SU743079A1

SU743079A1 - Device for measuring the charge of particle beam

Info

Publication number: SU743079A1
Application number: SU782586461A
Authority: SU
Inventors: Владилен Александрович Москалев; Ариадна Владимировна Цимбалист
Original assignee: Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.М.Кирова
Priority date: 1978-03-01
Filing date: 1978-03-01
Publication date: 1980-06-25

Description

Изобретение относитс к устройствам измерени зар да пучка частиц, Jциркулирующих на равновесной орбите, в различных типах ускорителей и накопителей , в частности в бетатронах, и может найти применение при испытании , настройке и эксплуатации уско рителей зар женных частиц. Известно устройство дл измерени зар да пучка частиц в ускорител х и накопител х, содержащее датчик, выполненный в виде электростатического электрода и сегнетодиэлектрического преобразовател , генератор дл воз-, буйщени преобразовател , избирател / ный усилитель, настроенный на вторую гармонику частоты возбуждени , детек тор дл получени однопол рного импульса , усилитель и индикатор напр жени |1 . В этом устройстве преобразование сигнала с электрода осуществл етс с помощью сегнетодиэлектрических кон денсаторов - варикондов. При по влении измер емого пол пучка частиц в св зи с пол ризацией сегнетоэлектрика из-за несимметрии кривых пол ризации В цепи нагрузки датчика протекает ток, состо щий из четных гармоник частоты пол , возбуждаемого генератором, из которых большую ё1мплитуду имеет втора гармоника, она ииспользуетс дл измерени . Недостатком варикондов вл етс их значительна температурна и временна нестабильность. СегнетодиэлекТрики не могут регистрировать быстро- протекающие изменени зар да/ так как они предназначены дл измерени посто нных или медленномен ющихс полей. Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс устройство дл измерени зар да пучка .частиц, содержащее электростатический сигнальный электрод, соединенный с входс 1 усилител , выход которого подсоединен к индикатору напр жени , поАключеннсму к выходу схемы синхронизации ускорител . Устройство может работать в режиме наведенного тока или в режиме наведенного зар да 2. . Однако работа в режиме наведенного тока имеет место, когда посто нна времени входной цепи усилител много меньше длительности измерени . Устройство в режиме наведенного тока измер ет производную зар да пучка частиц во времени. Поэтому получение информации о зар де требуетThe invention relates to devices for measuring the charge of a particle beam J circulating in an equilibrium orbit in various types of accelerators and accumulators, in particular in betatrons, and can be used in testing, tuning and operating accelerators of charged particles. A device for measuring the charge of a particle beam in accelerators and accumulators is known, which contains a sensor made in the form of an electrostatic electrode and a ferroelectric converter, a generator for driving a converter, a selective amplifier tuned to the second harmonic of the excitation frequency, a detector for obtaining a unipolar pulse, an amplifier and a voltage indicator | 1. In this device, the signal from the electrode is converted using ferroelectric capacitors — variconds. When a measured particle beam field appears due to polarization of a ferroelectric due to asymmetry of the polarization curves, a current consisting of even harmonics of the frequency of the field excited by the generator, of which the large 11 is the second harmonic, is used by the load circuit of the sensor for measurement. The disadvantage of variconds is their considerable temperature and temporal instability. Ferroelectric drives cannot record fast flowing charge changes / as they are intended to measure constant or slow-moving fields. Closest to the invention by technical essence is a device for measuring the charge of a beam of particles, containing an electrostatic signal electrode connected to input 1 of an amplifier, the output of which is connected to a voltage indicator, connected to the output of the accelerator synchronization circuit. The device can operate in induced current mode or in induced charge 2. mode.. However, operation in the induced current mode takes place when the time constant of the input circuit of the amplifier is much less than the measurement time. The device, in induced current mode, measures the derivative of a particle beam charge over time. Therefore, obtaining charger information requires

