Устройство для измерения ленточных пучков заряженных частиц

 

<» 743558

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Ресаублик (61) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 03.01.79 (21) 2705667/18-25 с присоединением заявки— (23) Прнорнтет— (43) Опубликовано 30.03.82. Бюллетень ¹ 12 (45) Дата опубликования описания 30.03.82 (51)N.Кл.з Н 05 Н 7/ОО

Н01 J 47/00

Хасудлрстеениый комитет м делам изобретений и открытий (53) УДК 621.384.6 (088.8) (72) Авторы изобретеная

И. В. Лопатин, А. С. Тищенко и А. С. Богач (71) Заявитель

Специальное конструкторско-технологическое бюро с Опытным производством Института радиофизики и электроники АН Украинской ССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЛЕНТОЧНЫХ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретен не относится к электронной технике, а!именно к устройствам для,исследова ния свойств электронных пучков, и может найти применение,в .разработке и;испытаниях электрон но-оптичвсиих систем ,пр иборов СВЧ, Экспериментальное исследование структуры и па раметров электронных lII KDB является этапом разработки электронно-оптичвских систем.

Известно устройство для,исследования электронных пучков, в котором .в качестве датчика плотности .тока используется тонкий проводящий стержневой зонд, периодически пересекающий пучок. Зонд,;изготовлен ный обычно из тугопла|вкого материала, пересекает лучок в плоскостях, перпендикуля рных .к его оси. Пю за висимост и тока зонда от его положения:в пучке путем матамат ической обработки определяют,рас,пределение плотности тока:в пучке, а также размеры;и ко,нфигу.рацию праниц ауч,ка fl). Несмотря на ряд преимуществ ае,рвд другими типами укавацные зондовые устройства имеют ряд существенных, недостатков. Так, например, с их помощью ,можно исследовать только аксиально-оим меч1ричные пучки и только при арелположеяии об азимутальной однородности плот:ности тока. Исследование ленточных пуч.KoB c Hx помощью возможно только по на правлению, перпендикулярному к узким сторонам пучка прои условии усреднения плотности тока в направлен ни, перпвндиыу5 лярном х его широким сторонам. С;помощью таких анализаторов в принципе невозможно измврять .распределение,плотнюсти тока в .нанравлензои, перпендикулярном к широиим сторонам пучка, объемное ipac10 переделение плотности тока и хонфигурацию границ. Конечные размеры зонда вызывают большие ошибки при исследовании тонких пучков.

Наиболее близким техническим ретпенивм является устройство для измерения ленточных пучков,заряженных частиц, содержащее проводящий стержневой зонд, продольная ось которого перпендикулярна к ,широким сторонам пучка,,механизм, перемещвяия зонда,в двух .взанмно .перлендикулярных относительно продольной оси,исследуемого пучка направлениях и коллектор частиц. При этом механизм перемеще ния обеспечивает погружение зонда свободным козинцом таким образом, что ось зонда всегда пврпендихулярна к широким сторонам пуч.ка (2).

Пр и этом в каждом поперечном сече,нии пучка в аределах узких полос, равных по ширине диаметру .зонда, измеряются за743558

15 клон коси б зонда 1. висимости тока зонда от глубины его погружения. Дифференцирование этих зависимостей дает распределение плотности тока в пределах указан ной узкой полосы Inoперечного сечения. Перемещая зонд в,различных областях лучка, можно определить объемное распределение плотности тока, размеры и конфигурацию его границ. Конечные:размеры диаметра зонда практически не оказывают влияния .на точность измерения. Это связанно с тем, что в ленточных пучках плотность тока в слоях, иараллельных широким сторонам, из1меняется с

Расстоянием медленнее, чем в наиравлении, перпендикулярном к этим сторонам. В .пределах полосы, занимаемой, зондом при пе ремещении, плотность тоха в,каждом слое пучка можно считать ностоянной с больыой степенью точности. В месте с тем в направлении, перпендикулярном широким сторонам, в котором изменение плотности тока происходит с болышой крутизной;и в .котором требуется, высокая разрешающая способность, плотность тока определяется по величине смещения зонда, а поэтому дифференцирование токовой зависимости позволяет определять, плотность тока и его .распределение с точностью более высокой, чем в других известных а нализаторах .с KOхечными размерами датчика плотности T0,ка.

Недостатко м .известного устройств а является недостаточная точность измерений распределения плотности тока в поперечных сечениях пучка. Это .наиболее существенно проивляется,при исследовании плотklbIx интенсивных пучков с малыми абсолютными значениями толщин (0,1 — 0,2 мм).

