RU204393U1 - Device for measuring the spatial characteristics of ionizing radiation beams - Google Patents
Device for measuring the spatial characteristics of ionizing radiation beams Download PDFInfo
- Publication number
- RU204393U1 RU204393U1 RU2021105367U RU2021105367U RU204393U1 RU 204393 U1 RU204393 U1 RU 204393U1 RU 2021105367 U RU2021105367 U RU 2021105367U RU 2021105367 U RU2021105367 U RU 2021105367U RU 204393 U1 RU204393 U1 RU 204393U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scanning elements
- ionizing radiation
- scanning
- transverse
- holders
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
Abstract
Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована для измерения параметров пучков ионизирующих излучений: поперечных размеров, формы, поперечных профилей, положения, расходимости, эмиттанса. Устройство содержит сканирующие элементы, зажимы, держатели, энергодисперсионный рентгеновский детектор, линейный транслятор. Сканирующие элементы выполнены Г-образной формы и закреплены зажимами в держателях, связанных при помощи шарнирных соединений с направляющими, которые прикреплены к основанию также шарнирными соединениями, кроме того, устройство дополнительно содержит моторизованный привод, осуществляющий управление сканирующими элементами. Предлагаемая полезная модель позволяет простым способом производить измерение характеристик пучков ионизирующих излучений: поперечных размеров, поперечных профилей, положения в пространстве, расходимости, эмиттанса.The utility model relates to accelerator technology and can be used to measure the parameters of ionizing radiation beams: transverse dimensions, shape, transverse profiles, position, divergence, emittance. The device contains scanning elements, clamps, holders, an energy-dispersive X-ray detector, and a linear translator. The scanning elements are made L-shaped and fixed with clamps in holders connected by means of hinged joints with guides, which are also attached to the base with hinged joints, in addition, the device additionally contains a motorized drive that controls the scanning elements. The proposed utility model makes it possible to measure in a simple way the characteristics of ionizing radiation beams: transverse dimensions, transverse profiles, position in space, divergence, emittance.
Description
Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована для измерения параметров пучков ионизирующих излучений: поперечных размеров, формы, поперечных профилей, положения, расходимости, эмиттанса.The utility model refers to accelerator technology and can be used to measure the parameters of ionizing radiation beams: transverse dimensions, shape, transverse profiles, position, divergence, emittance.
В связи с низкой стоимостью и простотой конструкции широкое распространение для измерения профилей пучков заряженных и нейтральных частиц получили проволочные сетки, проволочные сканеры, щелевые сканеры.Due to the low cost and simplicity of design, wire meshes, wire scanners, and slot scanners are widely used for measuring the profiles of beams of charged and neutral particles.
Известен «Способ измерения параметров пучка заряженных частиц» (SU № 1684829, публ. 15.10.1991 г.). В патенте описывается устройство, содержащее маску, в которой под определенным углом проделаны щели. Измерение профилей пучка заряженных частиц описанным способом происходит при построении зависимости тока пучка, прошедшего через систему щелей, от его положения. К недостатку такой системы можно отнести высокую тепловую нагрузку, которой подвергается маска, что накладывает ограничение на значение тока пучка.The known "Method for measuring the parameters of a beam of charged particles" (SU No. 1684829, publ. 15.10.1991). The patent describes a device containing a mask in which slits are made at a certain angle. The measurement of the profiles of the beam of charged particles by the described method occurs when plotting the dependence of the current of the beam passing through the system of slits on its position. The disadvantage of such a system is the high thermal load to which the mask is subjected, which imposes a limitation on the value of the beam current.
