Способ измерения энергии электронов в пучке
СПОСОБ ИЗМЕРЕШ Я ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОНОВ В ПУЧКЕ, заключающийся в том, что пучок электронов направляют на поглотитель, регистрируют обратно 5ассеянные электроны, вышедшие из поверхности вне обдасти падения пучка на поглотитель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно регистрируют обратнорассеянные электроны, вьш1едшие из поверхности в области падения пучка на поглотитель , и по отношению результатов регистрации судит об энергии элект1)онов в пучке. 00 as со 4;: со
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
4(51) G 01 Т 1/29
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2923064/18-25 (22) 13.05.80 (46) 15.06,85. Бюл.1Ф 22 (72) В,Б.Сорокин (71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при
Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им.С.М.-Кирова (53) 621 ° 387.424 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2797328/25, кл. С 01 Т
1/29, 1979.
2. Авторское свидетельство СССР по заявке 1 2894755/25, кл. G 01 Т 1/29, 1980 (прототип).
„„SU „„869473 А (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГИИ
ЭЛЕКТРОНОВ В ПУЧКЕ, з аключ ающийся в том, что пучок электронов направляют на поглотитель, регистрируют обратнорассеянные электроны, вышедшие из поверхности вне обдасти падения пучка на поглотитель, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно регистрируют обратнорассеянные электроны, вышедшие из поверхности в области падения пучка на поглотитель, и по отношению результатов регистрации судит об энергии электронов в пучке.
869473
Изобретение относится к измерительной технике.
Известен способ измерения энергии электронов в пучке от ускорителя, заключающийся в том, что пучок элект- 5 ронов направляют на поверхность неизменного поглотителя, регистрируют электроны в поглотителе, регистрируют обратнорассеянные поглотителем электроны, вышедшие из поверхности 10 поглотителя за пределами области поверхности, на которую непосредственно падает пучок электронов, и по результатам регистрации судят об энергии электронов в пучке jlj I5
Известен также способ измерения энергии электронов в пучке от ускорителя, заключающийся в том, что пу" чок электронов направляют на поверхность неизменногопоглотителя,регист- щ рируют обратно рассеянные электроны, вышедшие из поверхности вне области падения пучка на поглотитель, на которую непосредственно падает пучок электронов, регистрируют обратно- 25 рассеянные электроны, вышедшие на всех расстояниях от оси пучка и по отношению результатов регистраций судят об энергии электронов в пучке (2j .
Способ не требует введения детекторов в поглотитель, но чувствительность этого способа не достаточно высокая, особенно при контроле энергии электронов в узких пучках, что З5 ограничивает точность измерений.
Целью изобретения является повышение точности измерений за счет повышения чувствительности к изменениям энергии электронов, особенно 40 в узких пучках.
Указанная цель достигается тем, что при способе измерения энергии электронов в пучке, заключающем ся в том, что пучок электронов нап- 45 равляют на поглотитель„ регистрируют обратнорассеянные электроны, вышедшие иэ поверхности вне области падения пучка на поглотитель, дополнительно регистрируют обратно- 50 рассеянные электроды, вышедшие из поверхности в области пучка на поглотитель, и по отношению результатов регистрации судят об энергии электронов в пучке. 55
Поскольку поток обратнорассеянных электронов, вышедших из области поверхности поглотителя, на которую непосредственно падает пучок, пропорционалем току пучка и уменьшается с увеличением энергии электронов в пучке, а поток обратнорассеянных электронов, вышедших за пределы области поверхности поглотителя, на которую непосредственно падает пучок, пропорционален току пучка .и увеличивается с увеличением энергии электронов в пучке, то отношение этих потоков не зависит от тока пучка. Чувствительность же отношения к изменениям энергии электронов в пучке равна сумме чувствителькостей к изменениям энергии каждо,го из потоков.
