RU2515222C1 - Apparatus and methods of adjusting magnetic system for forming beam of protons in object plane of proton graphic system, matching magnetic induction of magnetooptical imaging system and monitoring adjustment of multiframe for recording proton images - Google Patents
Apparatus and methods of adjusting magnetic system for forming beam of protons in object plane of proton graphic system, matching magnetic induction of magnetooptical imaging system and monitoring adjustment of multiframe for recording proton images Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515222C1 RU2515222C1 RU2012149529/28A RU2012149529A RU2515222C1 RU 2515222 C1 RU2515222 C1 RU 2515222C1 RU 2012149529/28 A RU2012149529/28 A RU 2012149529/28A RU 2012149529 A RU2012149529 A RU 2012149529A RU 2515222 C1 RU2515222 C1 RU 2515222C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- proton
- image
- protonographic
- conductors
- protons
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способам регистрации изображений, сформированных с помощью пучка протонов, и может найти применение при исследовании материалов и объектов с использованием радиографических способов регистрации изображений, использующих заряженные частицы.The invention relates to methods for recording images formed using a proton beam, and may find application in the study of materials and objects using radiographic methods for recording images using charged particles.
Задачей, стоящей в рассматриваемой области техники, является получение высококачественного изображения области исследования при приемлемых затратах на строительство, монтаж и обслуживание исследовательского комплекса. Способы настройки систем получения высококачественного изображения являются неотъемлемой частью решения данной задачи.The challenge facing the field of technology is to obtain high-quality images of the research area at reasonable costs for the construction, installation and maintenance of the research complex. Ways to configure high-quality image acquisition systems are an integral part of solving this problem.
Из предшествующего уровня техники известны устройства, с помощью которых осуществляют настройку различных систем протонографического комплекса. Например, использование мир и тест-объектов для настройки системы регистрации протонографических изображений в одном кадре (Antipov, Y.M., Afonin, A.G., Vasilevskii, A.V., Gusev, I.A., Demyanchuk, V.I., Zyat'kov, O.V., Ignashin, N.A., Karshev, Y.G., Larionov, A.V., Maksimov, A.V., Matuyshin, A.A., Minchenko, A.V., Mikheev, M.S., Mirgorodskii, V.A., Peleshko, V.N., Rud'ko, V.D., Terekhov, V.L, Tyurin, N.E., Fedotov, Y.S., Trutnev, Y.A., Burtsev, V.V., Volkov, A.A, Ivanin I.A., Kartanov, S.A., Kuropatkin, Y.P., Mikhailov, A.L., Mikhailyukov, K.L., Oreshkov, O.V., Rudnev, A.V., Spirov, G.M., Symnin, M.A., Tatsennko, M.V., Tkachenko, I.A. & Khramov, I.V. 2010. A radiograpfic facility for the 70-GeV proton accelerator of the institute for high energy physics. Instruments and Experimental Techniques, 53,319-326.). К примеру, в качестве миры используют систему наборов металлических пластин, чередующихся с оргстеклом с изменяющимся шагом в каждом из наборов.From the prior art, devices are known with which to configure various systems of the protonographic complex. For example, using the world and test objects to configure the registration system of protonographic images in one frame (Antipov, YM, Afonin, AG, Vasilevskii, AV, Gusev, IA, Demyanchuk, VI, Zyat'kov, OV, Ignashin, NA, Karshev, YG, Larionov, AV, Maksimov, AV, Matuyshin, AA, Minchenko, AV, Mikheev, MS, Mirgorodskii, VA, Peleshko, VN, Rud'ko, VD, Terekhov, VL, Tyurin, NE, Fedotov, YS, Trutnev, YA, Burtsev, VV, Volkov, AA, Ivanin IA, Kartanov, SA, Kuropatkin, YP, Mikhailov, AL, Mikhailyukov, KL, Oreshkov, OV, Rudnev, AV, Spirov, GM, Symnin, MA, Tatsennko, MV, Tkachenko , IA & Khramov, IV 2010. A radiograpfic facility for the 70-GeV proton accelerator of the institute for high energy physics. Instruments and Experimental Techniques, 53.319-326.). For example, as worlds use a system of sets of metal plates, alternating with plexiglass with a varying pitch in each of the sets.
Процесс настройки с помощью таких устройств достаточно длительный и с их помощью невозможно настроить многокадровую систему регистрации, поскольку объект просвечивания статический, а в статике один кадр не отличается от другого.The setup process using such devices is quite lengthy and with their help it is impossible to configure a multi-frame registration system, since the object is translucent static, and in static one frame is no different from another.