В патенте под названием «Устройство измерения плотности тока пучков заряженных частиц» (US № 3600580A, публ. 17.08.1971 г.) описывается проволочный сканер, предназначенный для измерения поперечных профилей пучков заряженных частиц высокой интенсивности. Основу сканера составляет бериллиевый провод толщиной 0.25 мм. Главной особенностью устройства является высокая скорость движения провода (около 6 м/с) в перпендикулярном оси пучка направлении и тот факт, что движение провода во время сканирования профиля осуществляется за счет инерции. В процессе сканирования измеряется ток, образующийся при взаимодействии исследуемого пучка заряженных частиц со сканирующим проводом. К недостаткам такого устройства можно отнести сложность осуществления измерений профилей пучков заряженных частиц в различных точках вдоль оси пучка, так как в этом случае потребуется установка нескольких таких сканеров (что не всегда возможно из-за ограничений, накладываемых на значения габаритных размеров устройства) или установка нескольких проволочек, с каждой из которых придется отдельно обрабатывать сигнал (что усложняет систему измерений).The patent entitled "Device for measuring the current density of beams of charged particles" (US No. 3600580A, publ. 17.08.1971) describes a wire scanner designed to measure the transverse profiles of beams of charged particles of high intensity. The base of the scanner is 0.25 mm beryllium wire. The main feature of the device is the high speed of movement of the wire (about 6 m / s) in the direction perpendicular to the beam axis and the fact that the movement of the wire during profile scanning is carried out due to inertia. In the course of scanning, the current generated by the interaction of the investigated beam of charged particles with the scanning wire is measured. The disadvantages of such a device include the complexity of measuring the profiles of beams of charged particles at various points along the beam axis, since in this case it will be necessary to install several such scanners (which is not always possible due to the limitations imposed on the overall dimensions of the device) or the installation of several wires, each of which will have to separately process the signal (which complicates the measurement system).
Также известно техническое решение, описанное в патенте под названием «Монитор для точного измерения вертикального и горизонтального профилей пучков» (US № 20050068048A1, публ. 31.03.2005 г.). Устройство предназначено для измерения пары поперечных профилей (во взаимно перпендикулярных направлениях) пучка частиц одновременно в двух местах вдоль оси пучка. Возможность проведения таких измерений обеспечивается вращением четырех проволочек геликоидальной формы в области прохождения пучка. В процессе измерений регистрируется зависимость тока вторичных электронов от угла поворота сканера. К недостаткам такого устройства можно отнести возможное изменение формы тонких проволочек в процессе сканирования, что повлечет искажение измеряемой зависимости, а также сложность увеличения числа точек вдоль оси пучка, в котором производится сканирование. Кроме того, проблемы могут возникнуть при придании проволочкам требуемой формы.Also known is the technical solution described in the patent entitled "Monitor for accurate measurement of vertical and horizontal profiles of beams" (US No. 20050068048A1, publ. 03/31/2005). The device is designed to measure a pair of transverse profiles (in mutually perpendicular directions) of a particle beam simultaneously in two places along the beam axis. The possibility of such measurements is provided by rotating four helicoidal wires in the region of the beam passage. In the course of measurements, the dependence of the secondary electron current on the scanner rotation angle is recorded. The disadvantages of such a device include a possible change in the shape of thin wires during scanning, which will distort the measured dependence, as well as the difficulty of increasing the number of points along the axis of the beam in which scanning is performed. In addition, problems can arise when shaping the wires to the desired shape.
Известно устройство (Cutler R.I., Mohr J.K., Whittaker J.K., Yoder N.R. A high resulution wire scanner beam profile monitor with a microprocessor data acquisition system // IEEE Transactions on Nuclear Science, 1983, Vol. NS-30, No. 4, P. 2213–2215), в котором измерение пары поперечных профилей пучка заряженных частиц определяется по току вторичной электронной эмиссии, образующемуся при взаимодействии частиц пучка с проволочкой, имеющей Г-образную форму. К недостаткам такого устройства можно отнести возможность измерения профилей только в одной точке пространства и сложность разделения сигналов при использовании в устройстве нескольких проволочек.Known device (Cutler RI, Mohr JK, Whittaker JK, Yoder NR A high resulution wire scanner beam profile monitor with a microprocessor data acquisition system // IEEE Transactions on Nuclear Science, 1983, Vol. NS-30, No. 4, P. 2213-2215), in which the measurement of a pair of transverse profiles of a beam of charged particles is determined from the secondary electron emission current generated by the interaction of the beam particles with an L-shaped wire. The disadvantages of such a device include the ability to measure profiles only at one point in space and the complexity of signal separation when using several wires in the device.
