Способ измерения аксиальной скорости вращающегося кольцевого сгустка заряженных частиц и устройство для его осуществления

 

1. Способ измерения аксиальной скорости вращающегося кольцевого сгустка заряженных частиц, включающий измерение радиуса и азимутальной скорости сгустка, поглощение частиц в веществе поглотителя и регистрацию поглощенных частиц, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерения, поглощение и регистрацию количества частиц сгустка осуществляют в двух аксиально разнесенных поглотителях, и по отношению измеренных величин определяют аксиальную скорость сгустка. 2. Устройство для измерения аксиальной скорости вращающегося кольцевого сгустка заряженных частиц, содержащее коллектор - поглотитель и измеритель радиуса кольца, соединенс в ные со схемой регистрации, отли (Л чающееся тем, что в него введен второй коллектор-поглотитель, при этом оба коллектора-поглотителя выполнены аксиально протяженными с радиальными размерами, перекрывающими сечение кольцевого сгустка частиц, а их азимутальные размеры равны длине полного пробега частиц сгустка в веществе коллектора-поглотителя. , 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3525431/18-? 1 (22) 20. 12. 82 (46) 30. 08. 87. Бюл. У. 32 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) Г.В.Долбилов, И.В.Кузнецов, Э.А.Перельштейн и А.П.Сумбаев (53) 621.384.6(088.8) (56) Долбилов Г.В. и др. Измерение параметров электронно-ионного кольца коллективного ускорителя ионов методом времени пролета" Сообщение ОИЯИ

Р9-80-126, 1980.

Dester ЧЛ. et al Single particle

and collective effects observed in

the electron beam of the Maryland

ERA experiment "IEEE Transactions on

Nuclear Science vol NS-22, N 3, 1975, р. 995. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АКСИАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ КОЛЬЦЕВОГО СГУСТКА

ЗАРЯ)ЮННЫХ ЧАСТИЦ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ измерения аксиальной скорости вращающегося кольцевого сгустка заряженных частиц, включающий измерение радиуса и азимутальной скорости сгустка, поглощение частиц в веществе поглотителя и регистрацию поглощенных частиц, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью сокращения времени измерения, поглощение и регистрацию количества частиц сгустка осуществляют в двух аксиально разнесенных поглотителях, и по отношению измеренных величин определяют аксиальную скорость сгустка.

2. Устройство для измерения аксиальной скорости вращающегося кольцевого сгустка заряженных частиц, содержащее коллектор — поглотитель и измеритель радиуса кольца, соединен" ные со схемой регистрации, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что в него введен второй коллектор-поглотитель, при этом оба коллектора-поглотителя выполнены аксиально протяженными с радиальными размерами, перекрывающими сечение кольцевого сгустка частиц, а их азимутальные размеры равны длине полного пробега частиц сгустка в веществе коллектора-поглотителя.

1097 173

Изобретение относится к ускорительной технике, .а именно к коллективному методу ускорения заряженных частиц электронными кольцами, и может быть использовано для настройки и исследования режимов работы ускорителяя.

Известен способ измерения скорости электронно-ионных колец по времени 10 пролета, заключающийся в том, что измеряют время, эа которое кольцо пролетает дрейфовое пространство, и затем по известным значениям длины пути и времени пролета определяют ак- 15 сиальную скорость кольца.

Недостаток способа заключается в непригодности его для измерения скорости сгустков, движущихся с ускорением. 20

Наиболее близким известным техническим решением к изобретению является способ измерения аксиальной скорости вращающегося кольцевого сгустка заряженных частиц, включающий измере- 25 ние радиуса и азимутальной скорости поглощения частиц в веществе и их регистрации.

В процессе осуществления этого способа фотографическим методом ре- 30 гистрируют черенковское излучение, возникающее при взаимодействии электронов с плексигласовой пластинкой, расположенной перпендикулярно направлению аксиального движения сгустка. ,На пути электронов непосредственно перед пластинкой располагают поглотитель требуемых размеров в азимутальном и аксиальном направлениях.

Вследствие поглощения электронов при 40 прохождении поглотителя на фотографии образуется изображение кольца с тенью от поглотителя. Затем на фотографии измеряют угловые размеры тени и на основе этой величины определяют 45 аксиальную скорость электронов.

Устройство для измерения аксиальной скорости вращающегося кольцевого сгустка заряженных частиц содержит коллектор-поглотитель, измеритель ра- 50 диуса кольца, соединенные со схемой регистрации. !

Недостатками способа и устройства являются длительное время и большая трудоемкость процесса определения скорости сгустка.

Целью изобретения является сокращение времени измерения.

Цель достигается тем, что по предлагаемому способу измерения аксиальной скорости вращающегося кольцевого сгустка заряженных частиц, включающему измерения радиуса и азимутальной скорости сгустка, поглощение частиц в веществе поглотителя и их регистрацию, поглощение и регистрацию количества частиц сгустка в веществе осуществляют в двух аксиально разнесенных поглотителях и по отношению измеренных величин определяют аксиальную скорость сгустка.