Из предшествующего уровня техники известен способ согласования магнитной индукции магнитооптической системы формирования изображения протонографического канала с энергией протонов, включающий определение распределения протонов в пучке путем пропускания пучка через устройство настройки манитооптической системы протонографического канала - профилометр. При прохождении пучка через профилометр, его электроды заряжаются, регистрируют распределение зарядов, по которому судят о распределении протонов в пучке [«Многокадровая протонография на базе ускорителя У-70 как метод исследования быстропротекающих процессов», В.В.Бурцев, А.И.Лебедев, А.Л.Михайлов, В.А. Огородников, О.В.Орешков, К.Н.Панов, А.В.Руднев, О.В.Свирский, М.А.Сырунин, Ю.А.Трутнев, И.В.Храмов. 65 лет ВНИИЭФ. Физика и техника высоких плотностей энергии: Научное издание в 2-х выпусках. Выпуск 2. Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», стр.205-225]. Данный способ выбран в качестве прототипа заявляемому способу согласования магнитной индукции магнитооптической системы формирования изображения протонографического канала с энергией протонов.A method is known from the prior art for matching magnetic induction of a magneto-optical imaging system of a protonographic channel with proton energy, including determining the distribution of protons in the beam by passing the beam through a tuner of a manito-optical system of the protonographic channel — a profilometer. When a beam passes through a profilometer, its electrodes are charged, the charge distribution is recorded, which is used to judge the distribution of protons in the beam ["Multi-frame protonography based on the U-70 accelerator as a method for studying fast processes," VV Burtsev, A.I. Lebedev , A.L. Mikhailov, V.A. Ogorodnikov, O.V. Oreshkov, K.N. Panov, A.V. Rudnev, O.V. Svirsky, M.A. Syrunin, Yu.A. Trutnev, I.V. Khramov. 65 years of VNIIEF. Physics and technology of high energy densities: Scientific publication in 2 issues.
Недостатки этого способа заключаются в низкой точности определения распределения протонов по полю. Для того чтобы получить распределение протонов с помощью профилометров по всему магнитооптическому каналу, необходимо размещать подвижные узлы и их элементы в различных местах канала, что связано с техническими трудностями. Кроме того, профилометры располагают внутри вакуумной системы протонографического канала, что затрудняет вывод информации.The disadvantages of this method are the low accuracy of determining the distribution of protons in the field. In order to obtain the distribution of protons with the help of profilometers throughout the magneto-optical channel, it is necessary to place moving nodes and their elements in different places of the channel, which is associated with technical difficulties. In addition, profilometers are placed inside the vacuum system of the protonographic channel, which makes it difficult to output information.
В настоящее время не существует способов контроля настройки многокадровой системы регистрации. Существует способ контроля настройки отдельных каналов путем регистрации отдельных банчей протонного пучка на соответствующие моменты времени [«Протонная радиографическая установка на 70 ГэВ-ом ускорителе ГНЦ ИФВЭ», Ю.М.Антипов, А.Г.Афонин, А.В.Василевский, В.И.Демянчук, О.В.Зятьков, Н.А.Игнашин, Ю.Г.Каршев, А.В.Максимов, А.А.Матюшин, А.В.Минченко, М.С.Михеев, В.А. Миргородский, В.Н.Пелешко, В.Д.Рудько, В.И.Терехов, Н.Е.Тюрин, Ю.С.Федотов, Ю.А.Трутнев, В.В.Бурцев, А.А.Волков, И.А.Иванин, С.А.Картанов, Ю.П.Куропаткин, А.Л.Михайлов, О.В.Орешков, А.В.Руднев, Г.М.Спиров, М.А.Сырунин, М.В.Таценко, И.А.Ткаченко, И.В.Храмов. Препринт 2009. - 14 ИФВЭ, 2009 г.]. Протонный пучок ускорителя У-70 содержит 29 банчей (сгустков) протонов. Каждый банч имеет свой номер. Длительность банча составляет ~15 нс, временной интервал между банчами ~165 нс. Поскольку распределение протонов по пространству в каждом из 29 банчей практически одинаково, не исключены ошибки в настройке многокадровой системы регистрации, когда один банч принимается за другой.There are currently no ways to control the settings of a multi-frame recording system. There is a way to control the tuning of individual channels by recording individual bunches of the proton beam at the corresponding time points [“Proton radiographic setup at the 70 GeV accelerator of the SSC IFVE”, Yu.M. Antipov, A.G. Afonin, A.V. Vasilevsky, V . I. Demyanchuk, O. V. Zyatkov, N. A. Ignashin, Yu. G. Karshev, A. V. Maksimov, A. A. Matyushin, A. V. Minchenko, M. S. Mikheev, V. A. . Mirgorodsky, V.N. Peleshko, V.D. Rudko, V.I. Terekhov, N.E. Tyurin, Yu.S. Fedotov, Yu.A. Trutnev, V.V.Burtsev, A.A. Volkov, I.A. Ivanin, S.A. Kartanov, Yu.P. Kuropatkin, A.L. Mikhailov, O.V. Oreshkov, A. V. Rudnev, G. M. Spirov, M. A. Syrunin, M. V.Tatsenko, I.A. Tkachenko, I.V. Khramov. Preprint 2009. - 14 IHEP, 2009]. The proton beam of the U-70 accelerator contains 29 bunches (clumps) of protons. Each bunch has its own number. The duration of the bunch is ~ 15 ns, the time interval between bunches is ~ 165 ns. Since the distribution of protons in space in each of the 29 bunches is almost the same, errors in setting up a multi-frame registration system when one bunch is taken for another are not ruled out.