Известно устройство (Ross M.C., Seeman J.T., Bong E., Hendrickson L., McCormick D., Sanchez-Chopitea L. Wire scanners for beam size and emittance measurements at the SLC // Conference Record of the 1991 IEEE Particle Accelerator Conference, San Francisco, CA, USA, 1991, vol.2, pp. 1201–1203) для определения профилей пучков при помощи фотоэлектронного умножителя регистрируется интенсивность тормозного излучения, образующегося в проволочках Г-образной формы. К недостаткам такого устройства можно отнести невозможность разделить сигналы от разных проволочек и тот факт, что тормозное излучение релятивистских частиц направлено преимущественно вдоль их скорости, поэтому детекторы, регистрирующие тормозное излучение, приходится устанавливать как можно ближе к оси пучка (чему могут препятствовать конструкционные особенности вакуумной системы).Known device (Ross MC, Seeman JT, Bong E., Hendrickson L., McCormick D., Sanchez-Chopitea L. Wire scanners for beam size and emittance measurements at the SLC // Conference Record of the 1991 IEEE Particle Accelerator Conference, San Francisco, CA, USA, 1991, vol. 2, pp. 1201–1203) to determine the beam profiles using a photomultiplier tube, the intensity of bremsstrahlung generated in the L-shaped wires is recorded. The disadvantages of such a device include the impossibility of separating signals from different wires and the fact that the bremsstrahlung of relativistic particles is directed predominantly along their velocity; therefore, detectors recording bremsstrahlung radiation have to be installed as close as possible to the beam axis (which can be hindered by the design features of the vacuum system ).
Наиболее близким по исполнению к предлагаемой полезной модели является устройство, описанное в патенте «Рентгенофлуоресцентный проволочный сканер профилей пучков ионизирующих излучений» (RU № 182076 U1, публ. 07.08.2018 г.). Устройство состоит из держателя, зажимов, сканирующих проволочек, линейного транслятора и энергодисперсионного детектора рентгеновского излучения. Измерение характеристик пучка ионизирующего излучения в этом устройстве осуществляется при перемещении набора проволочек из разных материалов в перпендикулярном к оси пучка направлении. При этом энергодисперсионный детектор регистрирует интенсивность характеристического рентгеновского излучения, образующегося в проволочках, в зависимости от их положения. К недостаткам такого устройства можно отнести возможность измерять характеристики пучка только в одной плоскости, что не позволяет определить форму пучков с несимметричным поперечным сечением и их реальное положение в пространстве, а также невозможность изменять во время работы положения проволочек относительно друг друга, что существенно осложняет проведение измерений в случае, когда характеристики пучков существенно изменяются с течением времени.The closest design to the proposed utility model is the device described in the patent "X-ray fluorescent wire scanner of ionizing radiation beam profiles" (RU No. 182076 U1, publ. 07.08.2018). The device consists of a holder, clamps, scanning wires, a linear translator and an energy-dispersive X-ray detector. Measurement of the characteristics of the beam of ionizing radiation in this device is carried out by moving a set of wires of different materials in the direction perpendicular to the axis of the beam. In this case, the energy dispersive detector registers the intensity of the characteristic X-ray radiation generated in the wires, depending on their position. The disadvantages of such a device include the ability to measure the characteristics of the beam in only one plane, which does not allow determining the shape of beams with an asymmetric cross section and their real position in space, as well as the impossibility of changing the position of the wires relative to each other during operation, which significantly complicates the measurements. in the case when the characteristics of the beams change significantly over time.
К общим недостаткам аналогов и прототипа следует отнести невозможность увеличения числа сканирующих элементов без осложнения конструкции системы сбора данных, а также невозможность одновременного измерения основных характеристик пучка ионизирующего излучения (размеров, формы, траектории, расходимости, эмиттанса).The general disadvantages of analogs and the prototype include the impossibility of increasing the number of scanning elements without complicating the design of the data acquisition system, as well as the impossibility of simultaneously measuring the main characteristics of the ionizing radiation beam (size, shape, trajectory, divergence, emittance).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание устройства, позволяющего одновременно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях измерять поперечные размеры, поперечные профили, положения, расходимости, эмиттанс пучков ионизирующих излучений (пучков заряженных и нейтральных частиц) любой формы по характеристикам рентгеновского излучения, образующегося в сканирующих элементах под действием пучков.The problem to be solved by the proposed technical solution is to create a device that allows simultaneously in two mutually perpendicular planes to measure transverse dimensions, transverse profiles, positions, divergences, emittance of ionizing radiation beams (beams of charged and neutral particles) of any shape according to the characteristics of X-ray radiation, formed in the scanning elements under the action of beams.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для измерения пространственных характеристик пучков ионизирующих излучений, включающего сканирующие элементы, зажимы, держатели, энергодисперсионный рентгеновский детектор, линейный транслятор, причем сканирующие элементы, выполнены Г-образной формы и закреплены зажимами в держателях, связанных при помощи шарнирных соединений с направляющими, которые прикреплены к основанию также шарнирными соединениями, кроме того устройство дополнительно содержит моторизованный привод, осуществляющий управление сканирующими элементами.The problem is solved with the help of the proposed device for measuring the spatial characteristics of ionizing radiation beams, including scanning elements, clamps, holders, an energy dispersive X-ray detector, a linear translator, and the scanning elements are L-shaped and fixed with clamps in holders connected by means of articulated joints with guides, which are also attached to the base with hinged joints, in addition, the device additionally contains a motorized drive that controls the scanning elements.