роведени дополнительных преобразоаний , что приводит к увеличению порешности измерени зар да пучка астиц. Указанный недостаток устран етс , если устройство работает в ежиме наведенного зар да, когда посто нна времени входной цепи усилител много больше длительности измерениЯ . В этом случае устройство измер ет искомую величину - зар д пучка частиц. В режиме наведенного зар да значение наведенного в момент инжекции частиц в камеру зар да на электростатическом сигнальном электроде значительно превышает его величину в цикле ускорени и при сбросе на мишень. Поэтому изменени сигнала в цикле ускорени и при сбросе трудно различимы, несмотр на то, что процессы инжекции,. ускорени и сброса разнесены во времени . Это обуславливает низкую чувствительность устройства при измерении зар да пучка в цикле ускорени и при сбросе. Кроме того, в известном устройстве имеетс погрешность, вызванна попаданием зар женных частиц на электростатический сигнальный электрод в момент инжекции их в камеру. Целью изобретени вл етс повышение ч 4вствительности и точности. Цель достигаетс тем, что в известное устройство, содержащее электростатический сигнальный электрод, соединенный со входом усилител , выход которого подсоединен к индикатору напр жени , подключенному к выходу cxeNBj синхронизации ускорител , введен управл емый ключевой элемент и схема управлени им, один из электродов ключевого элемента подсоединен ко входу усилител , другой к клемме земл , а к управл квдему электроду ключевого элемента подсоединен выход cxeNSd управлени , вход которой подключен к .выходу скены синхронизации ускорител ..the addition of additional transformations, which leads to an increase in the measurement error of the charge of the asbestos beam. This disadvantage is eliminated if the device operates in induced charge, when the time constant of the input circuit of the amplifier is much longer than the measurement time. In this case, the device measures the desired quantity — the charge of the particle beam. In the mode of induced charge, the value of the charge induced at the moment of injection of particles into the chamber on an electrostatic signal electrode significantly exceeds its value in the acceleration cycle and when dumped on the target. Therefore, changes in the signal in the acceleration cycle and during a reset are difficult to distinguish, despite the fact that the injection processes ,. acceleration and reset are separated in time. This causes a low sensitivity of the device when measuring the beam charge in the acceleration cycle and when it is reset. In addition, in the known device there is an error caused by the ingress of charged particles onto the electrostatic signal electrode at the moment of their injection into the chamber. The aim of the invention is to increase the accuracy and accuracy. The goal is achieved in that a known device containing an electrostatic signal electrode connected to the amplifier input, the output of which is connected to a voltage indicator connected to the accelerator synchronization output cxeNBj, has a controllable key element and a control circuit introduced to it, one of the key element electrodes is connected to the input of the amplifier, another to the ground terminal, and to the control of the key element electrode, the output cxeNSd of the control, the input of which is connected to the output, accelerator synchronization clips ..

При измерении зар да в цикле ускорени и при сбросе ключевой элемент , раэлыкаетсй после окончани процесса инжекции частиц в камеру ускорител и эаналкаетс после сброса их на мишень. Поэтому в импульсном Сигнале на электростатическом сигнальном электроде отсутствует пьедестал , амплитуда которого пропорциональна введенному в камеру зар да при инжекции и значительно превьп ает его величину в цикле ускорени ми при сбросе,When measuring the charge in the acceleration cycle and when resetting the key element, it is released after the end of the process of injection of particles into the accelerator chamber and is determined after they are dropped on the target. Therefore, in a pulse Signal on an electrostatic signal electrode there is no pedestal, the amplitude of which is proportional to the charge introduced into the chamber during injection and significantly exceeds its value in the cycle by acceleration when resetting

На чертеже приведена структурна схема устройства дл измерени зар да пучка частиц.The drawing shows a block diagram of a device for measuring the charge of a particle beam.

Устройство дл из юрени зар да пучка частиц в ускорителе содержит электростатический сигнальный электрод 1, ключевой элемент 2, усилитель 3, индикатор 4 напр жени , схему 5 управлени клктевым элементом.The device for adjusting the charge of the particle beam in the accelerator contains an electrostatic signal electrode 1, a key element 2, an amplifier 3, a voltage indicator 4, a circuit 5 for controlling the kckt element.

