RU2012168C1

RU2012168C1 - Ionizing charge-particle beam current transducer

Info

Publication number: RU2012168C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Москалев; Г.И. Сергеев
Original assignee: Научно-исследовательский институт интроскопии Томского политехнического университета
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: acceleration technology. SUBSTANCE: transducer has two electrodes mounted in accelerator vacuum chamber above and below median surface, power source, loading resistors, and summing amplifier; electrodes are arranged symmetrically to median surface of accelerator and connected through loading resistors R to positive terminal of power source and through coupling capacitors, to summing amplifier inputs; negative terminal of power source is connected to grounded conducting coating of vacuum chamber. EFFECT: improved accuracy and stability of charged-particle beam current measurement. 1 dwg

Description

Изобретение относится к ускорительной технике, преимущественно к технике измерения параметров пучка заряженных частиц, и может быть использовано для измерения тока, положения и профиля пучка электронных и протонных ускорителей. The invention relates to accelerator technology, mainly to a technique for measuring the parameters of a beam of charged particles, and can be used to measure the current, position and profile of a beam of electron and proton accelerators.

Известен ионизационный преобразователь тока пучка заряженных частиц с использованием скрещенных электрического и магнитного полей, содержащий систему электродов, установленных над и под пучком заряженных частиц и соединенных с генератором сигналов треугольной формы, а также катушки Гельмгольца с источником питания и детектор вторичных частиц [1] . Known ionization current converter of a beam of charged particles using crossed electric and magnetic fields, containing a system of electrodes mounted above and below a beam of charged particles and connected to a triangular waveform generator, as well as a Helmholtz coil with a power source and a secondary particle detector [1].

Наиболее близким к изобретению является ионизационный преобразователь тока пучка заряженных частиц с извлечением вторичных электронов вдоль силовых линий магнитного поля, содержащий два электрода, установленных в вакуумной камере ускорителя над и под медианной плотностью, причем один из электродов - потенциальный -соединен с отрицательным выходом источника питания, а другой электрод - коллектор - выполнен в виде дифференциального электрода, обе секции которого с одной стороны соединены со входами суммирующего усилителя, а, с другой стороны, через сопротивления нагрузки заземлены и в точке заземления соединены с положительным выходом источника питания [2] . Closest to the invention is an ionization current transducer of a charged particle beam with the extraction of secondary electrons along magnetic field lines, containing two electrodes mounted in the accelerator’s vacuum chamber above and below the median density, one of the potential electrodes being connected to the negative output of the power source, and the other electrode — the collector — is made in the form of a differential electrode, both sections of which are connected on one side to the inputs of a summing amplifier, and, on the other, hand, grounded through the load resistance and a grounding point connected to the positive power source output [2].

Целью изобретения является повышение точности и стабильности измерения тока пучка заряженных частиц. The aim of the invention is to improve the accuracy and stability of measuring the current of a beam of charged particles.

Это достигается тем, что в устройстве, содержащем два электрода, установленных в вакуумной камере ускорителя над и под медианной плоскостью, источник питания, сопротивления нагрузки и суммирующий усилитель, электроды установлены симметрично относительно медианной плоскости ускорителя и соединены через сопротивления нагрузки с положительным выходом источника питания, а через разделительные конденсаторы - с входами суммирующего усилителя, отрицательный выход источника питания соединен с заземленным проводящим покрытием вакуумной камеры. This is achieved by the fact that in the device containing two electrodes installed in the accelerator’s vacuum chamber above and below the median plane, the power source, load resistance and summing amplifier, the electrodes are installed symmetrically with respect to the median plane of the accelerator and connected through the load resistance to the positive output of the power source, and through isolation capacitors - with the inputs of the summing amplifier, the negative output of the power source is connected to the grounded conductive coating of the vacuum circuit EASURES.

На чертеже представлена схема ионизационного преобразователя тока пучка заряженных частиц. The drawing shows a diagram of an ionization current converter of a beam of charged particles.

Устройство содержит два электрода 1 и 2, установленных в вакуумной камере 3 ускорителя, например цилиндрического бетатрона, симметрично относительно медианной плоскости 4, сопротивления нагрузки R, источник 5 питания, разделительные конденсаторы С и суммирующий усилитель 6. На внутренней поверхности камеры 3 нанесено проводящее покрытие 7. Распределение силовых линий электрического поля ионизационного преобразователя показано штриховыми линиями 8, а стрелками 9 показано направление силовых линий управляющего магнитного поля бетатрона. Внутри вакуумной камеры между электронами 1 и 2 ускоряется электронный пучок 10. The device contains two electrodes 1 and 2 installed in the vacuum chamber 3 of the accelerator, for example a cylindrical betatron, symmetrically with respect to the median plane 4, load resistance R, power supply 5, isolation capacitors C and summing amplifier 6. A conductive coating 7 is applied on the inner surface of the chamber 3 The distribution of the lines of force of the electric field of the ionization transducer is shown by dashed lines 8, and arrows 9 indicate the direction of the lines of force of the control magnetic field of the betatron. Inside the vacuum chamber between the electrons 1 and 2, the electron beam 10 is accelerated.