Предлагаемое устройство отличается от описанного в прототипе тем, что сканирующие элементы, выполненные из разных материалов, имеют Г-образную форму, а также наличием шарнирных соединений и моторизованного привода, позволяющих изменять положение сканирующих элементов относительно друг друга. Г-образная форма сканирующих элементов позволяет определять поперечные профили и размеры пучков ионизирующих излучений, соответствующие двум взаимно перпендикулярным плоскостям (направлениям), что позволяет выполнить оценку формы пучка. В описанном прототипе характеристики пучка измеряются только в одной плоскости, что позволяет использовать прототип только при работе с осесимметричными пучками (круглой формы). Наличие шарнирных соединений и моторизованного привода позволяет в процессе измерений изменять расстояние между сканирующими элементами и их положение относительно друг друга, что обеспечивает возможность оперативного выбора оптимальной геометрии измерений при изменении пространственных параметров пучка ионизирующего излучения, а также обеспечивает возможность проведения измерений в разных точках, расположенных вдоль оси пучка, повышая тем самым точность определения его характеристик.The proposed device differs from the one described in the prototype in that the scanning elements made of different materials have an L-shape, as well as the presence of hinged joints and a motorized drive, allowing you to change the position of the scanning elements relative to each other. The L-shaped shape of the scanning elements makes it possible to determine the transverse profiles and dimensions of the ionizing radiation beams corresponding to two mutually perpendicular planes (directions), which makes it possible to evaluate the shape of the beam. In the described prototype, the beam characteristics are measured in only one plane, which makes it possible to use the prototype only when working with axisymmetric beams (round). The presence of articulated joints and a motorized drive allows during measurements to change the distance between the scanning elements and their position relative to each other, which makes it possible to quickly select the optimal measurement geometry when changing the spatial parameters of the ionizing radiation beam, and also provides the ability to carry out measurements at different points located along beam axis, thereby increasing the accuracy of determining its characteristics.
Преимущество предлагаемой полезной модели заключается в возможности одновременного (за один проход) в двух взаимно перпендикулярных плоскостях измерения поперечных профилей пучков ионизирующих излучений любой формы в различных местах вдоль оси пучка, где установлены сканирующие элементы Г-образной формы, посредством регистрации спектров характеристического излучения сканирующих элементов, выполненных из разных материалов, используя всего один энергодисперсионный рентгеновский детектор рентгеновского излучения, а также в возможности по результатам измерений определить положение (траекторию), размеры, расходимость, форму и эмиттанс пучка ионизирующего излучения любой формы.The advantage of the proposed utility model lies in the possibility of simultaneous (in one pass) in two mutually perpendicular planes measuring the transverse profiles of ionizing radiation beams of any shape in different places along the beam axis, where the L-shaped scanning elements are installed, by registering the spectra of the characteristic radiation of the scanning elements, made of different materials, using only one energy-dispersive X-ray detector of X-ray radiation, as well as the ability to determine the position (trajectory), dimensions, divergence, shape and emittance of a beam of ionizing radiation of any shape from the results of measurements.