Чувствительность потока обратнорассеянных электронов, вышедших из области поверхности поглотителя, на которую непосредственно падает пучок, к изменениям энергии электронов выше, чем чувствительность к изменениям энергии электронов в пучке потока обратнорассеянных электронов, вышедших из поверхности поглотителя на всех расстояниях от оси пучка, особенно для узких пучков. Это определяет более высокую чувствительность предлагаемого способа, особенно при измерении энергии электронов в узких пучках по сравнению с известным способом.
На фиг.1 приведена схема, поясняющая предлагаемый способ измерения энергии электронов в пучке от ускорителя; на фиг ° 2 — радиальные распределения тока обратнорассеянных электронов на поверхности поглотителя при различных энергиях электронов в пучке, для точечного мононаправленного пучка; на фиг. 3 — то же, для узкого пучка заданного сечения; на фиг. 4 " то же, для широкого пучка заданного сечения; на фиг. 5 зависимости тока обратнорассеянных электронов, вышедших из поверхности поглотителя за пределами области поверхности, на которую непосредственно падает пучок, и тока обратнорассеянных электронов, вышедших из области поверхности поглотителя, на которую непосредственно падает пучок от энергии электронов в пучке.
5 p(rplrp се = koplEl
3 8б94
Пример. При измерении отклонения энергии электронов от номинального значения, например, Eо = 5 МэВ (см,фиг. 1), в колли ированном до диаметра 27. = 0,08 см пучке от бетатрона при облучении, например, поглотителя из материала с плотностью з
p = 8 г/см и эффективным атомным номером 2 = 50, регистрируют ток обратнорассеянных электронов, вышед- 10 ших из поверхности образца за пределами области с радиусом R, = 0,1775 см, который устанавливается согласно соотношению 0,5 R (Е) (R -r ) >
)0,3 R (Е), 15 где R (F) — пробег электронов в поглотителе с энергией Е, равной средней энергии электронов, для диапазона, в 20 котором проводятся измерения Е = 0,5, (е,+ еД, где е1+ E — диапазон, в котором проводятся измерения. 25
Например, E = 4,5 МэВ, аЕ = — 5,5 МэВ. Одновременно регистрируют ток обратнорассеянных электронов, вышедших из области поверхности поглотителя с диаметром 2 г„
0,08 см, на которую непосредственно падает пучок. Пучок в данном случае является узким, так какг p Находят отношение результатов регистраций и по нему судят об энергии, 35 электронов в пучке, причем как при измерении, гак и при калибровке используют один и тот же неизменный поглотитель. Рассчитанные распределейия тока обратно рассеянных электронов на поверхности поглотителя P /г p, E/ при разных энергиях электронов точечного мононаправленного по нормали пучка с единичной плотностью тока представлены в видеоигр Р (r p, Е Ц > на фиг.2. Распределения рассчитаны методом Монте-Карло. Площади под кривой численно равны интеграль,ному коэффициенту обратного рассеяния, т. е. Распределения обратнорассеянных электронов по поверхности поглотителя ф (г, Е) для рассматриваемого примера при энергиях электронов 4МэВ и 6МэВ при единичной плотности тока пучка показаны на фиг. 3 и 4. Видно, что распределение в пределах области г для г, = 0,04 см (узкий пучок)сильно зависит от энергии (см.фиг.3) в то время как для г„ = 0,44 см (широкий пучок, Г„ р R (E)) зависимость распределения в пределах г от энергии электронов в пучке гораздо слабее (см; фиг. 4) а Влияние уменьшения плотности материала поглотителя (см.