Устройство для измерения длительностии заряда сгустков заряженных частиц

 

Союз Советскик

Социаннстически к

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<п>753339

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ (6)) Дополнительное к авт. свид-ву (5(}М; Клз (22) Заявлено 0502.79 (21) 2721597/18-25 с присоединением заявки М

Н 05 Н 7/00

Н 01 J 40/00

Государственмый коммтет

СССР яо деаан изобретеинй в открытий (23) Приоритет

Опубликовано 3006,81. Бюллетень М 24

Дата опубликования описания 30,06,81 (53) УДК 621. 384.6 (088.8) (72) Автор изобретения

Ю.С.Павлов

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт (71) Заявитель (54 ) . УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

И ЗАРЯДА СГУСТКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для измерения длительности и заряда сгустков ускоренных электронов.

Известно устройство для измерения параметров сгустков заряженных частиц с пикосекундным разрешением, содержащее черенковский излучатель, оптическую систему, фотоэлектронный умножитель и стробоскопический осциллограф (1) . Сгусток электронов в таком устройстве испускает черенковское излучение, проходя через 10-см ячейку, заполненную ксеноном при атмосферном давлении. Счет из ячейки через толстое окно из плавленного кварца собирается при помощи плоского зеркала и передается по оптической системе к фотоэлектронному умножителю.Сигнал 20 от ФЭУ из экспериментального помеще. ния передается по кабелю с пенополистироловой изоляцией на широкополосный стробоскопический осциллограф.

Такое устройство является полупрозрачным для проходящего через череиковский излучатель электронного пучка. Часть пучка теряется из-эа рассеяния электронов на фольгах переднего и заднего разделительных окон; 30 черенковской ячейки и на ксеноне, который находится. в ячейке при атмосферном давлении. Кроме потерь электронов, установка черенковской ячейки вносит существенную расходимость в выходящий из ускорителя электронный пучок. Рассеяние электронов в ячейке приводит к тому, что черенковское излучение в таком устройстве испускается не в узком конусе, а в различных направлениях, что приводит к уменьшению интенсивности света и к трудностям его передачи в оптической системе.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения параметров пучков заряженных частиц, содержащее кюветы с веществом, чувствительным к электромагнитному полю, источник света оптической системы и регистрирующую аппаратуру (21 . В таком устройстве пучок заряженных частиц возбуждает электромагнитное поле, пролетая вблизи кюветы, под действием которого изменяется оптическая плостность жидкого вещества в кюветах. Недостатком такого ус:.ройства является конструктивная сложность установки кюветы в пролетную трубку ускорителя, что при753339 водит к малой помехоустойчивости устройства и увеличивает габариты устройства. Использование жидкости в качестве оптического элемента приводит к малой чувствительности и значительной инерционности устройства в целом. .Цель изобретения — повышение чувствительности,. точности и помехоустойчивости.

Это достигается тем, что в известном устройстве, содержащем преобразователь, чувствительный к электромагнитиому излучению пучка, выходящего из ускорителя, источника светового излучения и системы регистрации, включающей поляризаторы светового излучения и элементы его транспортировки, преобразователь выполнен в виде коаксиала, нагруженного у входа на емкость, на выходе — на согласованную поглощающую нагрузку, и распо- Щ ложенного так, что его внутренний проводник соосен с траекторией движения сгустков и имеет пролетный канал, а оптический элемент выполнен в виде кристалла, не имеющего центра симметрии, расположенного в полости коаксиала на траектории светового излученкя так, что его оптическая ось параллельна этой траектории и перпендикулярна оси коаксиала.

Схема устройства для измерения форьы и интенсивности сгустков заряженных частиц пикосекундной длительности показана на чертеже.

K выходу ускорителя 1 подсоединен преобразователь 2, который представля- 5 ет собой полый коаксиал, на входе которого имеется емкостной зазор 3, в котором есть отверстие для пролета ускоренных сгустков электронов из ускорителч в пролетную трубку 4. 4О

На выходе коаксиала. имеется согласованная поглощающая нагрузка 5 из абсорбирующей твердой высокочастотной керамики, например альси ер. В полость коаксиала помещен кристалл б дигндрофосфата аммония АДР +

+ ЙН Н Р04 . Полостн коаксиала в местах контакта с кристаллом имеют отверстия для прохождения светового излучения от лазера 7. Для передачи оптических сигналов после кристалла служат зеркала 8, а изменять плоскость поляризации света можно с помощью призматических поляризаторов никелей 9. Световое излучение регистрируется с помощью электронно- Ы5 оптического преобразователя 10 и фотохронографа 11.