Технический результат заключается в одновременном измерении характеристик пучков ионизирующего излучения любой формы: поперечных размеров, поперечных профилей, формы, положения, расходимости, эмиттанса, — в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Это достигается посредством размещения в нескольких местах вдоль оси пучка сканирующих элементов Г-образной формы, выполненных из разных материалов и закрепленных в держателях, положение которых можно изменять относительно друг друга. Держатели со сканирующими элементами монтируются на линейном трансляторе, способном одновременно перемещать все сканирующие элементы в поперечном к оси пучка направлении. Параметры пучков определяются по спектрам характеристического рентгеновского излучения, образующегося при взаимодействии пучка ионизирующего излучения со сканирующими элементами и регистрируемых энергодисперсионным рентгеновским детектором.The technical result consists in the simultaneous measurement of the characteristics of beams of ionizing radiation of any shape: transverse dimensions, transverse profiles, shape, position, divergence, emittance, in two mutually perpendicular planes. This is achieved by placing in several places along the axis of the beam L-shaped scanning elements made of different materials and fixed in holders, the position of which can be changed relative to each other. Holders with scanning elements are mounted on a linear translator capable of simultaneously moving all scanning elements in a direction transverse to the beam axis. The parameters of the beams are determined from the spectra of characteristic X-ray radiation generated by the interaction of the ionizing radiation beam with the scanning elements and recorded by the energy-dispersive X-ray detector.
Полезная модель поясняется чертежом.The utility model is illustrated by a drawing.
Фиг. 1 — Общий вид предлагаемой полезной моделиFIG. 1 - General view of the proposed utility model
Фиг. 2 — Общий вид держателя с закрепленным сканирующим элементомFIG. 2 - General view of the holder with a fixed scanning element
Фиг. 3 — Настройка положения сканирующих элементов при помощи моторизованного приводаFIG. 3 - Adjustment of the position of the scanning elements using a motorized drive
Фиг. 4 — Изображение держателя с закрепленным сканирующим элементомFIG. 4 - Image of the holder with the attached scanning element
Фиг. 5 — Спектры рентгеновского излучения, образующегося в сканирующих элементах под действием пучкаFIG. 5 - Spectra of X-ray radiation generated in scanning elements under the action of a beam
Фиг. 6 — Поперечные профили пучка ионизирующего излучения, измеренные при помощи предлагаемой полезной моделиFIG. 6 - Transverse profiles of the ionizing radiation beam measured using the proposed utility model
Фиг. 7 — Зависимость размеров и формы пучка от расстояния, измеренная при помощи предлагаемой полезной моделиFIG. 7 - Dependence of the size and shape of the beam on the distance, measured using the proposed utility model
Устройство (Фиг.1) состоит из сканирующих элементов 1, зажимов 2, держателей 3, энергодисперсионного рентгеновского детектора 4, направляющих 5, шарнирных соединений 6 и 8, основания 7, моторизованного привода 9 и линейного транслятора 10.The device (Fig. 1) consists of
Сканирующие элементы 1 при помощи зажимов 2 крепятся на держатели 3 (Фиг. 2). Сканирующие элементы 1 имеют Г-образную форму и могут быть выполнены или иметь покрытия из различных материалов с не совпадающими друг с другом значениями энергии характеристического рентгеновского излучения, что позволит разделить регистрируемые энергодисперсионным рентгеновским детектором 4 сигналы от каждого сканирующего элемента 1. Длина каждого сканирующего элемента 1 должна обеспечивать возможность его закрепления с помощью зажимов 2 в держателе 3, а толщина должна быть существенно меньше поперечных размеров пучка ионизирующего излучения. Держатели 3 соединяются между собой посредством направляющих 5 и шарнирных соединений 6. Направляющие 5 с установленными на них держателями 3, крепятся к основанию 7 при помощи шарнирных соединений 8. Шарнирные соединения 6 и 8 позволяют изменять относительное расположение сканирующих элементов 1 в держателях 3 относительно друг друга, сохраняя их параллельность (Фиг. 3). Управление положением держателей 3 относительно друг друга и угол между направляющими 5 и осью пучка осуществляется при помощи моторизованного привода 9. Основание 7 монтируется на линейный транслятор 10, который обеспечивает перемещение всего устройства в целом в перпендикулярном к предполагаемой оси пучка направлении (направления перемещения устройства показаны стрелкой на Фиг. 1 и 4). Для измерения спектров рентгеновского излучения (Фиг. 5), образующегося при взаимодействии пучка ионизирующего излучения со сканирующими элементами 1, используется энергодисперсионный рентгеновский детектор 4.