В принципе, возможно использовать для контроля настройки многокадровой системы регистрации динамические объекты, содержащие взрывчатые вещества (ВВ), поскольку характерные скорости движения исследуемых процессов не менее 1 км/с. Настройка магнитного тракта может проводиться поэтапно для каждого квартета, поэтому может потребоваться большое количество взрывных экспериментов. Каждый взрывной эксперимент предполагает монтаж взрывного устройства внутри взрывозащитной камеры (ВЗК). После каждого такого опыта камеру и устройство необходимо менять, это приводит к большим затратам времени и ресурсов, поэтому на практике он не применяется. Другие способы достижения таких скоростей, например, с помощью газовой пушки еще более трудоемкие.In principle, it is possible to use dynamic objects containing explosives (BB) to control the settings of a multi-frame recording system, since the characteristic speeds of the processes under study are at least 1 km / s. Magnetic tract tuning can be carried out in stages for each quartet, therefore, a large number of explosive experiments may be required. Each explosive experiment involves the installation of an explosive device inside an explosion-proof chamber (BLC). After each such experiment, the camera and device must be changed, this leads to a large expenditure of time and resources, so in practice it is not applied. Other ways to achieve such speeds, for example, using a gas gun, are even more time-consuming.
На основании вышеизложенного для заявляемого способа контроля настройки многокадровой системы регистрации протонных изображений прототип не найден.Based on the foregoing, for the proposed method for controlling the settings of a multi-frame proton image registration system, a prototype was not found.
Техническим результатом, который может быть получен при применении заявляемых устройства и способов, является повышение качества настройки магнитооптической системы протонографического комплекса. В состав магнитооптической системы входят: система формирования пучка (узлы и устройства, осуществляющие транспортировку протонного пучка от ускорителя до объектной плоскости/области исследования), система формирования изображения (узлы и устройства, осуществляющие транспортировку от объектной плоскости до системы регистрации) и система регистрации изображения.The technical result that can be obtained by using the claimed device and methods is to improve the quality of tuning of the magneto-optical system of the protonographic complex. The magneto-optical system includes: a beam-forming system (nodes and devices transporting the proton beam from the accelerator to the object plane / field of study), an imaging system (nodes and devices, transporting from the object plane to the registration system) and an image registration system.
Указанный технический результат достигается за счет того, что:The specified technical result is achieved due to the fact that:
Устройство для настройки магнитооптической системы и контроля качества изображения многокадровой системы регистрации протонографического комплекса включает импульсный электромагнит, образованный парой или системой пар тонких проводников, ориентированных вдоль оси протонографического комплекса и разнесенных в поперечной плоскости, при этом каждая пара подсоединена к своему генератору импульсов тока, запускаемого программатором, обеспечивающим временную задержку срабатывания генераторов, причем вне электромагнита, перпендикулярно направлению движения протонов установлена масштабирующая решетка из металлических пластин, закрепленных в каркасе;A device for tuning a magneto-optical system and image quality control of a multi-frame registration system of a protonographic complex includes a pulsed electromagnet formed by a pair or a system of pairs of thin conductors oriented along the axis of the protonographic complex and spaced in the transverse plane, with each pair connected to its current pulse generator launched by the programmer providing a temporary delay in the operation of generators, and outside the electromagnet, perpendicular but the direction of movement of protons installed refinable lattice of metal plates attached to the frame;
Способ настройки магнитной системы формирования пучка протонов в объектной плоскости протонографического комплекса, кроме общих с прототипом признаков, заключающихся в определении распределения протонов в пучке путем пропускания пучка через устройство настройки магнитооптической системы протонографического комплекса, включает отличительные, а именно:The method for tuning the magnetic system for generating a proton beam in the object plane of the protonographic complex, in addition to the features common to the prototype, which determine the distribution of protons in the beam by passing the beam through the tuning device of the magneto-optical system of the protonographic complex, includes distinctive, namely:
- в качестве устройства настройки магнитооптической системы протонографического комплекса используют устройство, состоящее из импульсного электромагнита, включающего, как минимум, пару проводников;- as a device for adjusting the magneto-optical system of the protonographic complex using a device consisting of a pulsed electromagnet, including at least a pair of conductors;
- проводники размещают в объектной плоскости системы формирования изображения вдоль направления распространения протонного пучка;- the conductors are placed in the object plane of the imaging system along the propagation direction of the proton beam;
- через проводники пропускают электрический ток, который формирует магнитное поле;- an electric current is passed through the conductors, which forms a magnetic field;
- через магнитное поле пропускают пучок протонов, которое изменяет их траекторию;- a proton beam is passed through a magnetic field, which changes their trajectory;
- пучок протонов направляют через систему формирования изображения, включающую коллиматор, на систему регистрации;- the proton beam is sent through the imaging system, including a collimator, to the registration system;
- с помощью системы регистрации протоны пучка формируют изображение, создаваемое магнитным полем устройства, а также изображение масштабирующей решетки;- using the registration system, the protons of the beam form the image created by the magnetic field of the device, as well as the image of the scaling lattice;