фиг.3,4) приводит к такому же изменению распределений, что и увеличение энергии электронов в пучке, что требует неизменности поглотителя при калибровке и измерениях для обеспечения однозначности. Результат регистрации тока обратнорассеянных электронов, вышедших в пределах области поверхности с радиусом Г = 0,04 см (51 пропорционален току пучка о и величине о Ь, lpl = 5 Ф1, El 1 а результат регистрации тока обратно рассеянных электронов, вьппедших за пределами области поверхности поглотиФеля с радиусом Rp = 0,1775 см (R г,), пропорционален току пучка 1 и величине kr(pl=59(r E)гас .. зависимости о (E) H $ (E) для рассматриваемого 1 2 примера при единичной плотности тока пучка приведе;:.и на фиг.5, 3 где г =0,04см, )=8г/см "о = 0 0825 см; Д Rp = 0,135 см; 1 о = Оу 1775 сму 1У Rî 0,22 см; У вЂ” R = 0,135 см, =4 г/см, г = 0,04 см; У1 О, 4825 см, p = 8 г/см Го = 0,44 см; У11 — Я = 0,5775 см, P = .8 г/см, Г = 0,44 см У111 — Го ас 0,44 см, P = 8 г/см 1X — Г = 0,04 см, p = 8 г/см Х вЂ” Гр = 0,04 см, P = 4 г/см Здесь же приведена зависимость О:> те(1 =5 т1г ст "3г з, характеризуюо щая способ — прототип. Кривые У и Х показывают влияние изменений в плотности поглотителя, через соответствую5 8694 73 щие изменения радиальных распределений на ход зависимостей 1 (Е) и т . (Г), что иллюстрирует появление неоднозначности в определении энергии электронов в пучке при изменении плот-5 ности материала поглотителя между отдельными измерениями. Отношение результатов регистраций для предлагаемого способа g = "т/q И не зависит от тока пучка о . 10 и 9о .У ((Е) =,ф(2®, Q о,2 а 0 E5 о Ч oi2 При этом чувствительность отношения к изменениям энергии электронов в пучке для предлагаемого способа равна а при реализации способа-прототипа При этом минимальное регистрируемое относительное отклонение энергии электронов в пучке для прецлагаемомого способа при аппаратурной нестабильности 1 „ „ равно о .н а для способа-прототипа а для способа-прототипа 34 1 312) — — о + о2 gE Е, З (. Для данного примерам 2= 0,9 МэВ, а 9 = 0,46 КэВ . При плотности 12 -2 тока пучка, равной 1 = 10 см с среднее количество обр; тно рассеян30 ных электронов, вьппедших из поверхности поглотителя за пределами области с радиусом Р = 0,1775 см единичный интервал времени, и> = 1,5 ° 10 среднее число обратно рассеянных З5 электронов, вышедших из области поверхности поглотителя, на которую непосредственно падает пучок 1т1 = 1,1" 10 а среднее число обрат7 но рассеянных электронов, вышедших из поверхности поглотителя на всех + расстояниях от оси пучка И = 1,6>10 При длительности измерений, равной, среднеквадратичные значения флуктуаций этих величин соответ- 4 ственно равны й,= 3 =-Гй, d,=.1п, =-111, . cl,- Г,Г- 1н, 50 Среднеквадратичное значение флуктуаций отношения а = " /.„. при реализации предлагаемого способа при этом равно т 2 Если б «(d» > что соответству т(%!2 ет6.. с< (йа„ц и времени измерений о,т Ыад ц Ь 2 то точность способов определяется их чувствительностями и нестабильностью аппаратуры ° 1 1ао н ап. Н Е<.2 - . о,2 5, При этом точность предлагаемого со,z способа в К— Е1д т1я „„ --т- -- — — 2 раза выше, чем 5(1 р точность способа-прототипа. О Предлагаемый способ измерения энергии электронов в пучке от ускорителя обеспечивает более высокую чувствительность и точность измерений энергии электронов в пучке, чем известный способ, особенно в узких пучках без введения детекторов в поглотителе. Способ предназначен для исследований нестабильности коллимированных пучков быстрых электронов от источников на основе ускорителей, применяемых в электронной дефектоскопии, плотнометрии и толщинометрии. Преимущества способа важны в связи с освоением энергетического диапазона 1-10 МэВ. 869473 Редактор С.Титова Корректор H.Гирняк Техред А Бабинец Подписное Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 Заказ 44б8/1 Тираж 748 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
