Устройство для измерения энергии пучка ускоренных электронов в поле облучения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В ПОЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ, содержащее два металлических изолированных друг от друга электрода, установленных последовательно по ходу пучка, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, электроды расположены в вакууме на расстоянии друг от друга в плоскости, перпендикулярной направлению распространения пучка частиц, каждый электрод окружен экранной сеткой, имеющей отрицательный по отношению к электродам потенциал , причем электроды выполнены в ййде сфер, для которых удовлетворяется соотношение /), ф Oj J, , где Д| и J( - плотность и диаметр первоА сферы, и сЗ плотность и диаметр второй сферы соответственно.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) О!) з(ю Н 01 J 47/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР, ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г%

° °

° ° (21) 2868396/18-25 ,,(22) 10. 01 . 80 (46) 07.11.84.Бюл. N 41 (72) К.А.Виноградов, В.А.Воронцов и В.М.Демин (71) Московский Ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-физический институт (53) 539.1.074(088 ° 8) (56) 1. Радзиевский Г.В.„ Глазунов П.Я., Варин А.Н. Калориметр-коллектор для измерения энергии ускоренных электронов, ПТЭ, 1976,2,с.105108.

2. Дронин В.Н. Милованов О.С .

Экспресс-измеритель тока и энергий ускоренных электронов. В.сб: Доклады 2-го Всесоюзного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве. Ленинград>

Наука, 1976, т. 2, .с. 224-251 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

3HEPPHH II KA 7CKOPEH4blX 33IEKTP0H0B

В ПОЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ, содержащее два металлических изолированных друг от друга электрода, установленных носледовательно по ходу пучка, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, электроды расположены в вакууме на расстоянии друг от друга в плоскости, перпендикулярной направлению распространения пучка частиц, каждый электрод окружен экранной сеткой, имеющей отрицательный по отношению к электродам потенциал, причем электроды выполнены в виде сфер, для которых удовлетворяет-" g ся соотношение p, d, ф p d где р» и J»,— плотность и диаметр первой сферы, à- р и 3 — плотность и диаметр второй сферы соответственно.

1 886б

Изобретение относится к области ускорителвной техники, преимущественно к технике измерения параметров пучков заряженных частиц, и может быть использовано для контроля параметров полей облучения больших размеров на ускорителях, используемых в прикладных целяхе При формировании полей облучения на выходе ускорителей часто необходи- 10 мо знать не только дозное распределение, но и параметры, непосредственно его определяющие, такие, как распределение йо полю облучения плотностц тока и средний по спектру энергии.

Известен калориметрический преоб разователь, содержащий обычный калориметр, измеряющий полную энергию пучка, и щи1индр Фарадея, измеряющий ток (Ц . Средняя энергия частиц, находится как результат нормировки сигнала калориметра на полный ток.

Обеспечить требуемое пространственное разрешение при измерении раснределения энергии и плотности тока данныи устройством можно в принципе двумя путями: локализовать измерение с помощью установленного перед дат- . чиком коллиматора электронного потока; выполнить монитор тока и средней энергии с размерами, обеспечивающими требуемую локализацию измерений. Реализация первяго варианта связана с трудностями сканирования поля облучения громоздким и сложным устройством. Уменьшение размеров калориметра до требуемых приводит к тому, что

) датчик перестает быть монитором полного поглощения и возникает. принципиальная трудность нормирования на плотность тока.

Кроме того, это устройство имеет .недостаточные пространственное разрешение и инерционность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является

45 устройство для измерения энергии пучка ускоренных электронов в поле облучения, содержащее два металлических изолированных друг от друга. электрода, установленных последова тельно по ходу пучка (2).

Первый электрод выполняет функцию поглотителя, второй собирает прошед шие поглотитель электроны, являясь 55 по существу цилиндром Фарадея. Ток с первой пластины-поглотителя пропорционален току падающего пучка и

60 зависит от энергии частиц. Осущест-: ° вляя нормировку на полный ток, получают зависимость коэффициента поглощения от энергии.

Использование коллиматора пучка на входе в преобразователь для обеспечения требуемого пространственного разрешения связано с большими трудностями ориентирования коллиматора относительно расходящегося потока частиц в поле облучения. Кроме того, обеспечение необходимого углового разрешения (характеристика датчика критична к углу влета пучка частиц) приводит к большим потерям интенсивности и искажению энергетического состава пучка за счет частиц, провзаимодействовавших с краями ко. лиматора .

Простое уменьшение поперечных размеров пластин монитора также приводит к большнм погрешностям измере,ния, так как в этом случае градуировочная характеристика зависит от ориентирования датчика в дозном поле.

Кроме того, невозможно создать дат чик полного поглощения типа цилиндра Фарадея с поперечными размерами меньше размеров сечення пучка, что исключает воэможность точного.нормирования сигнала первой пластины.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения распределения средней по спектру энергии.и плотности потока в поле облу-. чения.