- при получении несимметричного относительно решетки изображения делается вывод о необходимости настройки магнитной системы формирования пучка протонов в объектной плоскости протонографического канала;- upon receipt of an image asymmetric with respect to the lattice, a conclusion is drawn about the need to adjust the magnetic system for generating a proton beam in the object plane of the protonographic channel;
- настройку осуществляют путем изменения тока линз системы формирования пучка и повторного пропускания пучка протонов до формирования симметричного изображения;- tuning is carried out by changing the current of the lenses of the beam forming system and re-transmitting the proton beam until a symmetrical image is formed;
- необходимые токи линз предварительно можно рассчитать путем численного моделирования, при этом существенно сокращается число необходимых пусков ускорителя;- the necessary lens currents can be preliminarily calculated by numerical simulation, while the number of necessary accelerator starts is significantly reduced;
Способ согласования магнитной индукции магнитооптической системы формирования изображения протонографического комплекса с энергией протонов, кроме общих с прототипом признаков, заключающихся в определении распределения протонов в пучке путем пропускания пучка через устройство настройки магнитооптической системы протонографического канала, содержит отличительные, а именно:A method for matching the magnetic induction of a magneto-optical system for imaging a protonographic complex with proton energy, in addition to the features common to the prototype, which determine the distribution of protons in the beam by passing the beam through the tuning device of the magneto-optical system of the protonographic channel, contains distinctive, namely:
- в качестве устройства настройки магнитооптической системы протонографического канала используют устройство, состоящее из импульсного электромагнита, включающего, как минимум, пару проводников; проводники размещают в объектной плоскости системы формирования изображения;- as a device for adjusting the magneto-optical system of the protonographic channel using a device consisting of a pulsed electromagnet, including at least a pair of conductors; conductors are placed in the object plane of the imaging system;
- размещение осуществляют таким образом, что его проводники ориентированы по направлению распространения протонного пучка;- placement is carried out in such a way that its conductors are oriented in the direction of propagation of the proton beam;
- на выходе электромагнита, перпендикулярно направлению движения протонов, устанавливают масштабирующую решетку, выполненную из металлических пластин, закрепленных в каркасе;- at the output of the electromagnet, perpendicular to the direction of motion of the protons, set a scaling lattice made of metal plates fixed in the frame;
- через проводники пропускают электрический ток и формируют магнитное поле;- an electric current is passed through the conductors and form a magnetic field;
- через поле пропускают пучок протонов, изменяя их траекторию;- a proton beam is passed through the field, changing their trajectory;
- протоны направляют через систему формирования изображения, включающую коллиматор, на систему регистрации;- protons are directed through an imaging system including a collimator to a recording system;
- с помощью системы регистрации формируют изображение масштабирующей решетки;- using the registration system form the image of the scaling lattice;
- при получении искаженного изображения обеспечивают согласование магнитной индукции магнитооптической системы формирования изображения с энергией пучка протонов путем изменения тока линз магнитооптической системы формирования изображения и повторного пропуска пучка протонов до формирования неискаженного изображения масштабирующей решетки, необходимые токи линз можно рассчитать предварительно путем численного моделирования, при этом существенно сокращается число необходимых пусков ускорителя.- upon receipt of a distorted image, the magnetic induction of the magneto-optical image-forming system is matched with the energy of the proton beam by changing the lens current of the magneto-optical image-forming system and re-passing the proton beam to form an undistorted image of the scaling lattice, the required lens currents can be calculated previously by numerical simulation, while the number of required accelerator starts is reduced.
Способ контроля настройки многокадровой системы регистрации протонных изображений включает сравнение расчетных изображений смоделированных процессов с зарегистрированными при формировании серии меняющихся изображений на конверторе системы регистрации протонографического канала, для этого в объектной плоскости системы формирования изображения возбуждают импульсное магнитное поле, влияющее на направление движения протонов, при этом максимум плотности энергии поля перемещают в объектной плоскости со скоростью не менее 1 км/с путем размещения устройства, состоящего из импульсного электромагнита, образованного системой пар тонких проводников, ориентированных вдоль оси протонографического канала и разнесенных в поперечной плоскости, при этом каждая пара подсоединена к своему генератору импульсов тока, запускаемого программатором, обеспечивающим временною задержку срабатывания генераторов, затем через магнитное поле пропускают серию банчей протонов, формируя последовательность изображений на регистраторе.A method for controlling the settings of a multi-frame proton image registration system includes comparing the calculated images of the simulated processes with those recorded during the formation of a series of changing images on the converter of the protonographic channel registration system; for this, a pulsed magnetic field is excited in the object plane of the image formation system, which affects the direction of proton motion, with a maximum field energy densities are moved in the object plane at a speed of at least 1 km / s placing a device consisting of a pulsed electromagnet formed by a system of pairs of thin conductors oriented along the axis of the protonographic channel and spaced in the transverse plane, with each pair connected to its current pulse generator, launched by a programmer that provides a temporary delay in the operation of the generators, then pass through a magnetic field a series of proton bunches, forming a sequence of images on the recorder.