Измерение характеристик пучка (сканирование) с помощью предлагаемого устройства происходит следующим образом: устройство в собранном виде (Фиг. 1) размещается на участке пучкового канала, где требуется выполнить измерения характеристик пучка ионизирующего излучения. С помощью моторизованного привода 9 настраивается угол между направляющими 5 и осью пучка (устройство при максимальных углах наклона направляющих 5 показано на Фиг. 3а и 3в; на Фиг. 3б показан случай, когда направляющие 5 параллельны оси пучка). Угол между направляющими 5 и осью пучка ионизирующего излучения определяет расстояние между сканирующими элементами 1, измеряемого вдоль оси пучка. Далее при помощи линейного транслятора 10 происходит одновременное перемещение держателей 3 с закрепленными сканирующими элементами 1 в перпендикулярном к предполагаемой оси пучка направлении (как показано стрелкой на Фиг. 1) с заданным шагом. При этом сканирующие элементы 1 последовательно или одновременно пересекают пучок. Благодаря Г-образной форме пересечение пучка сканирующим элементом 1 происходит в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (Фиг. 4). При взаимодействии пучка ионизирующих излучений со сканирующими элементами 1 образуется характеристическое рентгеновское излучение, спектр которого на каждом шаге транслятора 10 регистрируется энергодисперсионным рентгеновским детектором 4. Энергодисперсионный рентгеновский детектор 4 должен обеспечивать возможность измерения спектров в диапазоне энергий характеристического рентгеновского излучения, испускаемого каждым сканирующим элементом 1. Во время сканирования измеряется зависимость интенсивности характеристического рентгеновского излучения от положения держателей 3 со сканирующими элементами 1 (Фиг. 6). Эта зависимость и содержит поперечные профили (поперечные распределения плотности потока) пучка ионизирующего излучения, измеренные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в месте расположения конкретного сканирующего элемента 1. Поскольку сканирующие элементы 1 выполнены из разных материалов, их характеристическое излучение имеет разную энергию, что позволяет разделить сигналы от каждого из сканирующих элементов 1 в регистрируемых спектрах, даже в случае их одновременного взаимодействия с пучком. Полученные для каждого сканирующего элемента 1 зависимости интенсивности характеристического излучения от координаты держателя 3 (или транслятора 10) позволяют определить поперечные профили пучка в местах расположения сканирующих элементов 1. Таким образом, при помощи полезной модели за один проход можно получить данные о поперечных профилях пучка, измеренные во взаимно перпендикулярных направлениях, в разных точках (число этих точек определяется количеством сканирующих элементов 1), расположенных вдоль оси пучка. По измеренным профилям можно определить, как изменяются размер и форма пучка ионизирующего излучения, что позволяет вычислить расходимость и эмиттанс пучка. Также измеренные профили позволяют установить реальное положение пучка относительно предполагаемой оси.Measurement of the beam characteristics (scanning) using the proposed device is as follows: the assembled device (Fig. 1) is placed on the section of the beam channel, where it is required to measure the characteristics of the ionizing radiation beam. Using a motorized drive 9, the angle between the
Предлагаемое устройство может дополнительно содержать неограниченное количество расположенных на любом расстоянии сканирующих элементов 1, выполненных из различных материалов. Также устройство позволяет производить измерения как в условиях вакуума, так и при атмосферном давлении. Требование к давлению остаточных газов в области распространения пучка определяется параметрами этого пучка (энергией и типом частиц), а не особенностями работы полезной модели. В случае осуществления измерений при атмосферном давлении необходимо принять во внимание, что рентгеновское излучение низких энергий поглощается в воздухе, что накладывает ограничение на выбор материала для изготовления сканирующих элементов.The proposed device may additionally contain an unlimited number of
Пример работы устройства.An example of how the device works.
