Датчик положения пучков заряженных частиц
-Й С--А-Н
О Л И Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
408467
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 01 1I!.1972 (№ 1751766/26-25) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 10,XII.1973. Бюллетень № 47
Дата опубликования описания 22. IV.1974
М. Кл. Н 05h 7/00
Гасударственный комитет
Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
УДК 621.384.6(088.8) Авторы изобретения
Е. В. Арменский, В. К. Емельянов, В, М. Плужников, В. М. Рыбин и А. И. Токарев
Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт
Заявитель
ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ПУЧКОВ
ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для измерения положения центра тяжести импульсных и непрерывных пучков заряженных частиц.
Одним из наиболее известных «прозрачных» устройств для определения положения центра тяжести пучка заряженных частиц является так называемый электростатический датчик положения, состоящий из электродов специальной формы, с которых снимается сигнал, пропорциональный произведению тока пучка на величину его смещения от начала координат. Принцип работы электростатического датчика основан на регистрации заряда, наводимого на его электроды при прохождении пучка заряженных частиц.
Однако известные датчики имеют сравнительно низкую чувствительность и недостаточную помехоустойчивость, так как полезный сигнал и помеха от системы импульсного питания и ВЧ систем лежат в одной и той же временной и частотной области.
Целью изобретения является повышение чувствительности и помехоустойчивости датчика.
Для этого датчик выполнен в виде пьезорезонатора с пролетным отверстием, причем приемные электроды укреплены на внутренних стенках резонатора, образующих пролетное отверстие.
Изобретение пояснено чертежами.
На фиг. 1 приведена блок-схема датчика и схема одной из возможных конструкций датчика; на фиг. 2 — вариант схемы конструк5 ций выносного и приемного электродов; на фиг. 3 — сечение фиг. 2.
Датчик положения пучков заряженных частиц содержит выносной возбуждающий электрод 1 пьезорезонатора 2, нагруженного на
10 резистор 3. Резонатор 2 и резистор 3 помещены в электростатический экран 4 и кабелем.5 соединены со входным усилителем 6 схемы регистрации 7. Выносной электрод 1 соединен с приемным электродом 8 резонатора 2, а ре15 зистор 3 включен между выходным электродом 9 и экраном 4, к которому подсоединен также общий электрод 10, Однако, в реальных условиях на проводник, соединяющий выносной электрод 1 с приемным, может наво20 диться помеха, которая будет регистрироваться как полезный сигнал. Чтобы этого не случилось, целесообразно конструктивно объединить выносной и приемный электроды резонатора (см. фиг. 2, 3).
25 В прямоугольной пластине из пьезоактивного материала 11 вырезают отверстие прямоугольной формы. На внутренние поверхности выреза наносят приемные электроды 12, 13, 14, 15, частично выходящие на одну из боко30 вых поверхностей, где нанесен также общий
55 электрод 16 и выходные электроды 17, 18, 19
20, электроды 12, 13, 14, 15 являются одновременно и выносными и приемными электродами.
Материал пьезорезонатора должен быть поляризован так, как показано на фиг. 1 и фиг. 3, где вектор поляризации обозначен буквой Р.
Устройство работает следующим образом.
Пучок заряженных частиц наводит па приемные электроды 12 — 15 некоторый потенциал, который возбуждает в пьезорезонаторе акустические колебания, детектируемые затем выходными электродами 17 — 20. Причем возбуждаться могут как поверхностные, так н объемные волны. Объемные волны выгодно использовать при низких резонасных часготах (приблизительно до десятков мегагерц). Трудности изготовления хороших резонаторов на объемных волнах при резонансных частотах порядка сотен мегагерц, а такие частоты необходимы при измерении параметров импульсных пучков протонов в литейных ускорителях, заставляют перейти к поверхностным волнам, для которых достижение таких резонансных частот при хорошей добротности системы значительно проще. При работе с импульными пучками частиц резонатор возбуждается либо на основной частоте, либо на гармониках, а при работе с непрерывными пучками необходимо вводить модуляцию по интенсивности пучка на частоте антнрезонанса пьезорезонатора. B связи с тем, что применение резонатора дает выигрыш Ilo чувствительности в Q раз, где Q — механическая добротность резонатора, которая в зависимости от применяемого материала, частоты, способа изготовления, моды колебания может находиться в пределах от 10 до 10 .
Необходимый коэффициент модуляции для непрерывных пучков может не превышать 1% от общей интенсивности потока частиц, что часто бывает несущественно для проводимых экспериментов. Если сделать глубину модуляцйи неизменной но абсолютной величине в шириком диапазоне токов, можно добиться независимости показаний измерителя от тока без применения блока деления, что, естественно, упрощает систему и увеличивает точность измерения.
Дальнейшее повышение точности измерений можно достигнуть, используя в генераторе, модулирующем пучок частиц по интенсивности, для задания частоты тот же самый пьезорезойатор, что и в датчике, снимая сигналы с диаметрально противоположных электродов, например 17 — 19 и 18 — 20 (см. фиг. 2), можно реализовать дифференциальную схему изме5
45 рения, что повышает чувствительность вдвое и существенно улучшает помехоустойчивос1ь устройства, В таком виде датчик может быть использован в элионных установках для измерения положения луча с погрешностью порядка единиц микрометров.
Поскольку предложенное устройство по принципу действия близко к электростатическим электродам (как в первом, так и во втором случае используется заряд, индуктнрованный пучком заряженных частиц) все критерии и соотношения для выбора оптимальных размеров электродов остаются без изменения.
Таким образом, пользуясь уже известными соотношениями, можно выбрать оптимальные размеры выносного электрода 1 и определить чувствительность сигнальных электродов. Размеры пьезорезонатора определяются частотой выбранной гармоники и типом используемых колебаний.
Чувствительность всего устройства в целом будет в Q раз выше, чем у приемных электродов без пьезорезонатора, причем величину добротности Q необходимо определять на рабочей частоте и с учетом сопротивления резистора 3. Сравнение по чувствительности с другими типами датчиков можно получить, учитывая, что «обычная» величина чувствительности у электростатических электродов
100 мкв/ма.мм, у магнитоиндукционных датчиков 80 — 120 мкв/ма мм, СВЧ-резонаторных
800 мкв/ма мм.
Материал приемного электрода должен быть проводником, требования к которому точно такие, как и к электростатическим электродам.
При резонансных частотах в сотни мегагерц предложенное устройство может заменить сложные и громоздкие резонаторные датчики на протонных ускорителях, что приведеет к значительному уменьшению габаритов датчиков (примерно в 100 раз) и выигрышу в чувствительности и помехоустойчивости. Такие резонансные частоты могут быть достигнуты в механических резонаторах на поверхностных валках.
Предмет изобретения
Датчик положения пучков заряженных частиц, содержащий приемные электроды, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и помехоустойчивости, он выполнен в виде пьезорезонатора с пролетным отверстием, причем приемные электроды укреплены на внутренних стенках резонатора, образующих пролетное отверстие.
408467
20 ь„, 17 lb а 15й 1811
Фиг. 5
Редактор Ф. Хлебников
Корректор Л. Царькова
Заказ 853/16 1Лзд. № 315 Тираж 755 Подписное
Ш1ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открьггий
Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4)5
Типография, пр. Сапунова, д. 2
Р
1 бу кг Д ЮУк4
Составитель E. Громов
Техред А. Камышникова
//
