели, передающие свет сцинтиллятора на оптоэлектронные преобразователи, которые подключаются к входам осциллографов 10. ТЛД типа ИС-7, используемые по методике ИКС (индивидуальный контроль с помощью стекол), служат для калибровки сцинтилляционных детекторов по дозе. Они имеют размеры 10×10×1 мм, которые в 10 раз меньше габаритов сцинтилляторов и располагаются в контактной близости с ними.

Формы импульсов с датчиков тока и формы импульсов с выхода сцинтилляционных детекторов регистрируются быстродействующими цифровыми осциллографами TDS3054 (9 и 10).

По фиг. 2 и 4 видно, что токи, соответствующие передней части пучка в двух экспериментах - приближенно одинаковы, однако высокочастотные колебания на задней части импульса тока пучка во втором эксперименте значительно интенсивнее. По степени искажения формы импульса тока можно сказать, что во втором случае ИСРПЭ существенно изменил свое равновесное состояние. По фиг. 3 и 5 видно, что значения доз ТЛД и соответственно потери пучка во втором случае значительно больше. Соответственно сцинтилляционный импульс во втором эксперименте (фиг. 5) существенно отличается по форме и превосходит предыдущий по интегральному значению в ~1.5 раза. Доза ТЛД во втором эксперименте больше примерно во столько же раз. Известно, что интегральное значение сцинтилляционного импульса пропорционально дозе, поэтому сцинтилляционные детекторы можно калибровать по дозе с помощью ТЛД и в дальнейшем сцинтилляционные детекторы могут заменять ТЛД. Характерный «горб» на осциллограмме сцинтилляционного импульса, соответствующий задней части пучка (фиг. 5), коррелирует с появлением высокочастотных радиальных колебаний ИСРПЭ, при которых происходит рассеяние электронов на стенки тракта вблизи расположения сцинтилляционных детекторов.

Таким образом, по амплитуде и форме импульса сцинтилляционного детектора можно судить об изменении уровня потерь ИСРПЭ на стенках в процессе его прохождения по тракту (по наличию характерного «горба»). О величине тока пучка можно судить по форме импульсов с датчиков тока. Анализ осциллограмм со сцинтилляционных детекторов, расположенных в разных точках тракта, позволяет определить наличие отклонения пучка от траектории в данном сечении тракта и степень этого отклонения. Введение сцинтилляционных детекторов позволяет заменить усложняющие конструкцию тракта и затрудняющие его техническое обслуживание датчики тока во многих сечениях тракта. Применение способа диагностики проводки пучка позволяет контролировать изменение уровней электронных потерь ИСРПЭ, на основе которых можно судить о возможных причинах нарушения равновесного состояния пучка (например, отклонения от нормальной работы ускоряющей системы). Особенности форм осциллограмм фиг. 4 и фиг. 5 могут быть связаны с нарушением темпа ускорения электронного пучка по причине отклонения в работе системы синхронизации ускорительных блоков.

Способ диагностики импульсного сильноточного релятивистского пучка электронов в тракте линейного индукционного ускорителя, заключающийся в том, что регистрируют амплитуду и форму импульсов тока пучка с помощью индукционных датчиков тока и интегральные значения доз тормозного излучения на стенках тракта с помощью термолюминесцентных дозиметров, превышающих по количеству датчики тока и установленных вдоль по тракту, анализируя полученную информацию, судят об изменении равновесного состояния пучка, связанного с амплитудно-временными изменениями импульсов тока пучка, и определяют области и уровни электронных потерь пучка на стенках тракта, отличающийся тем, что дополняют измерительные средства набором сцинтилляционных детекторов тормозного излучения с наносекундным разрешением, при этом располагают их рядом с термолюминесцентными дозиметрами, регистрируют амплитуду и форму импульсов со сцинтилляционных детекторов, калибруют их по интегральной дозе при помощи термолюминесцентных дозиметров, сравнивают амплитуды и формы импульсов со сцинтилляционных детекторов и с датчиков тока и по результатам сопоставительного анализа дополнительно судят об изменении уровней электронных потерь импульсного сильноточного релятивистского пучка электронов на стенках тракта в течение длительности импульса тока в процессе прохождения пучка по ускорительному тракту.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиационной безопасности. Способ измерения параметров ионизирующего излучения включает этапы, на которых измеряют четырьмя счетчиками Гейгера-Мюллера ионизирующее излучение, при этом регистрация гамма-излучения осуществляется с помощью четырех счетчиков Гейгера-Мюллера СБМ-20, на каждый из которых подано напряжение 400 В от высоковольтного преобразователя, преобразователь напряжения реализует числоимпульсный способ регулирования напряжения без использования обратной связи по высокому напряжению, при прохождении частицы через чувствительный объем СГМ возникает импульс тока, что ведет к просадке напряжения на электродах СГМ, падение напряжения усиливается предварительным усилителем, формируется в положительный электрический импульс и подается на вход микроконтроллера, данный процесс происходит в каждом канале независимо, по наличию импульсов, приходящих по всем каналам, определяется количество подключенных СГМ и выбирается необходимое время счета, подсчитанные за выбранное время счета импульсы корректируются с учетом нагрузочной характеристики СГМ, после чего откорректированное количество импульсов пересчитывается в мощность дозы в мкЗв/час и выводится на экран прибора, при включенном режиме подсчета накопленной дозы, полученное значение мощности дозы умножается на время измерения и сохраняется в ячейке памяти и в дальнейшем суммируется со следующим значением измеренной дозы и так до отключения режима подсчета накопленной дозы, схема контролирует наличие питающего напряжения и в случае его резкого пропадания или уменьшения последнее полученное значение дозы сохраняется в энергонезависимой быстродействующей памяти.

Изобретение относится к области протонной радиографии, в частности к способам формирования и регистрации протонных изображений с помощью магнитной оптики. Способ регистрации протонных изображений, сформированных с помощью магнитооптической системы, включает формирование протонного пучка, который пропускают через объект исследования, и получение цифровых изображений протонного пучка до пропускания его через объект исследования с помощью первой системы регистрации и после пропускания пучка через объект исследования с помощью второй системы регистрации, конвертор которой размещают в плоскости фокусировки магнитооптической системы, настроенной на энергию протонного пучка до прохождения им объекта исследования и обеспечивающей фокусировку протонов из плоскости объекта в плоскость изображения, последующее получение теневого изображения объекта исследования путем приведения полученных изображений пучка к одному ракурсу и попиксельного деления одного изображения на другое, при этом во второй системе регистрации перед конвертором устанавливают, по крайней мере, еще один конвертор с соответствующей регистрирующей аппаратурой и получают, по крайней мере, еще одно цифровое изображение протонного пучка, которое учитывают при получении теневого изображения объекта исследования путем приведения его с изображением пучка, полученного с помощью первой системы регистрации, к одному ракурсу и попиксельного деления одного изображения на другое, при этом расстояние L между конверторами выбирают, исходя из параметров объекта исследования и магнитооптической системы, из следующего соотношения: , где: m22 - соответствующий элемент матрицы перехода М магнитооптической системы, ∂m12/∂p - частная производная по импульсу протона соответствующих элементов матрицы перехода М, Δр - разница по средней величине импульса между протонами, которые прошли через области объекта исследования с различной оптической толщиной.

Изобретение относится к области дозиметрии и спектрометрии импульсных ионизирующих излучений ускорителей, в частности импульсного электронного и тормозного излучений.

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.

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.
Наверх