Измерение энергии частиц

Измерение местоположения и сечения пучка.

Для определения отклонения пучка по одной из координат применяют два магниточувствительных преобразователя, расположенных на некотором расстоянии от оси пучка по обе ее стороны.

Если пучок находится посередине между преобразователями, то выходное напряжение обоих датчиков одинаково, и их разность равна нулю. При смещении пучка за счет изменения магнитного поля разностный сигнал возрастает. По его величине и знаку определяют направление и степень отклонения пучка. Для контроля положения потока в двух плоскостях нужно расположить четыре датчика.

В зависимости от принципа действия магниточувствительного датчика различают магнитоиндукционные, гальваномагнитные и электронные преобразователи. Последние являются широкополосными с чувствительностью 400-800 мВ/(кА.мм), магнитоиндукционные – узкополосные, с чувствительностью 0,01 В/(А.мм).

В линейных резонансных ускорителях используют резонаторные датчики, представляющие собой цилиндрические или прямоугольные резонаторы. При прохождении пучка в них возникают электромагнитные колебания на определенной частоте, зависящей от степени отклонения пучка.

Определение сечения пучка и распределение плотности тока в нем достаточно затруднительно. Как правило, для этих целей применяют секционированные цилиндры Фарадея, в которых дно делают не сплошным, а состоящим из концентрических колец, изолированных друг от друга. Это позволяет определить сечение пучка и распределение плотности частиц по радиусу за счет измерения тока в каждом из колец.

Для качественной оценки сечения пучка можно использовать металлические пластинки, в которых профиль пучка возникает из-за теплового воздействия на металл. Точность этого метода невелика.

Также можно использовать совокупность полупроводниковых диодов, расположенных на разном удалении от оси пучка. В каждом из них возникает ионизационный ток, пропорциональный количеству частиц в пучке. Однако точность метода ограничена из-за разброса параметров самих диодов, а также из-за их разной радиационной чувствительности.

В высоковольтных статических ускорителях определение энергии сводится к измерению ускоряющего напряжения методом активного делителя. При измерении импульсного напряжения используют емкостные или компенсированные активно-емкостные делители. Точность измерения ускоряющего напряжения таким методом составляет 1-5%.

Наиболее часто энергию электронов W измеряют методом отклонения пучка в поперечном магнитном поле. Для этого необходимо измерить радиус кривизны траектории частицы r, влетающей в однородное магнитное поле с индукцией В, и определить энергию из выражения:

r=(W(W+2W_o)^1/2/(cqB),

где W – кинетическая энергия частиц в магнитном поле, W_o – энергия покоя частицы, с – скорость света.

Принцип измерения энергии этим методом сводится к следующему. Пучок 1 через коллиматор 2 входит в поперечное магнитное поле, создаваемое поворотным магнитом 4. Под действием силы Лоренца траектория движения частиц искривляется, и они попадают в коллектор 5. Коллиматор и коллектор расположены на дуге известного радиуса r (3). За коллектором помещают цилиндр Фарадея 6. Ток пучка регистрируется в случае, если радиус кривизны траектории частиц совпадает с радиусом дуги устройства r. Определив индукцию магнитного поля, при которой эти радиусы совпадут, можно рассчитать энергию частиц. Данный метод позволяет определить и энергетический спектр пучка, так как при разбросе в энергиях при увеличении индукции магнитного поля вначале будут регистрироваться частицы с меньшей, а затем – с большей энергией.

Рис. 16 Измерение энергии частиц методом отклонения в поперечном магнитном поле.

Для измерения энергии частиц может использоваться также метод отклонения пучка в электрическом поле. Его сущность аналогична рассмотренному ранее, а энергия частиц определяется из выражения:

r=1/(qЕ) (W(W+2W_o)/ (W+W_o).

Дата добавления: 2014-01-04