Измеритель параметров пучков заряженных частиц

 

САН ИЕ !7! 30I07

Союз Советских

Социалистических

Ресл)!блик

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.10.78 (21) 2677004/18-25 (5)),Ч Кл з

G 01Т 1/17 с присоединением заявки ¹ по делам изобретений (43) Опубликовано 30.07.82. Бюллстс!!1, ¹ 28 (53) УДК 621.387.42 (088.8) и открытий (45) Дата опубликования описания 30.07.82 (72) Авторы изобретения

P. Я. Страковская и А. Г. Стась (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПУЧКОВ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к конструкции устройств для детектирования излучения, принцип действия которых основан на пнроэлектрическом эффекте, и может быть использовано для количественного измерения параметров пучков заряженных частиц, а также в качестве датчика в цепях управления ускорительпыми устройствами.

Известна конструкция приемника излучения, представляющего собой диск из поляризованной керамики, например титаната бария (1). На диск нанесены металлические электроды. При облучении падающий пучок излучения тормозится в материале электрода, а прирост температуры передается керамике и на электродах выделяется сигнал, пропорциональньш поглощаемой энергии.

Однако такой детектор измеряет только один параметр пучка — мощность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является измеритель параметров пучков заряженных частиц, содержащий пироактивный элемент с сигнальным электродом и электродом — поглотителем частиц, а также систему регистрации с блоком измерения мощности и блоком деления сигналов (21.

Устройство содержит пироэлектрический приемник из пироактивного материала с

Государственный комитет (23) Приоритет толщиной, превышающей длину пробега электронов, который разделен на две секции. Пироэлектрическпй материал первой секции покрыт с облучаемой стороны поглотителем толщиной, превышающей длину пробега электронов, а ппроэлектрический материал второй секции с облучаемой стороны покрыт электродом, прозрачным для электронов данной энергии, при этом и) первая секция приемника через истоковый повторитель подключена к измерителю мощности, а также к о 101 )I сложения и блоку деления: вторая секция приемника через истоковый повторитель подключена к

)5 олоку сложения, выход которого, в свою очередь, подключен к блоку деления, В таком устройстве сигнал первой секции пропорционален мощности пучка )1, а . сигнал второй секции пропорционален сум20 ме мощности пучка и количеству электронов, прошедших «прозрачный» электрод.

Сигналы с обеих секций согласовываются и поступают на блок измерения мощности, блок суммирования (определения тока пучка) и блок деления (определение средней энерпш пучка), Недостатками указанного устройства являются: невозможность проведения одновремен30 ных измерений в одной точке поля;

730107 JIo)KH0cTI конструктивного исполпешгя детектора, состоящего из двух секций; необходимость производить вычитание (суммирование) сигналов, что является источником погрешности.

Целью изобретения является одновременное измерение в одной точке поля временных распределений плотности потока энергии, плотности потока частиц, а также средней энергии частиц в течение длительности импульсов излучения.

Поставленная цель достигается тем, что в измерителе параметров пучков заряженных частиц, содержащем пироактивный элемент с сигнальным электродом и электродом — поглотителем частиц, а также систему регистрации с блоком измерения мощности и блоком деления сигналов, в него введен блок измерения величины тока частиц с нагрузочным сопротивлением

R>, подключенный к электроду — поглотителю, блок измерения мощности нагружен сопротивлением Rl и подключен к сигнальному электроду, причем величины R, и R2 удовлетворяют соотношению с 1 ) 2 п

"1 ; Е где т — длительность пзмерясмых импульсов излучения;

Š— средняя энергия частиц;

Crt, С, т, Л вЂ” параметры пироэлектрического элемента — емкость, теплоемкость, пироэлектрический коэффициент и площадь соответственно.

Подключение к электроду — поглотителю резистора R с блоком измерителя тока позволяет использовать электрод — поглотитель в качестве цилиндра Фарадея и осуществлять измерение тока поглощаемых частиц с выделением сигналя, пропорционального плотности потока частиц с известной площади сечения. Сигнал, пропорциональный мощности пучка, снимается с пироактивного элемента. При этом как тепловой сигнал, пропорциональный мощности излучения, так и ток пучка определяются одним детектором, так что производится измерение в одном месте поля (в двухсекционном детекторе ток определяется в Одном месте, а мощность — в другом).

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Измер((тс(((, ((яряметров пу (ков заряженных частиц включает в себя д(т(ек.(ор пзлу (с((и я II спс (ему рс(истр яцfl fl сп! ((((ЯОВ., (е сктОр из ((у (с!!(!я состои If 5 с((г((ÿ Jf!>!!Îго электрода 1, пироактивпого элсмс(((а 2 ! (эл е ктр од а — п огл от и тел я 3.