Устройство работает следующим образом. В результате ионизации остаточного газа в вакуумной камере 3 бетатрона ускоряемым электронным пучком в зоне нахождения пучка 10 образуются вторичные электроны и ионы, число которых пропорционально числу ускоряемых частиц. Пространственный заряд ускоряемого пучка электродов создает собственное электрическое поле, силовые линии которого направлены от центра масс пучка. Под действием этого поля вторичные электроны выталкиваются из ускоряемого пучка и попадают в зону действия извлекающего электрического поля 8 ионизационного преобразователя, образованного электродами 1 и 2 и проводящим покрытием 7. Под совместным воздействием собственного поля пучка и извлекающего поля преобразователя вторичные электроны движутся вдоль силовых линий 9 управляющего магнитного поля бетатрона на положительно заряженные электроды-коллекторы 1 и 2. Управляющее магнитное поле используется для фокусировки электронного изображения пучка ускоряемых частиц. The device operates as follows. As a result of ionization of the residual gas in the betatron vacuum chamber 3 by an accelerated electron beam, secondary electrons and ions are formed in the zone where the beam 10 is located, the number of which is proportional to the number of accelerated particles. The space charge of the accelerated electrode beam creates its own electric field, the lines of force of which are directed from the center of mass of the beam. Under the influence of this field, secondary electrons are pushed out of the accelerated beam and fall into the zone of action of the extracting electric field 8 of the ionization transducer formed by electrodes 1 and 2 and the conductive coating 7. Under the combined action of the beam’s own field and the extracting field of the transducer, the secondary electrons move along the power lines 9 of the control the magnetic field of the betatron to positively charged collector electrodes 1 and 2. The control magnetic field is used to focus the electron image beam of accelerated particles.

Так как центр масс пучка в циклических ускорителях совпадает с медианной плоскостью, а электроды 1 и 2 расположены симметрично относительно этой плоскости, то и картина распределения силовых линий электрического поля пучка и извлекающего поля также симметрична относительно медианной плоскости. Поэтому вторичные электроны, образованные выше медианной плоскости, будут извлекаться на электрод 1, а вторичные электроны, образованные ниже медианной плоскости, - на электрод 2. Электрическая цепь для вторичных электронов, собранных на электродах 1 и 2, через сопротивления нагрузки R и источник питания 5 замыкается на землю. Since the center of mass of the beam in cyclic accelerators coincides with the median plane, and the electrodes 1 and 2 are located symmetrically relative to this plane, the distribution pattern of the lines of force of the electric field of the beam and the extracting field is also symmetrical with respect to the median plane. Therefore, the secondary electrons formed above the median plane will be removed to the electrode 1, and the secondary electrons formed below the median plane will be removed to the electrode 2. The electrical circuit for the secondary electrons assembled on the electrodes 1 and 2 through the load resistance R and the power source 5 closes to the ground.

Падения напряжений на сопротивлениях нагрузки R, возникающие от протекания вторичных электронов, через разделительные конденсаторы С поступают на входы суммирующего усилителя 6, на выходе которого в итоге получается импульс напряжения, пропорциональный полному току пучка заряженных частиц. The voltage drops at the load resistances R, arising from the flow of secondary electrons, through the separation capacitors C enter the inputs of the summing amplifier 6, the output of which ultimately produces a voltage pulse proportional to the total current of the charged particle beam.

В предлагаемом устройстве собственное поле пучка усиливает извлекающее электрическое поле. Это приводит, во-первых, к увеличению коэффициента сбора вторичных электронов, а следовательно, к увеличению чувствительности и повышению точности измерений, и, во-вторых, к снижению извлекающего напряжения, что приводит к уменьшению влияния электрического поля преобразователя на устойчивость движения ускоряемого пучка и, следовательно, повышает стабильность измерений. In the proposed device, its own field of the beam amplifies the extracting electric field. This leads, firstly, to an increase in the collection coefficient of secondary electrons, and consequently to an increase in sensitivity and an increase in the accuracy of measurements, and, secondly, to a decrease in the extraction voltage, which leads to a decrease in the influence of the electric field of the transducer on the stability of the accelerated beam , therefore, increases the stability of measurements.

Предлагаемое устройство расширяет область применения ионизационных преобразователей. Его можно использовать для измерения параметров сильноточных пучков, а также параметров пучков в ускорителях с большим межполюсным зазором (в цилиндрических и сильноточных бетатронах, адгезаторах и т. п. ). The proposed device expands the scope of ionization converters. It can be used to measure the parameters of high-current beams, as well as the parameters of beams in accelerators with a large interpolar gap (in cylindrical and high-current betatrons, adhesives, etc.).

Предлагаемое техническое решение позволяет использовать его в ионизационных профилометрах и в ионизационных измерителях положения центра тяжести пучка. В устройствах для измерения профиля пучка электроды должны быть выполнены в виде расположенных на разных радиусах и изолированных друг от друга секций, а в устройствах для измерения положения центра тяжести пучка - в виде прямоугольника, разрезанного по диагонали. The proposed technical solution allows its use in ionization profilometers and in ionization meters for the position of the center of gravity of the beam. In devices for measuring the beam profile, the electrodes should be made in the form of sections located at different radii and isolated from each other, and in devices for measuring the position of the center of gravity of the beam, in the form of a rectangle cut diagonally.

Claims

IONIZED CHARGE BEAM CURRENT CONVERTER containing an accelerator vacuum chamber, the inner surface of which has a conductive coating, first and second electrodes installed in the accelerator vacuum chamber above and below its median plane, a power source, two load resistors and a summing amplifier, characterized in that the first and second electrodes are mounted symmetrically relative to the median plane of the accelerator and are connected respectively through the first and second load resistors to the positive buses power source minus the tire which is grounded and connected to the conductive coating of the vacuum chamber, wherein the first and second electrodes, respectively, through first and second capacitors respectively connected to first and second inputs of a summing amplifier whose output is the output of the converter.