Это происходит:из-за,непрямолинейностн,проекции торца .зонда на плоскость поперечного сечения пучка,и,неконтрол|ируемости изменения ее конфигурациями в ироцессе измерений, При исследовании тонких пучков, толщина которых сравни ма с диаметром зонда, эти факторы приводят к особенно большим качественным,и количественным ош ибкам. Он и выз ваны тем, что при криволинейной поверхности торцовой части зонд проходит слои пучка н его границы последовательно частями своего торца, тогда как токовая, информация воспринимается из условия его арямолинейности.

В тонких пучках, возможны случаи, когда осевая протяженность проекции торца зонда аревышает толщину пучка. Очевидно, что в этом случае изме ренная толщина пучка будет по крайней мере в т ри,раза больше действительной, а распределение плотности тока будет во столько же раз «растя,нуто».

Целью изобретеиия .является увеличение точности измерения распределения плотности тока в поперечных сечениях пучка при увеличении предельной допустимой

Зо

60 мощности электронной бомбардировки зонда. 1

Цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения ленточных пучков заряженных частиц, содержащем проводящий стержневой зонд, продольная ось которого перпендикулярна,к широким сторонам пучка, механизм перемещения зонда в двух взаимно перпендикулярных относительно продольной оси исследуемого пучка на правленнях ы коллектор частиц, перед зондом со стороны источника исследуемого пучка, установлена изолираваиная от зонда проводящая пластина с прямолинейным краем, ориентированным,перпендикулярно к оси,зонда,и к оси пучка,и жестко соединенная с;механизмом перемещения зонда.

На фиг. 1 изображен обуй,вид предлагаемого устройства;,на фиг. 2 — система дополнительного охлаждения зонда с помощью излучающего, радиатора; н а фиг.

3 — расположение нескольких зондов за пластиной.

Устройство для измерения ленточных пучков состоит из проводящего стержневого зонда 1, механизма 2 перемещенкя зонда 1, .коллектора 3 электронов,и проводящей пластины 4 с прямолинейным краем 5.

Ось б зонда 1 перпендикулярна к широким

:сторонам 7 электронного лучка 8. Зонд 1 связан с механизмом 2 перемещения зонда

1 в направлениях, указанных стрелками, с помощью, inanpnMqp, подвижной штанги 9

,и ла,мели 10.

Проводящая пластина 4:расположена

:перед зондом 1 со стороны источника 11 электронного лучка 8. Исто яником 11 электронного пучка 8:может быть, например„ электронная пака. Прямолинейный край

5 пластины 4 ориентирован перпендикулярно к оси 6 зонда 1 и к осн 12 электронного пучка 8. Край 5 inластины 4,расположен таким образом, что п рнмоугольная проекция зонда 1 и прямоугольная проекция кр1ая 5 на плоскость поперечного сечения пучка 8 пересекаются, т. е. концевая часть зонда 1 .расположена ниже края

5 пластины 4.

Пластина 4 связана с механизмом 2 перемещения зонда 1 и изолирована от зонда 1, например, с помощью изоляторов 13.

Механизм 2 перемещения зонда 1 может быть связан с устройством для его;передвижения вместе с зондом 1 и пластиной 4 в направлениях, указанных стрелками.

Пластина 4 m узел 14 соединения зонда

1 с механизмом 2 могут иметь аринудительно охлаждаемую конструкцию. Нижний конец зонда 1 может быть соединен с излучающим,радиатором 15 (см. фиг. 2) или с системой принудительного охлаждения. В области прямолинейного края 5 пластина 4 может иметь .скос. Пластина 4 может также иметь небольшой (Π— 5 ) на743558

Наиболее целесообразен такой вариант устройства, в котором .за пластиной 4 располагается не один, а,несколько зондов 1, изолированных,друг от друга (см. фиг. 3).

Процесс измерений происходит следующим образом.

В исходном состоянии механизма 2— верхнее положение штанги 9, электронный пучок 8 полностью попадает на пластину

4, так как ее край 5 находится выше границы пучка 8. При измерениях механизм

2,перемещает .пласпину 4 m .зонд 1 .в .налравлении, перпендикулярном к,широним сторонам 7 пучка 8, на расстояние, обеспечивающее полное выведение пластичны 4 из пучка 8 — нижнее положение штанги, 9, и затем возвращает зонд 1 и пластину 4 в исходное положение. Во время перемещения лластины 4 из исходного,положения ее прямолинейный край 5 последовательно лропускает на .коллектор 3 тонкие слои пучка 8, .параллельные широким сторонам

7. Каждый из эпих слоев пересекает зонд 1.