Применение импульсного электромагнита, образованного парой или системой пар тонких проводников, ориентированных вдоль оси протонографического комплекса и разнесенных в поперечной плоскости, позволяет сформировать магнитное поле, которое изменяет траекторию пучка при транспортировке его в плоскость регистратора и сформировать изображение, по форме которого судят о точности настройки системы подготовки пучка.The use of a pulsed electromagnet formed by a pair or a system of pairs of thin conductors oriented along the axis of the protonographic complex and spaced in the transverse plane allows the formation of a magnetic field that changes the path of the beam when transporting it to the plane of the recorder and form an image by which it is judged on the accuracy of the system settings beam preparation.
Установка вне электромагнита, перпендикулярно направлению движения протонов, масштабирующей решетки из металлических пластин, закрепленных в каркасе, позволяет определить симметричность изображения относительно ее. При получении несимметричного изображения обеспечивают настройку магнитной системы формирования пучка протонов в объектной плоскости протонографического комплекса путем изменения тока линз системы формирования пучка и повторного пропуска пучка протонов до получения расчетной формы, отвечающей оптимальному соотношению токов в системе подготовки пучка.Installation outside the electromagnet, perpendicular to the direction of motion of the protons, a scaling lattice of metal plates fixed in the frame, allows you to determine the symmetry of the image relative to it. Upon receipt of an asymmetric image, the magnetic system for generating a proton beam in the object plane of the protonographic complex is tuned by changing the current of the lenses of the beam forming system and re-skipping the proton beam to obtain a calculated shape that corresponds to the optimal current ratio in the beam preparation system.
Подсоединение каждой пары проводников к своему генератору импульсов тока, запускаемого программатором, обеспечивающим временную задержку срабатывания генераторов, позволяет формировать серию изображений, существенно отличающихся друг от друга, отвечающих каждому из банчей протонного пучка.Connecting each pair of conductors to its current pulse generator, launched by a programmer that provides a time delay for the oscillators to operate, allows you to create a series of images that are significantly different from each other, corresponding to each of the proton beam bunches.
Магнитное поле, возбуждаемое парой проводников с током, приводит к значительному отклонению частиц и, соответственно, к усилению искажений изображения решетки, возникающих при неоптимальной настройке линз системы переноса изображения. Изменяя токи в линзах системы переноса изображения, добиваются идеального изображения решетки.The magnetic field excited by a pair of conductors with current leads to a significant deviation of the particles and, accordingly, to an increase in the distortion of the image of the lattice that occurs when the lenses of the image transfer system are not optimally tuned. By changing the currents in the lenses of the image transfer system, an ideal image of the lattice is achieved.
Сравнивая расчетные изображения, полученные с высокой точностью, и регистрируемые в эксперименте изображения получают оценку качества настройки многокадрового регистратора. Изображение решетки служит масштабирующим фактором.By comparing the calculated images obtained with high accuracy and the images recorded in the experiment, they obtain an estimate of the quality of tuning of the multi-frame recorder. The image of the grating serves as a scaling factor.
Контроль распределения протонов в пучке осуществляют по изображению пучка протонов, это позволяет надежно настраивать многокадровую систему регистрации путем сравнения экспериментально полученных кадров и теоретически рассчитанных.The distribution of protons in the beam is controlled by the image of the proton beam, this allows you to reliably configure a multi-frame recording system by comparing experimentally obtained frames and theoretically calculated ones.
Перемещение максимума плотности энергии поля в объектной плоскости со скоростью не менее 1 км/с позволяет отличить визуально последующий кадр от предыдущего.Moving the maximum field energy density in the object plane at a speed of at least 1 km / s makes it possible to visually distinguish the next frame from the previous one.
На фиг.1, 2, 3, 4 представлена серия картин, рассчитанных при вариации тока в системе линз подготовки пучка.Figure 1, 2, 3, 4 presents a series of paintings calculated by varying the current in the lens preparation system of the beam.
На фиг.5, 6, 7, - серия снимков, полученная при оптимизации тока линз квартета.In Fig.5, 6, 7, a series of images obtained by optimizing the current of the quartet lenses.
На фиг.8, 9, 10 - серия снимков расчетных, использованных при настройке многокадровой системы регистрации, а на фиг.11, 12, 13 - экспериментальных, с обычным коллиматором диаметром 20 мм.Figs. 8, 9, 10 show a series of calculated images used for setting up a multi-frame recording system, and Figs. 11, 12, 13 show experimental images with a conventional collimator with a diameter of 20 mm.
На фиг.14 схематично изображен пример конкретного выполнения заявляемого устройства, где: 1 - генераторы тока, 2 - проводники, 3 - масштабирующая решетка, 4 - коллиматор.On Fig schematically shows an example of a specific implementation of the claimed device, where: 1 - current generators, 2 - conductors, 3 - scaling lattice, 4 - collimator.
