Способ определения параметров трубчатого сильнопоточного импульсного пучка ускоренных электронов

Способ определения параметров трубчатого сильнопоточного импульсного пучка ускоренных электронов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРУБЧАТОГО СИЛЬНОТОЧНОГО ИМПУЛЬСНОГО ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ, основанный на бесконтактном измерении магнитных полей, создавае1«лх пучком при его движении в вакуумном пролетном канале с продольным магнитным полем, от л.и чаю - щ и и с я тем, что, с целью увел?ичения количества одновременно измеряемых параметров пучка, в нескольких местах пролетного канала изменяют граничные условия вне пучка путем изменения геометрических размеров пролетного канала, либр путем изменения электрических потенциалов на его стенках, а затем намеряют продольные составляющие магнитного поля.(СknFо^00 О)о 00 со

COl0B СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„688089

3(51) Н 05 Н 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2519096/18-25 (22) 18.08.77 (46) 23.01.84.Бюл. 9 3 (72) И.H.Ñëèâêîâ и A.A.Êîçëîâ (53) 621.384.6 (088.8) (56) 1. Бредли Л.П. Методика исследования распределения плотности электронного, тока и траекторий электронов в сильноточном релятивистском электронном пучке. — Приборы для научных исследований, 9 6, 1975, с. 21.

2. Москалев В.A. и др. Контроль и измерения параметров пучков заряженных частиц. М., A-И, 1973, с.5-6, 27-32. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТPQB ТРУБЧАТОГО СИЛЬНОТОЧНОГО ИМПУЛЬСНОГО ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ, основанный на бесконтактнбм измерении магнитных полей, создаваемых пучком при его движении в вакуумном пролетном канале с продольным магнитным полем, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения . количества одновременно измеряемых параметров пучка, в нескольких местах. пролетного канала изменяют граничные условия вне пучка путем изменения геометрических размеров пролетного канала, либо путем изменения электрических потенциалов на его стенках, а затем изме.ряют продольные составляющие магнитного поля. е

С2.688089

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в ускорительных установках и в мощных электровакуумных приборах для бесконтактного определения параметров трубчатого сильноточного им- 5 пульсного пучка ускоренных электронов, распространяющегося в вакуумном канале с продольным магнитным полем.

Известны коллекторные способы измерения параметров электронного пучка, основанные на частичном или полном.перекрытии пучка (1). Однако, для диагностики сильноточных электронных пучков с больщими удельными энерговыделениями подобные способы становятся неприемлемыми из-за разрушения измерителей электронным пучком. Кроме того, в некоторых случаях желательно провести измерения параметров без возмущения пучка, что 20 невозможно осуществить указанными выше способами.

Известен способ определения параметров трубчатого сильноточного импульсного пучка ускоренных электро-25 нов, основанный на бесконтактном измерении магнитных полей, создаваемых пучком при его движении в вакуумном пролетном канале с продольным магнитным полем (2).

Недостатком этого способа является то, что он позволяет измерять ограниченное число параметров пучка, а именно величину тока и положение центра тяжести пучка. 35

Целью изобретения является увеличение количества одновременно измеряемых параметров rzó÷êîâ.

Поставленная цель достигается тем, что в нескольких местах пролетного 40 канала изменяют граничные условия вне пучка, либо путем изменения геометрических размеров пролетного канала,либо путем изменения электрических потенциалов на его стенках,а затем измеряют продольные составляющие магнитного поля

На чертеже схематически изображено поперечное сечение трубчатого электронного пучка 1 с внешним и внутренним радиусами соответственно

Р и Я, распространяющегося в про,летном канале 2 (коаксиальном трубопроводе) с радиусами металлических стенок 3 и 4 соответственно Р и К

Магнитное поле ((направлено йерпендикулярно плоскости чертежа. При наличии этого поля, à также радиального электрического. поля Е, вызванного собственным объемным зарядом пуч. ка, движение ускоренных электронов имеет сложный вид. С некоторым упрощением можно считать, что каждый .электрон пучка участвует в трех движениях:первое — движение вдоль сило. Вой линии магнитного поля,то есть 65 вдоль оси пролетного канала,перпендикулярно плоскости чертежа, второе— движение в плоскости чертежа по .: ларморовской окружности с центром на ,соответствующей силовой линии из-sa наличия в общем случае перпендикулярной к магнитному нолю составляющей скорости электронов, третье — движение в плоскости чертежа вокруг оси пучка со скоростью V<> в результате дрейфа электронов в скрещенных электрическом Г и магнитном 8 полях °

Первое движение вызывает появление азимутального магнитного поля, которое, например, широко используют для измерения тока пучка с помощью пояса Роговского. Второе и третье движения и вызывают изменение продольного магнитного поля.

Определение этого изменения магнитного поля с разделением эффектов, вызванных отдельно этими движениями, и используется для суждения о других параметрах электронного пучка перпендикулярной составляющей скорости ! электронов! среднего рэднусэ Rcp и толщины пучка й= — к

z.