В предлагаемое устройство для измерения аксиальной скорости вращения кольцевого сгустка заряженных частиц, содержащее коллектор-поглотитель и измеритель радиуса кольца, соединенные со схемой регистрации, введен второй коллектор-поглотитель, при этом оба коллектора-поглотителя выполнены аксиально протяженными с радиальными размерами, перекрывающими малое сечение кольцевого сгустка частиц, а их аэимутальные размеры равны длине полного пробега частиц сгустка в веществе коллектора-поглотителя.

Способ заключается в следующем.

Вращающийся кольцевой сгусток заряженных частиц движется в продольном магнитном поле с индукцией В. Радиус кольца R,è азимутальная скорость Ч могут быть однозначно определены, например, исходя из энергии частиц, инжектируемых в магнитное поле при формировании сгустка, и индукции магнитного поля.

Перемещаясь в аксиальном направлении со скоростью 7, сгусток взаимодействует с двумя аксиально разнесенными поглотителями, обеспечивающими полное поглощение частиц, падающих на них со скоростью V, . Аксиальные размеры первого по ходу частиц поглотителя равны величине h а размеры второго выбирают на основе предполагаемого интервала изменения отношения скоростей 7 и V и условия регистрации всех частиц сгустка, миновавших первый поглотитель.

Расстояние h сгусток пролетит со скоростью V за время t = †. За это

K V

z. же время в азимутальном направлении он повернется на угол В = - -. рад.

V h кч

1097173

° (2) 45 )1 г

Ускоряясь в спадающем магнитном поле соленоида, электроны кольца частично поглощаются в первом коллекто- 50 ре-поглотителе 3, а второй коллекторпоглотитель 4 регистрирует остальные электроны, миновавшие первый коллектор-поглотитель.

Собранные на коллекторах заряды измеряются зарядо-чувствительными приборами 5 и 6.

Отношение измеренных зарядов на коллекторах определяет отношение по55

Это означает, что на первом поглоV h тителе высадится N = N — — частиц

r 02ГЩ

Ф где N — полное число частиц в сгустке. Оставшаяся часть частиц сгустка, V h равная N = N (1 — — — ) остановит2 о 2лЩ ся во втором поглотителе. 10

Величины N, и М можно определить, например, путем измерения заряда поИг 2«RV глощенных частиц. Тогда — = — — — 1

N1 U!I

15 или V = (t + - ) — .

N ЬЧ

N, 2«К

Таким образом, экспериментально измеряемые величины Н /N,, R и Ч, однозначно определяют аксиальную ско- 20 рость Ч частиц сгустка.

На чертеже изображено устройство для реализации предлагаемого способа.

Оно содержит электронное кольцо 1, соленоид 2, первый коллектор-поглоти- 25 тель 3, второй коллектор-поглотитель

4, зарядо-чувствительные приборы

5и6.

Электронное кольцо 1 (энергия электронов Š— 20 мэВ) формируется в магнитном поле  — 1,5 Т.

Радиус кольца в начале ускорения

R„ = 4 см и его можно определить, на- пример, путем измерения синхротронного излучения.

Электронное кольцо ускоряется в градиентном спадающем вдоль оси ускорения магнитном поле соленоида 2.

В рассматриваемом примере электроны ультрарелятивистские и с хорошей 40 точностью можно поглотить Я + tII

<-г

1 (fb = Ч/С) (1), тогда выражение (1) приводится к виду

Ng глощенных ими частиц —, на основе ! которого в соответствии с выражением (2) находится Р

Следует отметить, что при ускорении электронного кольца в медленно спадающем магнитном поле радиус кольца возрастает (для рассматриваемого примера примерно на 107). С учетом увеличения радиуса кольца выражение (2) приводится к виду

Полная ошибка в измерении определяется азимутальными размерами коллекторов, аксиальной протяженностью h первого коллектора и точностью измерения заряда.

В рассматриваемом примере отношение азимутальных размеров коллекторов (-4-5 мм к периметру кольца 240 мм) составляет 2Х. Ошибка в определении

,обусловленная аксиальным размером

h "- (2-10 мм) составляет 17.. Ошибка измерения заряда с учетом вторичных электронов, возникающих при взаимодействии электронов кольца с коллектором, составляет 107. Тогда полная

1гошибка — — — 15K.

Рг

В случае ускорения электронного кольца с ионным наполнением Д изменяется в пределах 0 3 О,?. Если

I Мг принять < — О 1 - — 1 и R - -40мм

В

< то h = 125 мм.

При изменении от 0 до 0,2 соотношение Н /N, изменяется в предеN лах 0 - 4.

Ионы, ускоряемые вместе с электронным кольцом, азимутальной скорости не имеют и поэтому на коллекторах не высаживаются.

Таким образом технические преимущества способа и устройства в сравнении с базовым образцом заключаются прежде всего в том, что они позволяют значительно сократить время проведения эксперимента (примерно -10 раз) и упростить процесс извлечения величины измеряемой аксиальной скорости частиц из экспериментальных данных.

В результате способ позволяет автоматизировать процесс настройки и контроля режима работы ускорителя.