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства, изображенного на фиг.14, является устройство для настройки магнитооптической системы и контроля качества изображения многокадровой системы регистрации протонографического комплекса (далее - устройство настройки и контроля), состоящее из цилиндрического металлического корпуса диаметром ~15 см. В корпусе размещен импульсный электромагнит, образованный тремя парами тонких (диаметром ~2 мм) медных проводников, соединенных последовательно и образующих токовые петли. Корпус снабжен ногами регулируемой высоты. Проводники ориентированы вдоль оси протонографического канала и разнесены в поперечной плоскости. Проводники закреплены в винипластовой трубе с полиэтиленовыми крышками толщиной 5 мм каждая. Каждая петля соединена со своим высоковольтным импульсным генератором тока, размещенным вне корпуса и запускаемым программатором, посредством трех кабелей КВИ-50 длиной 3 м. Программатор обеспечивает временную задержку срабатывания генераторов. Параллельно выводам каждой из петель подключен резистор (~1 кОм) для подавления коммутационных колебаний напряжения. На выходе электромагнита в корпусе установлена масштабирующая решетка (размер ячейки 2 см) из металлических пластин толщиной 2 мм, закрепленных в каркасе, и коллиматор. Коллиматор установлен вне корпуса и выполнен из вольфрама в виде трубки толщиной 5 см и внутренним диаметром 20 мм. После коллиматора на оптической оси установлено поворотное зеркало и конвертор в виде диска из силиката лютеция. Изображение регистрируют с помощью многокадрового регистратора. Поворотное зеркало, конвертор и многокадровый регистратор на рисунке не показаны.An example of a specific implementation of the inventive device depicted in Fig. 14 is a device for tuning a magneto-optical system and image quality control of a multi-frame registration system of a protonographic complex (hereinafter referred to as a setting and control device), consisting of a cylindrical metal case with a diameter of ~ 15 cm. A pulse is placed in the case an electromagnet formed by three pairs of thin (~ 2 mm diameter) copper conductors connected in series and forming current loops. The body is equipped with legs of adjustable height. The conductors are oriented along the axis of the protonographic channel and spaced in the transverse plane. The conductors are fixed in a vinyl-plastic pipe with polyethylene covers 5 mm thick each. Each loop is connected to its own high-voltage pulsed current generator located outside the housing and launched by the programmer, using three KVI-50 cables 3 m long. The programmer provides a time delay for the operation of the generators. A resistor (~ 1 kOhm) is connected in parallel with the terminals of each loop to suppress switching voltage fluctuations. At the output of the electromagnet, a scaling lattice (2 cm mesh size) of 2 mm thick metal plates fixed in the frame and a collimator are installed in the housing. The collimator is installed outside the housing and made of tungsten in the form of a tube 5 cm thick and with an inner diameter of 20 mm. After the collimator, a rotary mirror and a converter in the form of a disk made of lutetium silicate are installed on the optical axis. The image is recorded using a multi-frame recorder. The swivel mirror, converter, and multi-frame recorder are not shown in the figure.
Работа устройства настройки и контроля осуществляется следующим образом.The operation of the device settings and control is as follows.
После сборки устройства осуществляют его юстировку относительно пучка протонов путем регулировки высоты ног цилиндрического корпуса и совмещением направляющей линии на корпусе с проекцией нити, натянутой вдоль оси пучка по направляющей линии. Окончательную юстировку (настройку и контроль) осуществляют по протонографическим изображениям решетки 3. Непосредственно рядом с устройством располагают генераторы импульсов тока 1, высоковольтное зарядное устройство и блок управления (программатор). Все емкостные накопители генераторов 1 заряжаются до одного напряжения, а программное изменение соотношения токов в проводниках 2 устройства настройки и контроля осуществляется выбором задержки запуска генераторов 1. С помощью устройства настройки и контроля осуществляют все заявляемые способы.After assembling the device, it is aligned with the proton beam by adjusting the height of the legs of the cylindrical body and aligning the guide line on the body with the projection of the thread stretched along the axis of the beam along the guide line. The final adjustment (adjustment and control) is carried out according to the protonographic images of the
Способ настройки магнитной системы формирования пучка протонов в объектной плоскости протонографического комплекса включает в себя следующие операции. Предварительно расчетным путем определяют величину тока, питающего линзы системы формирования пучка протонов. Формируют серию банчей протонов. Задают последовательность включения генераторов 1 с помощью программатора в соответствии с последовательностью прохождения банчей протонов по системе транспортировки через устройство. При пропускании тока через проводники 2 формируют быстропеременное магнитное поле. С помощью трех пар проводников 2 с током, коллиматора 3 и системы транспортировки пучка в плоскости регистратора формируют изображение решетки 3 и магнитного поля, форма которого зависит от точности настройки системы подготовки пучка. Изображение формируют на конверторе и с помощью поворотного зеркала транспортируют на многокадровый регистратор. При получении несимметричного относительно решетки изображения обеспечивают настройку магнитной системы формирования пучка протонов в объектной плоскости протонографического комплекса путем изменения тока линз системы формирования пучка и повторного пропуска пучка протонов через устройство до получения соответствующей формы, отвечающей оптимальному соотношению токов в системе формирования пучка. На фиг.1, 2, 3, 4 показана серия картин, рассчитанных при вариации тока в системе линз формирования пучка (коллиматор диаметром 15 мм). Первоначально в линзах ток равен I0, а расчетное изображение магнитного поля устройства становится симметричным относительно горизонтальной оси при токе 0.94×I0.The method for tuning the magnetic system for generating a proton beam in the object plane of the protonographic complex includes the following operations. Preliminarily, by calculation, the magnitude of the current supplying the lenses of the proton beam formation system is determined. Form a series of proton bunches. The sequence of turning on the
