SU931018A1 - Устройство дл измерени распределени плотности ускоренных частиц в фазовом пространстве - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ УСКОРЕННЫХ ЧАСТИЦ В ФАЗОВОМ ПРОСТРАНСТВЕ, включающее экран-маску с системой отверстий , синхронизатор дл  выделени  момента времени, в который проводитс  измерение, отличающеес   тем, что, с целью повышени  временного разрешени  и чувствительности , оно содержит микроканальную пластину - преобразователь исследуемых пучков частиц в электронные пучки, отделенную от экрана-маски пространством дрейфа, подключенный к синхронизатору генератор высоковольтных импульсов, выход которого соединен с микроканальной пластиной, и измеритель распределени  плотностей токов электронньзх пучков. CD 00 ft 7 t 00

Description

2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что в качестве измерител  распределени  плотностей токов электронных пучков использованы расположеннь1й вблизи микроканальной пластины люминесцентный

экран, покрытый токопровод щим слоем, источник посто нного напр жени , положительный полюс которого подключен к токопровод 1цему слою люминесцентного экрана, и регистратор оптического излучени .

Изобретение относитс  к диагност ке пучком ускоренных зар женных и нейтральных частиц и может быть, в частности, использовано дл  изучени  ионно-оптических свойств источников ионов и систем формировани  пучков зар женных и нейтральных частиц, коллективных процессов в пучках зар женных частиц и их динамики в ускорител х. Известно несколько типов устройс дл  измерени  распределени  плотнос ти ускоренных частиц в фазовом пространстве и нахождени  фазового объема пучков l . Как правило, они включают перемещающуюс  по сечению пучка диафрагму с коллимирующей щелью либо стационарный экран-маск с системой отверстий, которые служа дл  вьоделени  элементов пучка, пространство дрейфа, в котором выделенные элементарные пучки расход тс в поперечном направлении за счет разброса по скорост м и регистрирую щее устройство дл  измерени  распре делени  плотности тока в поперечном сечении разошедшихс  пучков. Регистраци  разошедшихс  элементарных пучков в большинстве случаев осущестБ: 1 етс  сканирующими проволочными датчиками или цилиндрами Фараде . Так как дл  сканировани  примен ютс  механические приводы, помещенные в вакуум, то врем  измерений достигает нескольких секунд и даже минут. Известно также устройство 2 , в котором регистраци  распределени  плотности тока в элементарном пучке осуществл етс  непосредственно фотопленкой , помещенной в вакуумную камеру, а коллимирующа  щель перемещаетс  в поперечном сечении анализируемого пучка механически, одновременно с фотопленкой. В данном случае также врем  измерений состав л ет дес тки секунд. В том случае, когда необходимы измерени  за малые интервалы времени , выделение элементарного пучка и измерение распределени  плотности в его сечении осуществл ют с помощью стационарной диафрагмы и неподвижного регистрирующего устрой ства, при этом сканируетс  сам исходный пучок. Сканирование пучка осуществл етс  измен ющимис  во времени магнитными или электрическими пол ми. Различные модификации таких устройств приведены в монографии р . Основные их недостатки - громоздкость и сложность изготовлени . Требуютс  большие мощности питани , особенно в случае высокоэнергетических пучков. Эти устройства не могут быть использованы дл  исследовани  пучков ускоренных нейтральных атомов. Временное разрешение таких устройств (т.е. врем  измерени  составл ет дес тки микросекунд или более . Кроме того, использование дл  сканировани  отклон ющих электромагнитных полей вносит искажение в величину и форму фазового объема пучка из-за разброса по продольной компоненте импульса частиц. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  устройство, включающее экран-маску из меди с системой отверстий дл  в выделени  элементарных пучков, синхронизатор дл  выделени  момента времени, в который проводитс  измерение , пространство дрейфа, при прохождении которого пучки расход тс  из-йа разброса по поперечным составл ющим импульса,- люминесцентный экран из кварца, при бомбардировке которого пучки образуют систему оптических изображений 4. Распределение  ркости в каждом изображении св зано с распределением плотности тока в соответствующем разошедшемс  элементарном пучке. Регистраци  оптических изображений осуществл етс  передающей телевизионной трубкой - видиконом, с записью сигналов на видеоноситель дл  последующей обработки на ЭВМ. Момент включени  системы регистрации изображений определ етс  сигналом, поступающим от синхронизатора. Основными недостатками данного устройства измерени  распределени  плотности в фазовом пространстве  вл ютс : сравнительно большое врем  разрешени , которое определ етс  временем считывани  изобретени  с

