Ускоритель высокоскоростных твердых частиц с контролем вектора скорости частиц

Полезная модель относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Ускоритель высокоскоростных твердых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, блок подачи напряжения на электроды, цилиндрические электроды, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блок сопряжения, электронно-вычислительную машину, усилитель пачки импульсов переменной длительности, каскадный генератор, мишень, согласно полезной модели в ускоритель введен вычислительный модуль, подсоединенный к измерительному модулю, состоящему из первого измерительного усилителя, второго измерительного усилителя, третьего измерительного усилителя, земляного экрана, измерительных электродов, земляных электродов. Преимуществом данного ускорителя является возможность контролировать вектор скорости высокоскоростной частицы в процессе ее полета. 2 иллюстрации.

Полезная модель относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц.

Известен ускоритель высокоскоростных твердых частиц, основанный на ускоряющей системе Слоуна-Лоуренса, состоящий из инжектора, линейного ускорителя, двух индукционных датчиков, цилиндрических электродов, источника фиксированного напряжения, усилителей, селектора скоростей, генератора управляемой частоты и мишени (Слеттери, Беккер, Хамерменш, Рой. Линейный ускоритель для моделирования микрометеоритов. (Приборы для научных исследований., 1973, т. 44, 6.)

Наиболее близким аналогом является УСКОРИТЕЛЬ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ С АВТОПОДСТРОЙКОЙ ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ПО РАДИУСУ МИШЕНИ (Патент на изобретение 2451434 МПК H05H 5/00 опубликован 20.05.2012). Ускоритель высокоскоростных твердых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, согласно изобретению между второй парой индукционных датчиков и первым цилиндрическим электродом установлены четыре параллельных электрода, каждый из которых связан с блоком подачи напряжения на электроды, мишень выполнена из стекла, на поверхности которого нанесена пленка люминофора, а с обратной стороны его установлена ПЗС-матрица, соединенная с блоком обработки данных с ПЗС матрицы, которое управляет блоком подачи напряжения на электроды Недостатком данного изобретения является невозможность контролировать вектор скорости высокоскоростной частицы в процессе ее полета.

Поставлена задача - измерять скорость высокоскоростной частицы.

Поставленная задача достигается тем, что ускоритель высокоскоростных твердых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, блок подачи напряжения на электроды, цилиндрические электроды, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блок сопряжения, электронно-вычислительную машину, усилитель пачки импульсов переменной длительности, каскадный генератор, мишень, согласно полезной модели в ускоритель введен вычислительный модуль, подсоединенный к измерительному модулю, состоящему из первого измерительного усилителя, второго измерительного усилителя, третьего измерительного усилителя, земляного экрана, измерительных электродов, земляных электродов.

Сущность полезной модели поясняется чертежами:

на фиг. 1 изображен общий вид ускорителя совместно с обслуживающей аппаратурой;

на фиг. 2 изображен измерительный модуль.

Устройство содержит инжектор 1, индукционные датчики 2, усилители 3, линейный ускоритель 4, источник фиксированного высокого напряжения 5, четыре параллельных электрода 6, селектор скоростей 7, селектор удельных зарядов 8, блок подачи напряжения на электроды 9, цилиндрические электроды 10, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11, блок сопряжения 12, электронно-вычислительную машину 13, усилитель пачки импульсов переменной длительности 14, каскадный генератор 15, вычислительный модуль 16, измерительный модуль 17, мишень 18, первый измерительный усилитель 19, второй измерительный усилитель 20, третий измерительный усилитель 21, земляной экран 22, измерительные электроды 23, земляные электроды 24.

Каждый из индукционных датчиков 2 соединен с входом соответствующего усилителя 3, выход первого усилителя 3 соединен с первым входом селектора удельных зарядов 8, выход второго усилителя 3 соединен с входом селектора скоростей 7 и вторым входом селектора удельных зарядов 8, выход селектора скоростей 7 и выход селектора удельных зарядов 8 соединены с входами генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11, выход генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 соединен с первым входом усилителя пачки импульсов переменной длительности 14, выходы которого соединены с цилиндрическими электродами 6, выход каскадного генератора 15 соединен со вторым входом усилителя пачки импульсов переменной длительности 14, выход третьего усилителя 3 соединен с входом блока сопряжения 12, который соединен с электронно-вычислительной машиной 13 и генератором изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11. Измерительный модуль 17 состоит из двух трубок, каждая из которых состоит из земляного экрана 22, трех земляных электродов 24, трех измерительных электродов 23, подключенных к первому измерительному усилителю 19, второму измерительному усилителю 20, третьему измерительному усилителю.

Устройство работает следующим образом. Инжектор 1 генерирует заряженные частицы в заданном диапазоне масс с частотой порядка 1 Гц. Заряженная частица последовательно проходит первый индукционный датчик 2, линейный ускоритель 4, второй индукционный датчик 2, цилиндрические электроды 10, третий индукционный датчик 2 и попадает на люминофор 17. Первая пара индукционных датчиков 2 и линейный ускоритель 4 предназначены для определения параметров частицы (удельного заряда Q/m и начальной скорости V₀). Пролетая внутри индукционного датчика, частица наводит на него потенциал обратного заряду частице знаку. Так как датчик изготовлен из металла, то его поверхность эквипотенциальна, а значит, не имеет значения с какой части снимать напряжение. По поступающим с индукционных датчиков сигналов селектор скоростей 7 и селектор удельных зарядов 8 формируют на своих выходах цифровой код начальной скорости частицы и код ее удельного заряда. В селекторе скоростей 7 измеряются временные интервалы пролета частицей центров датчиков для первого и второго индукционных датчиков 2. Измеренные временные интервалы прямо пропорциональны скорости движения частицы. Пройдя через линейный ускоритель 4, частица получает приращение скорости. Аналогично первому датчику работает второй. По поданным в генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 кодам начальной скорости и удельного заряда на его выходе формируется пачка импульсов, которая создает ускоряющее поле между каждой парой электродов 10. Данное поле меняется во времени соответственно положению частицы в ускоряющем тракте. Параметры пачки выбираются из ряда данных для формирования импульсов, заранее заложенных в генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 с ЭВМ 13. Усилитель пачки импульсов переменной длительности 10 усиливает сформированные генератором изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 импульсы. Усиленные импульсы поступают на цилиндрические электроды 10. Третий индукционный датчик 2 подключен к блоку сопряжения 12 и служит для получения выходных данных. Затем уже ускоренная частица попадает на мишень 18 и весь процесс повторяется. ЭВМ 13 производит статистику эксперимента и динамическое управление ускорителем. Пролетая через измерительный модуль 16, на измерительные электроды 23 наводится импульс от пролетающей заряженной частицы. На основе полученных сигналов вычислительный модуль 16 формирует управляющие напряжения на четырех электродах с помощью блока подачи напряжения на электроды 9, чтобы частица точно попадал в центр мишени 18. Вычислительный модуль 16 так же производит вычисление вектора скорости частиц.

Регулировка заканчивается, когда частицы начнут попадать точно в центр мишени.

Ускоритель высокоскоростных твердых частиц, содержащий инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, блок подачи напряжения на электроды, цилиндрические электроды, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блок сопряжения, электронно-вычислительную машину, усилитель пачки импульсов переменной длительности, каскадный генератор, мишень, отличающийся тем, что в ускоритель введен вычислительный модуль, подсоединенный к измерительному модулю, состоящему из первого измерительного усилителя, второго измерительного усилителя, третьего измерительного усилителя, земляного экрана, измерительных электродов, земляных электродов.