Способ согласования магнитной индукции магнитооптической системы формирования изображения протонографического комплекса с энергией протонов включает в себя следующие операции. Пропускание тока через проводники 2 для формирования быстропеременного магнитного поля, через которое пропускают поток протонов, направляют его через систему формирования изображения, включающую коллиматор 4, на систему регистрации, которая состоит из конвертора, поворотного зеркала и многокадрового регистратора, с помощью которого формируют изображение масштабирующей решетки 3. Магнитная система переноса пучка при идеальной настройке обеспечивает перенос изображения из точки в точку без искажений. Пропуская пучок протонов через масштабирующую решетку 3, получаем ее неискаженное изображение. Магнитное поле, возбуждаемое тремя парами проводников с током 2, приводит к значительному отклонению частиц и, соответственно, к усилению искажений изображения решетки 3, возникающих при неоптимальной настройке линз системы формирования изображения. При получении искаженного изображения обеспечивают согласование магнитной индукции магнитооптической системы формирования изображения с энергией пучка протонов. Согласование осуществляют путем изменения тока линз магнитооптической системы формирования изображения, затем повторно пропускают пучок протонов через масштабирующую решетку 3 до формирования идеального (неискаженного) изображения масштабирующей решетки 3. На фиг.5, 6, 7 приведены экспериментальные изображения магнитного поля и масштабирующей решетки, полученные при экспериментальной апробации заявляемого устройства. На фиг.5 и 6 видна дисторсия изображения решетки, искажения минимальны для изображения на фиг.7, когда ток подобран правильно.A method for matching magnetic induction of a magneto-optical system for imaging a protonographic complex with proton energy includes the following operations. Passing current through the
Способ контроля настройки многокадровой системы регистрации протонных изображений включает следующие операции. Получают с высокой точностью расчетные изображения смоделированных процессов (приведены на фиг.8, 9, 10). В объектной плоскости системы формирования изображения возбуждают импульсное магнитное поле, влияющее на направление движения протонов, при этом максимум плотности энергии поля перемещают в объектной плоскости со скоростью 5 км/с. С помощью системы проводников 2, генераторов тока 1 и программатора формируется серия изображений, существенно отличающихся друг от друга, отвечающих каждому из банчей протонного пучка (приведены на фиг.11, 12, 13). Сравнивая расчетные изображения, полученные с высокой точностью, и регистрируемые в эксперименте изображения получают оценку качества настройки многокадрового регистратора. Изображение решетки служит масштабирующим фактором. Можно сказать, что каждый банч «видит» различное магнитное поле и, соответственно, на конверторе формируется различное изображение. Контроль распределения протонов в пучке осуществляют по изображению пучка протонов, это позволяет надежно настраивать многокадровую систему регистрации путем сравнения экспериментально полученных кадров и теоретически рассчитанных. В опытах по апробации предлагаемого способа определена чувствительность настройки подводящего магнитного тракта и магнитной оптики, которая составляет не менее 0.2% по току в линзах.A control method for adjusting a multi-frame proton image registration system includes the following operations. Receive with high accuracy the calculated image of the simulated processes (shown in Fig.8, 9, 10). In the object plane of the imaging system, a pulsed magnetic field is excited that affects the direction of proton motion, while the maximum field energy density is moved in the object plane at a speed of 5 km / s. Using a system of
Таким образом, заявляемое устройство и способы позволяют повысить качество настройки магнитооптической системы протонографического комплекса при простоте и приемлемых затратах на обслуживание исследовательского комплекса. На данный момент других способов или устройств, позволяющих настроить магнитную оптику с точностью 0.2% по току, не обнаружено.Thus, the claimed device and methods can improve the quality of tuning of the magneto-optical system of the protonographic complex with simplicity and reasonable costs for the maintenance of the research complex. At the moment, there are no other methods or devices that allow you to configure magnetic optics with an accuracy of 0.2% current.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012149529/28A RU2515222C1 (en) | 2012-11-20 | 2012-11-20 | Apparatus and methods of adjusting magnetic system for forming beam of protons in object plane of proton graphic system, matching magnetic induction of magnetooptical imaging system and monitoring adjustment of multiframe for recording proton images |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012149529/28A RU2515222C1 (en) | 2012-11-20 | 2012-11-20 | Apparatus and methods of adjusting magnetic system for forming beam of protons in object plane of proton graphic system, matching magnetic induction of magnetooptical imaging system and monitoring adjustment of multiframe for recording proton images |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2515222C1 true RU2515222C1 (en) | 2014-05-10 |