Сигнальный электрод с помощью пагрузочного сопротивления Rl подклк(чсн к блоку 4 измерения мощности. Электрол— поглотитель через нагрузочное сопротивление R2 подключен к блоку 5 измерения величины потока частиц, Блок 4 измерения мощности и блок 5 измерения величины тока подключены к блоку деления 6.

Падающий на детектор пучок заряженных частиц поглощается электродом 3, имеющим толщину более пробега частиц в данном материале. При этом мощность из10 лученпя, выделившаяся в поглотителе, в результате теплопроводности передается пироактивному элементу, а заряд частиц стекает через Рг на землю. В соответствии со схемой включения эквивалентный генератор пироэлектрического тока подключен последовательно с сопротивлениями RI u

R>, а эквивалентный генератор тока частиц подключен параллельно сопротивлениям

И

Пироэлектрическое напряжение, выделившееся на нагрузке Rl, равно (полярность сигнала зависит от напряжения поляризации детектора). Одновременно на нагрузке Rl выделится «фарадеевск ий» си (ч! ал у у (2 зо Rf + R>

Суммарный сигнал а нагрузке Rl равен

UP, = U„, + Уф.

Точность измерения пироэлектрпческого сигнала определяется выбором соотношения между R!,и Rz л;Zÿ (! + 2 С пли с у (етом того, что Д2«Р(, имеем

А2/R i /

Выбор величины нагрузочного сопротивления Rl определяется длительностью измеряемого импульса т и емкостью пнроэлск-(;) трпческого элемента

-.-р,c„.

Объединяя два условия работы устройства в одно неравенство получаем а и где т — длительность импульса, с;

ф— емкость детектора, мкФ;

Л вЂ” площадь детектирования излучения, см; у — ппроэлектричсскпй коэффициент, кл/г. К;

Д(C — те(IJ(o(ìêoc f ь дс! (ктора, и()

Š— сред!пня эперп(я частиц, эВ.

Чем сильнее вторая часть ((еравенства, тем выше точность измерения мощности излучения. Как видно из приведенных соот((5 нои(ений, чем больше э((сргия частиц и чем

730107 выше пирокоэффициент, тем легче повысить точность измерений мощности излучения, Пироэлектрический сигнал, регистрируемый блоком 4, пропорционален мощности излучения 5

@=ED (), а сигнал, регистрируемый блоком 5, про! А порционален плотности тока частиц У ( см - /

С помощью блока деления определяется третья характеристика излучения — средняя энергия Е (МэВ), Таким образом, предлагаемое устройст- 15 во позволяет одновременно в одной точке поля измерять основные параметры пучков заряженных частиц — мощность излучения (плотность потока энергии), ток (плотность потока частиц) и среднюю энергию 20 частиц в течение одного импульса излучения.

Применение предлагаемого устройства перспективно для развития метрологии пучков заряженных частиц, а также для 25 решения прикладных задач радиационной техники, например может быть использовано в качестве датчика в целях управления ускоритель ыми устройствами.

Формула изобретения

Измеритель параметров пучков заряженHblx частиц, содержащий пироактивный элемент с сигнальным электродом и элек- 35 тродом — поглотителем частиц, а также систему pcl lierðÿöèè с блоком измерения мощности и блоком деления сигналов, от" л и ч а ю шийся тем, что, с целью одновременного измерения в одной точке поля временных распределений плотности потока энергии, плотности потока частиц, а также средней энергии частиц в течение длительности импульсов излучения, в него введен блок измерения величины тока частиц с нагрузочным сопротивлением подключенный к электроду — поглотителю, блок измерения мощности нагружен сопротивлением Rl и подключен к сигнальному электроду, причем величины Rl и R удовлетворяют соотношению

>R )Rç где т — длительность измеряемых импульсов излучения;

Š— средняя энергия частиц;

С„, С, А, у — параметры пироэлектрического элемента — емкость, теплоемкость, площадь и пироэлектрический коэффициент соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Berkner К. Н., Meyrs В. К. and Руll

P. V. Rev Sci IrIstrum. 1968, 39, 8, P. P.

1204 †12.

2. Авторское свидетельство СССР

Л" 496845, кл. G 01T 1 00, 1974.

730107

Составитель В. Макаров

Корректор Л. Исаева

Техред А. Камышникова

Редактор М, Кузнецова

Заказ 1023/10 Изд. No 186 Тираж 719 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )1(-35, Ра1шская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2