Предлагаемая полезная модель использовалась для определения положения, формы, размеров, расходимости и эмиттанса пучков электронов с энергией 10–50 кэВ, током около 1 мкА и минимальным размером около 0.3 мм. В качестве сканирующих элементов 1 использовались металлические проволочки толщиной 0.1 мм, изготовленные из титана, меди, вольфрама и платины, закрепленные на дюралюминиевых держателях 3 при помощи винтовых зажимов 2. При помощи моторизованного привода 9 устанавливался угол между направляющими 5 и предполагаемой осью пучка, при котором в процессе сканирования перекрытие пучка сканирующими элементами 1 происходило по очереди. Для измерения спектров характеристического рентгеновского излучения, образующегося в сканирующих элементах 1 под действием пуча, использовался полупроводниковый кремниевый энергодисперсионный рентгеновский детектор 4, способный измерять спектры излучения в диапазоне энергий 1–20 кэВ с разрешением 130 эВ. Все элементы устройства помещались в вакуумную камеру, в которой поддерживалось давление остаточных газов Па. В процессе измерений электромеханический линейный транслятор 10 перемещал все элементы устройства, закрепленные на основании 7, перпендикулярно оси пучка с шагом 0.1 мм. На каждом шаге энергодисперсионный рентгеновский детектор 4 регистрировал спектр характеристического рентгеновского излучения, образующегося в сканирующих элементах 1 (примеры спектров представлены на Фиг. 5). После сканирования строились зависимости интенсивности излучения каждого сканирующего элемента 1 от координаты положения держателя 3. Данные зависимости (Фиг. 6) содержат два пика, соответствующие поперечным профилям пучка, измеренным во взаимно перпендикулярных плоскостях (направлениях), и позволяют определить поперечные размеры пучка и и его координаты в местах расположения каждого сканирующего элемента 1. Горизонтальная и вертикальная координаты пучка могут быть определены по формулам:The proposed utility model was used to determine the position, shape, size, divergence, and emittance of electron beams with an energy of 10–50 keV, a current of about 1 μA, and a minimum size of about 0.3 mm. As
, , , ,
где – горизонтальная координата пучка ,Where - horizontal coordinate of the beam,
и – положение максимумов пиков интенсивности характеристического рентгеновского излучения (Фиг. 6), and - the position of the maxima of the intensity peaks of the characteristic X-ray radiation (Fig. 6),
– вертикальная координата пучка, - vertical coordinate of the beam,
и – константы, определяемые при юстировке устройства. and - constants determined when adjusting the device.
На основе измеренных размеров и пучка строят зависимости (Фиг. 6), полученные в результате фитирования по формулам:Based on measured dimensions and beam dependences are plotted (Fig. 6), obtained as a result of fitting according to the formulas:
, ,
где и – размеры пучка,Where and - beam dimensions,
– координата вдоль оси пучка, - coordinate along the beam axis,
и – минимальные размеры пучка, and - the minimum size of the beam,
, и – параметры фитирования. , and - fitting parameters.
Результаты фитирования (Фиг. 7) позволяют определить, как меняются размеры и форма пучка, а также вычислить расходимости и эмиттансы:The fitting results (Fig. 7) make it possible to determine how the dimensions and shape of the beam change, as well as to calculate the divergences and emittances:
, ,
, , , ,
где и – эмиттансы пучка,Where and - beam emittances,
и – расходимости пучка, and - beam divergence,
и – минимальные размеры пучка, and - the minimum size of the beam,
и – параметры фитирования. and - fitting parameters.
Применение предлагаемого устройства возможно в ускорителях заряженных частиц низких и высоких энергий; в электронных, протонных и ионных микроскопах; в системах электронной и ионной литографии; в установках ионной имплантации; в системах, содержащих источники нейтральных атомов, молекул, рентгеновского и гамма-излучения, и в других устройствах, где используются пучки ионизирующих излучений. Предлагаемая полезная модель позволяет простым способом производить измерение характеристик пучков ионизирующих излучений: поперечных размеров, поперечных профилей, положения в пространстве, расходимости, эмиттанса. Application of the proposed device is possible in accelerators of charged particles of low and high energies; in electron, proton and ion microscopes; in systems of electronic and ionic lithography; in ion implantation installations; in systems containing sources of neutral atoms, molecules, X-ray and gamma radiation, and in other devices that use beams of ionizing radiation. The proposed utility model makes it possible to measure in a simple way the characteristics of ionizing radiation beams: transverse dimensions, transverse profiles, position in space, divergence, emittance.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021105367U RU204393U1 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Device for measuring the spatial characteristics of ionizing radiation beams |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021105367U RU204393U1 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Device for measuring the spatial characteristics of ionizing radiation beams |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU204393U1 true RU204393U1 (en) | 2021-05-24 |
