Устройство для измерения длительности импульсов заряженных частиц

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (uj683557 (61) Дополннтельное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 17,1077 (21) 2536376/18-25 с присоединением заявки H9— (23) Прморнтет—

Опубликовано 231280. бюллетень ¹ 47

Дата опублнковання описания 25,12;80 (51)М, Клз

G 01 T 1/29

Государственный коинтет

СССР но дедам нзобретеннй н открытнй (53) УДК 621. 387..42(088 ° 8) (72) Авторы изобретения

Ю. С. Павлов и В. Д. Селезнев (71) Заявитель

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженернофизический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ

ИМПУЛЬСОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к ускори" тельной технике и может быть исполь- зовано для регистрации длительности, фазовой и линейной протяженности . сгустков ускоренных электронов. 5

Как правило, в ускорителях регист— рация длительности импульсов ускоренных частиц на выходе осуществляется с помощью измерения импульса тока на экране осциллографической трубки. 10

Импульс тока поступает на осциллограф с цилиндра Фарадея, магнитоиндукционного или резонаторного преобразователей. Такими устройствами легко измеряются длительности импульсов 15 цуга сгустков от десятков — сотен

:микросекунд до десятков — сотен наносекунд.

Известное устройство L13 представ-Я ляет собой коаксиальные электромагнитные преобразователи с выходом .на, стробоскопический осциллограф и также не позволяет измерять одиночные пикосекундные импульсы. 25

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее преобразователи светового излучения из кварца, расположенного на пути пучка, электронно-оптический преабразо- 30 ватель и быстродействующую систему регистрации светового изображения.

Импульсы электронов в таком устройстве преобразуются в черенковское излучение, которое регистрируется ОЭУ.

Однако с помощью современных стробоскопических осциллографов можно обрабатывать периОдические электромагнитные сигналы и нельзя регистрировать одиночные импульсы пикосекундной длительности 23

Таким образом, задача сводится к регистрации одиночного сгустка. Определение его линейных размеров прн известных скорости движения частиц и длине волны ускоряющего поля позволяет установить фазовую протяженность сгустка и его длительность.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности, надежности и точности регистрации длительности одиночных импульсов заряженных частиц.

Это достигается тем, что преобразователь светового излучения выполнен в виде корпуса нз прозрачного вакуумно-плотного материала, внутри которого размещен многоэлектродный зонд q фрунофорным покрытием, причем стерн%и зонда перпендикулярны к

683557 продольной оси корпуса и образуют вдоль оси пролетный канал.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

К выходу ускорителя 1 подсоеди-. нен преобразователь 2 в виде прозрачной вакуумно-плотной трубы, внутри которой размещен многоэлектродный зонд. Стержни 3 зонда выполнены из тугоплавкого материала, например графита. Выбор материала стержней определяется иэ условий снижения,выхода вторичных электронов, в связи с чем взят графит, имеющий атомный номер 6.. Выход отраженных электронов из углерода при энергии падающих электронов с энергией 4 МэВ экспериментально измерен и составляет величину 0,7%. На стерЖни нанесено ка- тодолюминофорное покрытие с малым послесвечением (до 10 с).Перпендикулярно к оси преобразователя установлены регистрирующая аппаратура, состоящая из электронно-оптического преобразователя 4 (ЭОП),, сверхскОростной фотографической камеры 5 и блока 6 управления.

В качестве ЭОП можно испольэовать например, импульсный многокаскадный преобразователь с высокочастотной разверткой изображения типа УМК-93М.

Регистрирующие камеры такого типа являются в настоящее время приборами, которые позволяют получить наиболь-: шее разрешение во времени при фотографической регистрации быстропротекающих процессов. Таким образом, единственным устройством для прямого измерения ультракоротких импульсов заряженных частиц, позволяющим получить полную информацию об их временной структуре и форме, являются регистрирующие системы на основе

ЭОП и преобразователей импульсов заряженных частиц в световые импульсы.

Причем световые импульсы могут находиться в ближней ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях оптического спектра, что определяется свойствами вещества катодолюминофора.

Длина корпуса преобразователя 2

""выбрана равной. трем длинам ускоряющей волны электромагнитного поля.

Поэтому на этой длине будет одновре4 менно находиться не менее двух сгустков заряженных частиц при измерении цуга сгустков, либо один - при изме-, рении одиночных пикосекундных импульсов.

Устройство работает следующим образом.

После выхода из ускорителя 1 сформированные сгустки попадают в преобразователь 2 . Проходя через негод периферийные частицы сгустков высаживаются на стержни 3 и вызывают свечение люминофора. Таким образом, внутри преобразователя на стержнях высвечиваются участки, занимаемые частицами сгустка и, следовательно, равные длине сгустка. Это свечение с помощью электронно-оптИческого преобразователя регистрируется сверх« скоростной фотографической камерой.

На полученных снимках расстояние меж,".. ду.центрами сгустков равно длине волны ускоряющего СВЧ- поля, а длина сгустка соответствует фазовой протяженности, измеренной н долях длины

1 волны. Пересчетом с учетом скорости движения частиц определяется длитель" ность одиночного сгустка..

При движении частиц со скоростью, близкой к скорости света, фронты сгуст3« ка проходят за время 1 пс, расстояние в .0,3 мм. Поэтому для увеличения разрешающей способности стержни 3 с оптимальной толщиной 0,5 мм размещаются друг от друга на расстоянии

gg 0,5 мм и образуют в приосевой области плотное заполнение. Причем стержни, расположенные в различных сечениях корпуса преобразователя, могут быть смещены относительно друг друга на несколько градусов для оптимального о использования всей периферийной час" ти пучка. Однако стержни не смыка ются друг с другом,,так как для прохождения ускоренных частиц вдоль оси преобразователя оставлен канал 0 диаметром 0,8-0,9 от диаметра пучка на выходе ускорителя. Поэтому прозрачность устройства составляет не менее 804.

Следовательно, предлагаемое уст3« ройство прозрачно для пучка частиц и позволяет измерять длительность, фазовую и линейную протяженность одиночных сгустков ускоренных электронов .вплоть до пикосекундного диапазона.

40 Формула изобретения

Устройство для измерения длительности импульсов заряженных частиц, содержащее преобразователь светового

„ излучения; расположенный йа пути пуч4« ка, электронно-оптический преобразователь и быстродействующую систе му регистрации светового изображения, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способ« ности, преобразователь светового излучения выполнен в виде корпуса из прозрачного вакуумно-плотного материала, внутри которого размещен многоэлектродный зонд с люминофорным покрытием, причем стержни зонда перпен. дикулярны к продольной оси корпуса и е образуют вдоль оси пролетный канал.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бек Шатт. Монитор пикосекунд40 ного пучка;„ Приборы для научных исследований", 9 22, 19.72, с. 165-166.

2. Бек Шатт. Работа ФЭУ 1Р28 с субнаносекундным быстродействием.

"Приборы для научных исследований", 65 Р 5, 1976, с. 3-8.

683557

Тираж 49 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра шская наб. . 4 5 акаэ 92 9/7

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, Составитель Б. Рахманов

Ре акто Л. Письман Тех е A.Íåïàíñêàÿ Кор екто Г. Наэа ва