экрана телевизионной трубки и, как правило, составл ет единицы - дес тки микросекунд; сравнительно низка  чувствительность, котора  не позвол ет проводить исследовани  пучков малой интенсивности, вызывающих слабое свечение люминесцентного экрана.

Цель изобретени  - повышение временного разрешени  и увеличение чувствительности при измерении распределени  плотности частиц в фазовом пространстве.

Это достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  распределени  плотности частиц в фазовом пространстве дополнительно содержит микроканальную пластину - преобразователь исследуемых пучков частиц в электронные пучки, отделенную от экрана-маски пространством дрейфа, подключенный к синхронизатору генератор высоковольтных импульсов, выход которого соединен с микроканальной пластиной, и измеритель распределени  плотностей токов в электронных пучках. В качестве измерител  распределени  плотности тока в электронных пучках может быть использовано устройство, содержащее расположенный вблизи микроканальной пластины люминесцентный экран, покрытый токопровод щим слое источник напр жени , положительный полюс которого подключен к токопровод щему слою люминесцентного экран и регистратор оптического изображени . Регистратором оптического изображени , получаемого на люминесцентном экране, может быть фотокамера ил телевизионна  камера.

Микроканальна  пластина МКП представл ет собой плоскую матрицу, состо щую из множества открытых канальных умножителей. С помощью МКП исследуемые пучки частиц преобразуютс  в пучки электронов значительно более высокой интенсивности, но с распределени ми плотностей токов, подобным распределени м в исходных пучках, что и позвол ет существенно повысить чувствительность устройств Такое преобразование происходит только при подаче на МКП импульса питающего напр жени , длительность которого определ ет временное разрешение . Переход к управлению электронными пучками и позвол ет существенно уменьшить врем  измерений

Так как на выходе МКП получаютс  низкоэнергетические пучки электронов , то дл  более эффективной регистрации в них распределений плотности тока эти пучки дополнительно ускор ютс , например, в зазоре между МКП и токопровод щим слоем люминесцентного экрана, на который относительно МКП подан положительный

потенциал. Распределение  ркости в получаемых на люминесцентном экране изображени х измер етс  регистратором оптического изображени .

На чертеже изображено предлагаемое устройство с направлением движени  в нем ускоренных частиц.

Перпендикул рно к направлению движени  исследуемого потока ускоренных частиц 1 помещен металлический

0 экран-маска 2 с системой отверстий 3, проход  через которые поток разбиваетс  на элементарные пучки 4. На рассто нии дрейфа 5 от экранамаски 2 находитс  микроканальна  пластина 6. Измеритель распределени 

5 плотностей токов в электронных пучках включает люминесцентный экран 7 покрытый токопровод щим слоем 8, уплотненное на вакуум оптическое окно 9 и регистратор оптического

0 изображени . Регистратором оптического изображени   вл етс  фотокамера или передающа  телевизионна  камера 10 с объективом 11. К микроканальной пластине б подключен ге5 нератор 12 пр моугольных импульсов напр жени  регулируемой длительности , соединенный с синхронизатором 13. Токопровод щий слой 8 люминесцентного экрана 7 соединен

0 с положительным полюсом высоковольтного источника 14 напр жени . Узлы устройства, обведенные крнтуром, наход тс  в вакуумной системе пучка .

Система отверстий 3 в экране-маске 2 представл ет либо серию узких параллельных щелей, либо серию круглых отверстий, расположенных в узлах двумерной решетки, з зависимости от того исследуетс  ли двухмерное или четырехмерное сечение фазового объема.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. С помощью экрана-маски с системой отверстий исследуемый поток ускоренных зар женных частиц или нейтральных атомов разбиваетс  на элементарные пучки, KOTopfcje при движении в свободном от внешних полей пространстве дрейфа расшир ютс  из-за разброса . поперечных составл ющих импульса частиц. Длина пространства дрейфа должна быть достаточной дл  получени  распределени  плотности тока в этих пучках.