Family
ID=76034241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021105367U RU204393U1 (en) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | Device for measuring the spatial characteristics of ionizing radiation beams |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU204393U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU210000U1 (en) * | 2021-11-09 | 2022-03-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | SCINTILLATION SCANNER OF IONIZING RADIATION BEAM PROFILES |
RU2784826C1 (en) * | 2021-11-22 | 2022-11-30 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Scintillation scanner of ionising radiation beam profiles |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4059763A (en) * | 1976-03-02 | 1977-11-22 | Atomic Energy Of Canada Limited | Electron beam current, profile and position monitor |
US20050068048A1 (en) * | 2003-09-29 | 2005-03-31 | Havener Charles C. | Beam profile monitor with accurate horizontal and vertical beam profiles |
RU78576U1 (en) * | 2008-06-16 | 2008-11-27 | Окрытое акционерное общество "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "БУРЕВЕСТНИК"" | X-RAY FLUORESCENT ANALYZER OF LIGHT ELEMENTS |
RU182076U1 (en) * | 2018-05-21 | 2018-08-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | X-ray fluorescence wire scanner of profiles of beams of ionizing radiation |
-
2021
- 2021-03-02 RU RU2021105367U patent/RU204393U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4059763A (en) * | 1976-03-02 | 1977-11-22 | Atomic Energy Of Canada Limited | Electron beam current, profile and position monitor |
US20050068048A1 (en) * | 2003-09-29 | 2005-03-31 | Havener Charles C. | Beam profile monitor with accurate horizontal and vertical beam profiles |
RU78576U1 (en) * | 2008-06-16 | 2008-11-27 | Окрытое акционерное общество "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "БУРЕВЕСТНИК"" | X-RAY FLUORESCENT ANALYZER OF LIGHT ELEMENTS |
RU182076U1 (en) * | 2018-05-21 | 2018-08-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | X-ray fluorescence wire scanner of profiles of beams of ionizing radiation |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU210000U1 (en) * | 2021-11-09 | 2022-03-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | SCINTILLATION SCANNER OF IONIZING RADIATION BEAM PROFILES |
RU2784826C1 (en) * | 2021-11-22 | 2022-11-30 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Scintillation scanner of ionising radiation beam profiles |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Starostin et al. | Measurement of K− p→ η Λ near threshold | |
US8168941B2 (en) | Ion beam angle calibration and emittance measurement system for ribbon beams | |
Pringle et al. | The oxford mdm-2 magnetic spectrometer | |
Ivanov et al. | Volume reflection of 1-GeV protons by a bent silicon crystal | |
RU204393U1 (en) | Device for measuring the spatial characteristics of ionizing radiation beams | |
JPS62325A (en) | Imaging apparatus and method by detection of radioactive rays | |
RU182076U1 (en) | X-ray fluorescence wire scanner of profiles of beams of ionizing radiation | |
CN110927774B (en) | Medium-low energy electron beam calibration device for detector and calibration method thereof | |
Rambo et al. | Enhancement of the linear polarization of coherent bremsstrahlung by collimation of the photon beam | |
Hasegawa et al. | A compact micro-beam system using a tapered glass capillary for proton-induced X-ray radiography | |
Xu et al. | Novel neutron sources at the radiological research accelerator facility | |
Enge et al. | Performance of an energy-mass spectrograph for heavy ions | |
Barton et al. | The photoproduction of neutral pions from protons between 0.7 GeV and 1.7 GeV | |
JPH10319196A (en) | Device for adjusting optical axis of x rays | |
Epstein et al. | Measurement of Møller scattering at 2.5 MeV | |
Tabata | Backscattering coefficients of electrons: A review | |
Biswas et al. | A position sensitive ionisation chamber for measurement of fission fragments and medium mass heavy ions | |
Frontera et al. | Hard X-ray imaging via crystal diffraction: first results of reflectivity measurements | |
Choudhury et al. | Prospectives of photofission studies with high-brilliance narrow-width gamma beams at the new ELI-NP facility | |
Golubev et al. | Application of TWAC beams for diagnostics of fast processes | |
Deasy et al. | A simple magnetic spectrometer for radiotherapy electron beams | |
JP7425269B2 (en) | Ion beam analyzer | |
Foote | Measuring MeV ions from fusion reactions in magnetic-mirror experiments | |
Gabrielyan | Relative Energy Calibration of the TJNAF Hall-B Photon Tagger and Investigation of Limitations of the Photon Tagging Technique | |
Burq et al. | Determination of the absolute momentum of a high-energy hadron beam using elastic scattering of hadrons from a helium target |