Магнитный поток Ф в толще пучка, вызванный вторым движением, определяется. выражением

Ч 2

6 Ч где ? — ток пучка (Я,) — относительное значение перпендикулярной составляющей сксрости электронове р - ларморовский радиус °

При — gр,g ., (обычные значддряИ этого параметра для пучков) и для электронов с энергией Е (в мэВ), магнитный поток Ф8 (в веберах) Ф =3. (О 3 — — (-, (2.>

Ч 2

Ч„ где где ток пучка ? в амперах, напряженность магнитного поля Н в амперах на метр. Данное соотношение позволяет определить относительное значение перпендикулярной составляющей скорости электронов, однако, непосредствен-, ное измерение Ф, необходимое для определения этого параметра пучка, затруднено из-эа наличия продольной составляющей магнитного поля, вызванного. третьим видом движения — токами дрейфа, Плотность кругового дрейфового тока

Е. Е (37

)др, H заряд электрона, — плотность электронов;

688089 (4-о — абсолютная магнитная проницаемостьу напряженность радиального электрического поля.

Величина и характер распределения радиального электрического поля E 5 определяется как параметрами пучка, так и параметрамк грубопровода— геометрией его поперечного сечения и потенциалами на внутренней 4 и внешней 3 стенках. В соответствии с 70 этим, от тех же параметров зависит величина и распределение дрейфгвого тока и вызванный им магнитный поток фв .. При этом суммарный ток дрейфа, по радиальному сечению пучка в общем случае не равен нулю ° Это вызывает изменение магнитного потока внутри пучка, при R< R2, что не наблюдается для второго вида движения.

Измерители магнитных потоков 0 удобно устансвить на границах трубопровода и измерять потоки в сечениях с радиусами Й„и R4.

В этих сечениях магнитные потоки, вызванные третьим видом движения электронов в пучке с равномерной плотностью тока, определяются выражениями:

1 — L

2 ср

2 гд е R c P Я2+ К

7 Д Д (1

2 L- — — (-+ ср

) — средниф радиус кау толщина пучка;

35 пучд2-К - R

3 2 ",R

Ь—

К„

40 параметру

Н, — скорость электронов 45 вдоль оси °

Так как поток вызванный вторым видом движения ограничен радиусами R2 и Ra, то он будет фиксироваться только при измерении. потока в сече- 50 нии с радиусом R4, т.е. измерители, установленные на радиусах Й7 и R4 будут измерять соответственно потоки

55 ф ф ф =Ф +-Ф (5)

2 4

Выражения (2), (4), (5), позволяют определить четыре основных параметра пучка: Э,ь, и р, Ч (Ч„ . Для это- 60 го необходимо провести измерения потоков Ф 7 и Ф 4 при двух различных граничных условйях. Изменения граничных условий, например величин

Й1, Ry вызовет разные изменения потоков ф 1,Ф и не повлияет на поток Ф . Это обстоятельство и позволяет получить необходимое число независимых уравнений для вычисления указанных параметров электронного пучка.

Таким образом видно, что B отличие.от ранее существовавшего способа бесконтактного измерения очень ограниченного числа параметров электронных пучков, основанного на регистрации магнитного поля, в предлагаемом способе осуществляется воздействие на местные траектории движения электронов пучка путем изменения граничных условий вне пучка, вызывающих изменения радиального электрического поля в самом пучке. В результате этого появляется возможность разделить накладывающиеся друг на друга поля пучка, возникающие от разных эффектов при движении пучка в продольном магнитном поле. Это разделение и дает возможность определить четыре основных параметра пучка. Очень существенно, что это воздействие не оказывает влияния на все остальные параметры пучка, такие как ток, энергия, распределение плотности тока по сечению и т.д.

Реализацию предлагаемого способа можно пояснить на следующем примере.

На трубопроводе, по которому проходит измеряемый пучок ускоренных электронов, делают два соседних участка с разными значениями радиуса R4 и на этих участках устанавливают по два измерителя магнитных потоков для измерения потоков в сечениях с радиусами R„ и R+ . Обозначим измеряемые потокй через Ф 7, Н 1 Ц

+z< °

Из выражений (4), (5), можно получить, что

Р

t lan

Ф, Ф" <

RÄ

Таким образом, величины Р,р и л могут быть определены из относительных значений измеряемых потоков.Для определения Э иН /Ч необходимо знание абсолютных значенйй потоков.При этом значения Э иН (Н„определяются соответственно из потоков Ф 7 и Ф 4.

Кроме того, этот способ очень удобен для контроля отклонения среднего радиуса пучка от требуемой величины. Для этого значения R4 в оддом из выбранных для измерения сечений делают таким. чтобы при задан688089 заданной велик появлению

Составитель Е.ГроМов

Редактор Н.Коляда Техред С.Мигунова Корректор A ° IIDBx

Заказ 1053/2 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, УЛ.Проектная, 4 иом значении Р поток ф „ был равен д1 йулв, что получаетоа, если р Ð

4" р

1, Отклонение от чины приведет

- си гнал а.