Устройство работает следующим образом. После выхода из ускорителя

1 сгусток электронов попадает в пролетную трубку 4. Сгусток электронов при энергии 10-20 МэВ является релятивистким и электромагнитные поля, связанные с ним, движутся в направлении движения пучка. Когда сгусток пересекает емкостной зазор 3 полого коаксиала 2 электромагнитные поля, связанные с сгустком, расширяютсяи передаются по коаксиальной линии в направлении пучка со скоростью света. Результирующая электромагнитная волна типа ТЕМ, пройдя коаксиал поглощается в согласованной нагрузке 5. Проходя вдоль коаксиала электромагнитная волна возбуждает в кристалле продольное электрическое поле, параллельное оптической оси кристалла, и кристалл становится двулучепреломляющим. Вдоль оптической оси кристалла непрерывно пропускается свет, который после кристалла б зеркалами 8 направляется в систему регистрации. В момент прохождения электронного сгустка через емкостной зазор коаксиала происходит поворот плоскости поляризации проходящего через кристалл светового излучения.

Известно, что кристаллы дигидрофосфата калия и дигидрофосфата аммония, которые не имеют центра симметрии, при отсутствии электрического поля обладают свойствами одноосной.анизотропной среды и свет распространяется вдоль оптической оси таких кристаллов не претерпевая двойного лучепреломления. Если вдоль оптической оси кристалла приложить электрическое поле, то кристалл осуществляет поворот плоскости поляризации проходящего через него света на определенный угол, который линейно пропорционален величине приложенного напряжения — эффект Поккельса.

Для обнаружения этого оптического эффекта в оптическую систему введены два поляризатора 9 с взаимно перпенцикулярными плоскостями поляризации. Поэтому в промежутке между электронными сгустками свет не проходит от лазера в систему регистрации, а пропускается оптической системой лишь в момент прохождения сгустка через емкостной зазор коаксиала. Таким образом на фотохронографе 11 можно измерять длительность электронного сгустка, а интенсивность прошедшего через оптическую систему светового излучения зависит от величины заряда сгустка.

Использование в предлагаемом устройстве эффекта Поккельса, который линейно зависит от приложенного электрического поля и практически безинерционен, позволяет перенести процесс измерений параметров электронного сгустка в оптический диапазон длин волн. Величину интенсивности светового излучения, прошедшего сквозь оптическую систему в h10мент пролета сгустка электронов через датчик, легко оценить, исп л:.— зуя известнос отношение Поккельсз: » Ъ

Е L

=0 ь прои э

753339

Формула изобретения где < — длина волны лазера, n — показатель преломления кристалла;

r;- электроопти олеский коэффициейт кристалла, Š— напряженность. электрическоI

ro поля в коаксиале, — длина кристалла, 3> - интенсивность излучения лазера.

Для кристалла NH4 Н бР04. и„

1,52, r = 8,5. Например, при

5500 Й, L = 50 мм, 3„ = 10 Вт/см, E = 1 В/см интенсивность излучения, прошедшего через оптическую систему на вход регистрирующей аппаратуры, равна 3* = 4i10 4 Вт/см . Такой вели- I5 чины интенсивности вполне достаточно для регистрации излучения на электронно-оптических преобразователях. которые обладают чувствительностью до 10 Н - 10 Дж/см . 20

Использование в предлагаемом устройстве широкополосного коаксиально го преобразователя позволяет измерять форму импульсов пикосекундной длительности с активной шириной 25 спектра в десятки гигагерц.

Расположение оптического кристал- ла в полость коаксиала позволяет осуществить экранировку от внешних электромагнитных полей. Высокая помехозащищенность выгодно отличает пред- З ложенное устройство от известных, что позволяет проводить прецизионные измерения малоинтенсивных импульсов короткой длительности.

Вместо коаксиала в устройстве так- З5 же может быть использован отрезок симметричной воздушной полосковой ли ни и.

Предлагаемое устройство не вносит потерь в исследуемый электронный 40 сгусток, который теряет лишь несколь}co вольт в энергии при прохождении емкостного зазора коаксиала.

Таким образом, предлагаемое усгройство прозрачно для измеряемого электронного пучка; обладает достаточной чувствительностью, позволяет измерять длительность сгустков с временным разрешением до 10 с и интенсивность сгустков заряженных частиц.

Устройство для измерения длительности и .заряда сгустков заряженных частиц, содержащее преобразователь, чувствительный к электромагнитному излучению пучка, выходящего из ускорителя, источник светового излучения и систему регистрации, вкЛючающую поляризаторы светового излучения и элементы его транспортировки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, точности и помехоустойчивости, преобразователь выполнен в виде коаксиала, нагруженного у входа на емкость, на выходе — на согласованную поглодающую нагрузку и расположенного так, что его внутренний проводник соосен с траекторией движения сгустков и имеет пролетный канал, а оптический элемент выполнен в виде кристалла, не имеющего центра симметрии, расположенного в полости коаксиала на траектории светового излучения так, что его оптическая ось параллельна этой траектории и перпендикулярна оси коаксиала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Иона. Система импульсного радиолиза в широком временном интервале с пикосекундным разрешением. ПНИ, 1975, М 1, с. 70-75.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2519523/18-25, кл. H 05 Н 7/00, 30.04.78 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 4528/18

Тираж 889 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4