Family
ID=50629744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012149529/28A RU2515222C1 (en) | 2012-11-20 | 2012-11-20 | Apparatus and methods of adjusting magnetic system for forming beam of protons in object plane of proton graphic system, matching magnetic induction of magnetooptical imaging system and monitoring adjustment of multiframe for recording proton images |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2515222C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2708541C1 (en) * | 2019-03-18 | 2019-12-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of tuning a magnetooptical system of a protonographic complex |
| RU2727326C1 (en) * | 2019-12-16 | 2020-07-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of tuning a magnetooptical system of a protonographic complex (versions) |
| RU2750693C1 (en) * | 2020-07-27 | 2021-07-01 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for tuning magneto-optical system of protonographic complex |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003107088A3 (en) * | 2002-06-12 | 2004-02-26 | Litton Systems Inc | Image intensification camera |
| RU2426100C1 (en) * | 2010-05-26 | 2011-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ" | Method of material analysis at shock wave loading by means of protonoscopy |
| RU2431133C1 (en) * | 2010-06-03 | 2011-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Radiographic complex built around proton accelerator to examine stop-action processes |
| RU2446613C2 (en) * | 2010-05-26 | 2012-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Device for recording images generated using radiation |
-
2012
- 2012-11-20 RU RU2012149529/28A patent/RU2515222C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003107088A3 (en) * | 2002-06-12 | 2004-02-26 | Litton Systems Inc | Image intensification camera |
| RU2426100C1 (en) * | 2010-05-26 | 2011-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ" | Method of material analysis at shock wave loading by means of protonoscopy |
| RU2446613C2 (en) * | 2010-05-26 | 2012-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Device for recording images generated using radiation |
| RU2431133C1 (en) * | 2010-06-03 | 2011-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" | Radiographic complex built around proton accelerator to examine stop-action processes |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГОЛУБЕВ А.А., ДЕМИДОВ В.С., ДЕМИДОВА Е.В., ДУДИН С.В. и др., " ДИАГНОСТИКА БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ ПУЧКОМ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ОТ УСКОРИТЕЛЯ ТВН-ИТЭФ", ПИСЬМА В ЖТФ, 2010, ТОМ.36, ВЫП.4, стр.61-67. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2708541C1 (en) * | 2019-03-18 | 2019-12-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of tuning a magnetooptical system of a protonographic complex |
| RU2727326C1 (en) * | 2019-12-16 | 2020-07-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of tuning a magnetooptical system of a protonographic complex (versions) |
| RU2750693C1 (en) * | 2020-07-27 | 2021-07-01 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for tuning magneto-optical system of protonographic complex |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Baldini et al. | The design of the MEG II experiment: MEG II Collaboration | |
| Sun et al. | Generation of angular-momentum-dominated electron beams from a photoinjector | |
| RU2515222C1 (en) | Apparatus and methods of adjusting magnetic system for forming beam of protons in object plane of proton graphic system, matching magnetic induction of magnetooptical imaging system and monitoring adjustment of multiframe for recording proton images | |
| CN103295862A (en) | Electromagnetic deflection device for electron beam trajectory control and application thereof | |
| Drabinskiy et al. | Conceptual design of the heavy ion beam probe diagnostic for the T-15MD tokamak | |
| Zhu et al. | Design and simulation of a LINAC for high energy electron radiography research | |
| RU2708541C1 (en) | Method of tuning a magnetooptical system of a protonographic complex | |
| JP2007018849A (en) | Orbit control device of charged particle beam and control method thereof | |
| Huiskamp et al. | Experimental setup for temporally and spatially resolved ICCD imaging of (sub) nanosecond streamer plasma | |
| Sinha | Conceptual design of a compact high gradient quadrupole magnet of varying strength using permanent magnets | |
| Seidl et al. | Experiments at the Virtual National Laboratory for Heavy Ion Fusion | |
| Oda et al. | Developments of a pulse kicker system for the three-dimensional spiral beam injection of the J-PARC muon g-2/EDM experiment | |
| Shull et al. | Concentration of a Cyclotron Beam by Strong Focusing Lenses | |
| Kurup et al. | Simulations of the FETS Laser Diagnostic | |
| Tian et al. | Time-dependent imaging of space-charge dominated electron beams | |
| RU2468546C1 (en) | Positron acceleration method, and device for its implementation | |
| DeBono | How rotation affects instabilities and the plasma response to magnetic perturbations in a tokamak plasma | |
| CN106547012A (en) | A kind of isotope spectral line scanning means and method | |
| Hwang et al. | First prototype of a coronagraph-based halo monitor for bERLinPro | |
| Mayo et al. | Regenerative beam extraction on the buenos aires synchrocyclotron | |
| JP2011113901A (en) | Induction acceleration sector cyclotron | |
| Gritsuk et al. | The study of three-dimensional compression of wire arrays at the angara-5-1 facility | |
| Seidl et al. | Demonstration of a compact linear accelerator | |
| Völker et al. | Fast transverse phase space measurement system for GunLab–a compact test facility for SRF photoinjectors | |
| Grodzins et al. | Proposed methods for producing intense pulsed beams of mono-energetic neutrons |