I

Целью изобретения является повышение точности измерения распределения средней по спектру энергии и . плотности тока в поле облучения.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном устройстве для измерения энергии пучка ускоренных электронов в поле облучения, ñîäåðжащем два металлических изолированных друг от друга электрода, установленных последовательно по ходу пучка, электроды расположены в вакууме на расстоянии друг от друга в плоскости, перпендикулярной направлению распространения пучка частиц. Каждый электрод окружен экранной сеткой, имеющей отрицательный по отношению к электродам потенциал. Причем электрод выполнен в виде сфер, для которых удовлетворяется .соотношение р. Д, f р Д, где, р и d< — плотность и диаметр первой

3 886 сферы, а р> и 32 . — платность и диаметр второй сферы соответственно.

На фиг. 1 показано предложенное устройство..

Металлические сферические электро- ды 1 и 2 подвешены на тонких металлических нитях 3 в цилиндрическом вакуумном объеме, образованном титановой фольгой 4. Электроды окружены экранной сеткой 5. 10

Поток релятивистских электронов пронизывает титановую фольгу 4 и взаимодействует с электродами 1 и 2.

Часть электронов поглощается в теле датчиков, образуя избыточный отрицательный заряд, который стекает по проводам 3 в измерительный блок.

Расстояние 0 между. сферами выби- рается в таким расчетом, чтобы сокра- тить до допустимого уровня попадание рассеянных и вторичный электронов с одной сферы на другую. В то же время оно должно быгь минимально, чтобы исключить ошибки, связанные е колебаниями плотности тока за время пере-д мещеиия датчика на.это расстояние.

Токи 3< и 3g электродов 1 и 2 иропорцйональны плотности т ка пучка 1 в данной точке поля с координатой Х и являются функц п ми. энергии

После измерения обеих зависимостей и их совмещения на оси координат энергию определят как функцию частного от деления двух токов, исключая . ахеи самым токовую составляющую.

Выбор материала и диаметра сфер 40 ,рпределяется следующими соображениямке

Получением наибольшей чувствительности в широком диапазоне изменения энергии частиц

Реализацией широкого диапазона работы датчика, соответствующего диапазоиу энергий ускорителей рассматриваемого fazacca (1-15 МэВ);

Получением требуемого пространст- .50 венного разрешения;

Получением линейной характеристики во всем диапазоне работы.

Последнее требование вызвано наличием сравнительно широкого энерге- 55 тического спектра у большинства ускорителей, работающих в указанном диапазоне. Можно показать, что абсорб660 4 ционный датчик измеряет .среднюю по спектру энергию только в случае ли; нейности его характеристики. Отклонение от линейности приводит.к появлению ошибки, которую можно трактовать.как случайную, поскольку форма спектра не контролируется.

Проведенные исследования показали, что реализовать датчик можно только на компромиссной основе. Лучшие результаты получены для первой;сферы, выполненной из свинца радиусом;

R =4,1 г/см, покрытой слоем алюминия толщиной 0,27 г/см, и второй,выполненной из олова с радиусом ИЕ =

=1,65 г/см .

Зависимость коэффициента поглощения электронов для обеих сфер приведена на фиг. 2. Из нее видно, что в широком диапазоне энергий характеристики линейны, и для выбранного варианта первой сферы сигнал с нее не зависит от энергии, т.е.2, " )(1 (х). Такой эффект объясняется тем,что для сферического" поглотителя с опреде..ленным соотношением диаметра, плотности и заряда ядра металла в широком диапазоне энергий может быть получено равновесие в соотношении отраженных и прошедших электронов с од-! ной стороны и поглощенных электронов . с другой. Слой алюминия. нанесен на поверхность свинца для продления ли- . нейной части характеристики L4(1 ) в область низких энергий.,Такая конст" рукция первого. электрода позволяет . производить не. только нормировку, но и измерение распределения-плотности тока. В сферическом абсорбциониом датчике наблюдается значительная потеря заряда за счег низкоэнергетичной компоненты вторичных электро"., нов, искажающей градуировочную характеристику. Для исключения этого явления датчик помещен в отпаянный ва". куумный объем. Запирающий потенциал приложен .к цилиндрической. сетке. Такое конструктивное решение позволяет запереть вторичные электроны, выходящие как с поверхности датчика, так и с титановой фольги.

Предлагаемое устройство дает возможность с высокой точностью изме" рять распределение плотности тока и средней энергии в электронных полях облучения с размерами от нескольких сантиметров и выше в диапазоне 1-15 МэВ.

886660 е

А/й 4/4

0,5

Составитель С.Простов

Редактор Л.Утехина Техред Л.Иикеш Корректор С.йекмар

Заказ 8905/1 . Тирах 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент *, г.Ужгород, ул.Проектная, 4