После прохождени  пространства дрейфа элементарные пучки попадают на МКП, на которой происходитпреобразование , элементарных пучков зар женных или нейтральных частиц в электронные с теми же профил ми плотности тока. Коэффициент усилени  электронных пучков определ етс  амплитудой прикладываемого к МКП напр жени  от генератора, а момент

его подачи - синхронизатором. Вследствии того, что регистраци  элементарных пучков происходит лишь при наличии напр жени  на МКП, то его длительность определ ет временное разрешение проводимых измерений. Электронные пучки на выходе МКП ускор ютс  до энергии нескольких кэВ в зазоре между МКП и люминесцентным экраном, служащим дл  преобразовани  электронного изображени  в оптическое . Дл  предотвращени  зар дки экрана и дл  подачи на него напр жени  его поверхность со стороны МКП покрыта токопровод щим слоем, толщина которого меньше длины пробега в нем ускоренных электронов. Подача ускор н цей разности потенциалов на люминесцентный экран осуществл етс  от источника посто нного напр жени , регулировкой которого можно измен ть  ркость оптическогоизображени . Регистраци  оптических изображений производитс  фотокамерой и объективом, либо телевизионной системой с накоплением информации на электронно-лучевой трубке с пам тью или другом видеоносителе.

После того как на основании измерений распределени   ркости в полученных изображени х найдены распределени  плотности тока в элементарных пучках, определение распределени  плотности в фазовом пространстве и нахождение эмитанса исследуемого потока производитс  известным способом.

При регистрации изображений фотокамерой врем  после свечени  люминесцентного экрана не имеет значени , в то врем  как при использовании телевизионной системь оно должно существенно превышать врем  передачи кадра. Однако и в этом случае временное разрешение определ етс  только длительностью импульса напр жени  f приход щего на МКП.

Дл  уменьшени  радиационных повреждений при исследовани х о пучками частиц высоких энергий поверхность МКП со стороны экрана-маски пок1жваетс  тормоз щей металлической фольгой .

При конкретной реализации данного устройства были использованы МКП отечественного производства диаметром 34 мм и диаметром каналов 19 мкм, которые позвол ют получать минимальные времена разрешени  пор дка нескольких наносекунд Коэфг фицИент усилени  МКП достигает ЮТ В качестве люминесцентного экрана используют пластмассовый сцинтилл тор , на который напыл ют в вакууме токопровод щий слой алюмини .

Временное разрешение при измерении распределени  плотности частиц в фазовом пространстве с помощью известного устройства составл ет несколько микросекунд. Предлагаемое устройство позвол ет уменьшить врем  измерений до нескольких наносекунд . Чувствительность предлагаемого устройства как минимум на 1-2 пор дка величины превосходит чувствительность известного устройства.

Следует также отметить, что наиболее существенные элементы конструкции устройства, в частности МКП, изготавливаютс  отечественной промышленностью , поэтому создание предлагаемого устройства не вызывает принципиальных затруднений.

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ УСКОРЕННЫХ ЧАСТИЦ В ФАЗОВОМ ПРОСТРАНСТВЕ, включающее экран-маску с системой отверстий, синхронизатор для выделения момента времени, в который проводится измерение, отличающее с я тем, что, с целью повышения временного разрешения и чувствительности , оно содержит микроканальную пластину - преобразователь исследуемых пучков частиц в электронные пучки, отделенную от экрана-маски пространством дрейфа, подключенный к синхронизатору генератор высоко вольтных импульсов, выход которого соединен с микроканальной пластиной, и измеритель распределения плотностей токов электронных пучков.

2. Устройство по π. ^отличающееся тем, что в качестве измерителя распределения плотностей токов электронных пучков использованы расположенный вблизи микроканальной пластины люминесцентный экран, покрытый токопроводящим слоем, источник постоянного напряжения, положительный полюс которого подключен к токопроводящему слою люминесцентного экрана, и регистратор оптического излучения.