схему б синхронизации ускорител . Дл обеспечени входного сопротивлени усилител 3 R вх -10 Ом в его ,основу положен усилитель Уайта. В качестве ключевого элемента 2 используетс геркон. Индикатором 4 напр жени служит осциллограф, а схема б синхронизации ускорител выполнена в виде отдельного блока, вмонтированного в пульт управлени .Accelerator sync used. To provide an input impedance of a 3 R I -10 ohm amplifier into it, the foundation is based on a White amplifier. The key element 2 uses a reed switch. The voltage indicator 4 is an oscilloscope, and the accelerator synchronization circuit b is made as a separate unit mounted in the control panel.

Работа устройства осуществл етс следующим образом.The operation of the device is as follows.

Сигнал, наведенный зар жеиньлм пучком на электростатическом сигнальном электроде 1 в момент инжекции его в камеру, не поступает на усилитель 3 и далее на индикатор 4 напр жени , так как в это врем вход усилител 3 закорочен на землю ключевым элементом 2. После окончани процесса инжекции частиц в камеру ключевой элемент 2 размыкают и держат в таком состо нии в течение цикла ускорени и сброса частиц. Сигнал, за это врем наведенный зар хсенным пучком на электростатическом сигнальном электроде 1, поступает на вход усилител 3 и далее на индикатор 4 напр жени В этом сигнале отсутствует пьедестал , амплитуда которого пропорционгшьна введенному в камеру зар да при инжекции, а измер етс только зар д в цикле ускорени и при сбросе его на мишень. Временной интервал , в течение которого ключевой элемент 2 разомкнут, определ етс работой схемы 5 управлени , запускаемой импульсом от схемы б синхронизации ускорител .The signal induced by the charge beam on the electrostatic signal electrode 1 at the moment of its injection into the chamber does not flow to amplifier 3 and further to voltage indicator 4, because at that time the input of amplifier 3 is shorted to ground by key element 2. After the injection process ends Particles into the chamber. Key element 2 is opened and held in this state during the acceleration and discharge cycle. The signal during this time induced by the charged beam on the electrostatic signal electrode 1 is fed to the input of amplifier 3 and further to the voltage indicator 4 This signal does not have a pedestal, whose amplitude is proportional to that introduced into the charge chamber during injection, and only the charge is measured in the acceleration cycle and when dumping it on the target. The time interval during which the key element 2 is open is determined by the operation of the control circuit 5 triggered by a pulse from the accelerator synchronization circuit b.

Отсутствие в импульсном сигнале на электростатическом сигнальном электроде 1 пьедестала, амплитуда которого пропорциональна введенному в камеру зар да при инжекции, позвол ет повысить чувствительность -устройства при измерении зар да пучка в цикле ускорений и при сбросе. Кроме того, так как во врем инжекции ключевой элемент 2 замыкает электрический сигнальный электрод 1 на землю , то с него отвод тс все электроды , упавшие на него в момент инжекции . Этим исключаетс погрешность измерени зар да пучка из-за попадани частиц на электрод в момент инжекции .The absence of a pedestal in the pulse signal on the electrostatic signal electrode 1, whose amplitude is proportional to the charge introduced into the chamber during injection, makes it possible to increase the sensitivity of the device in measuring the beam charge in the acceleration cycle and during a reset. In addition, since the key element 2 closes the electrical signal electrode 1 to the ground during injection, all the electrodes that fell on it at the moment of injection are removed from it. This eliminates the error in measuring the beam charge due to particles hitting the electrode at the moment of injection.

Claims

1. Moskalev c. A. et al. A system for measuring the current of a continuous beam of charged particles without interrupting it. Dosimeters and radiation processes in dosimetry systems Tashkent, ed. FAN of the Uzbek SSR, 1972, p. 22

2. Moskalev, V.A., et al. Measurement of Accelerated Charge in the Betatron. From the news of universities, series Physics, ed. Tomsk University, 1974, no. 5, s. 138.