Если в одном из положений края 5 пластины 4 в .пучке 8 ток зонда 1!pавен

1ь а в другом — I2, и край 5 проходит от одного положения до другого .расстояние

ЛЙ, то средняя плотность тока в плоскости поперечного сечения, про,ходящего че,рез край 5 пластины 4 в той части слоя лучка

8, .которая приходится на прямоугольную проекцию зонда 1 .на это поперечное сечение,,ра вна где d — диаметр, зонда 1.

Для того, чтобы определять пloTHocTb тока в бесконечно тонких слоях пучка 8, измеряется зависимость тока зонда 1 от .величины смещения края 5, которая затем дифференцируется. Таки м образом определяется раслределение плотности тока в поперечном сечении пучка 8,,проходящем через край 5 пластины 4, в пределах полосы этого сечения, приходящейся на прямоугольную проекцию зонда 1. В пределах указанной полосы в каждом из слоев пучка 8 плотность тока практически не изменяется. Поэтому каждая точка кривой,рас.пределения дает значение плотности тока в точке пересечения, края 5 с прямоугольной проекцией оси 6 зонда 1 на поперечное сечение пучка 8. Передвигая механизм 2 перемещения зонда 1 вдоль оси 12 пучка

8 н в поперечном направлении, можно про.зондировать пучок в различных его областях и;измерить объемное распределение плотности тока.

В устройстве край 5 пластины 4 ориентирован перпендикулярно к оси 6 зонда 1.

Это необходимо для получения высокой .разрешающей способности и точности:измерений. Если край 5 ориентировать не

35 перпендикулярно к оси 6 зонда 1, то .каак-. дый слой лучка 8 будет пересекаться с краем 5 за счет перемещения болышего, чем толщина этого слоя. При этом .регистрирующий прибор отмечает значение толщины слоя, большее его действительного значения. Край 5 ориентирован перлендикулярно к оси 12 пучка 8. Это необходимо для обеспечения максимальной длины перемещения пластины с зондом вдоль .пучка.

Пересечение проекций зонда 1 и края 5 на плоскость поперечного сечения пучка 8 обеспечивает расположение концевой части зонда 1 ло отнашен;ию к лучку 8 за пластиной 4 ниже края 5. Это необходимо для того, чтобы слои лучка 8 пересекали зонд

1 и для обеспечения охлаждения зонда 1.

Наиболее целесообразна такая конструкция устройства, в которой за пластиной

4 расположено несколько .за он 1. В этом случае значительно сокращается процесс измерений и количество циклов лрохожден ия .каждого зонда через пучок. Если зонды 1 расположены в плоскости, перпендикулярной к оси 12 пучка 8, то прн достаточном и.х количестве за один цикл прохождения зондов через пучок, можно измерить распределение ллотности тока во всем поперечном сечении пучка. Уменьшение количества циклов прохождения зондов через лучок обеспечивает увеличение срока службы зондов.

Таким образом такое конструктивное выполнение позволяет повысить точность измерен|ия ленточных пучков заряженных частиц.

Фор мула изобретения

Устройство для измерения ленточных пучков заряженных частиц, содержащее проводящий стержневой зонд, продольная ось которого перпендикулярна к ши роии м сторонам лучка, механизм, перемещения зонда в двух взаимно перпендиулярных относительно продольной оси исследуемого лучка направлениях и коллектор частиц, отличаю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измереный распределения плотности тока, в пучке перед зондом со стороны источника исследуемого пучка установлена .изолированная от зонда проводящая пластина с прямолинейным краем, ориентированным, перпендикулярно к оси зонда и,к оси,пучка н жестко соединенная с механизмом перемещения зонда.

Источники информации, принятые во

BH!èMàHèå при экспертизе:

1. Бровченко В. Г. н др. Электронные устройства на электростатнчвсних ускорителях. «А — И», М., 1968, с. 188 — 189.

2. Горбатов Д. Н.;и др. Некоторые вопросы экспериментального исследования электронных пучков. У. Ф.Ж., 1971, т. 16, № 6, с. 995 (прото тип).

743558

Фиг. z

Фиг. /

Тс.".ред И. Йенчко

Корректор И. Осиповская

Редактор П. Горшкова

3аказ 255/165 Изд. № !21 Тираж 856 Подписное

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

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»