Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
23
Cl
импульсов
разряда
Рис. 1.11. Структурная (а) и принципиальная [б) схемы измерения пространственного профиля пучка (7]
24
ход счетчика, и счетчик переводится в следующее состояние. После завершения опроса 32 конденсаторов счетчик переходит в состояние "1", генератор опроса блокируется, и одновременно формируется импульс сброса, который открывает ,есе 32 выхода дешифратора и разряжает все конденсаторы. В данном устройстве датчиками служат 32 проволочки трехэлектродной ионизационной камеры размером 160 х 160 мм. Регистрирующим прибором служит двухлучевой осциллограф.
Для измерения плотности тока в 108 точках сильноточного пучка импульсного ускорителя электронов применяли несколько видоизмененную схему [8] с полевыми транзисторами 2П 304 А. Схема одного из 108 измерительных каналов без генераторных блоков показана на рис. 1.12. В отличие от предыдущей схемы в этом устройстве во время опроса накопительный конденсатор Cn отсоединен от датчика транзистором Tlf что позволяет уменьшить токи утечки через изоляцию датчика. Кроме того, при большом токе пучка для ограничения тока через T1 в ячейке памяти установлен буферный конденсатор C6. В исходном состоянии диод Ді и транзистор T2 открыты, поэтому C6 и Cn разряжены. После прихода пускового импульса, опережающего рабочий и.ипульс ускорителя примерно на 100 мкс, генераторы импульсов запирают Дх и T2f и от датчиков заряжается конденсатор C6. Затем открывается транзистор F1, и конденсатор Cn заряжается до Un =U6C6/ (Cn+Ce). После этого закрывается транзистор Ti и открывается диод Дх, в результате чего разряжается конденсатор C6, а сигнал с датчика запоминается на конденсаторе Cn. Из-за большого сопротивления утечки транзисторов Ti и T2 (около 1011 Ом) напряжение на Cn не изменяется при опросе ячеек памяти. В случае применения четырехканального самопишущего прибора одновременно осуществляется опрос четырех ячеек.
Использование в качестве ключей полупроводниковых транзисторов позволяет значительно повысить точность измерения распределения плотности тока. Однако в случае пучка, выведенного через металлические фольги в атмосферу, возможны погрешности измерения, если не учитывать некоторые явления, возникающие при прохождении пучка в газе, и взаимодействие высокоэнергетичных электронов с материалом датчика. Погрешности возникают из-за вторичной электронной эмиссии, поглощения электронов при прохождении воздушного или газового зазора между фольгой и датчиком (коллектором) и появления ионного тока в зазоре.
25
Истинное значение тока на датчик можно определить из выражения [9]
ВЛПЛ И' #
(1.37)
где кв, кп, Аги — коэффициенты, учитывающие соответственно вторичную электронную эмиссию, поглощение электронов в воздушном зазоре и ионный ток.
Исследования, проведенные на ускорителе с энергией электронов 60— 130 кэВ, позволили установить некоторые условия, обеспечивающие правильность измерения тока пучка, выведенного через алюминиевую фольгу. После прохождения электронов с энергией 100—140 кэВ через алюминиевую фольгу толщиной 30 мкм и воздушный зазор d < 2 см погрешность измерений не превышает 5%. Основные погрешности возможны за счет вторичной эмиссии, причем они тем больше, чем выше энергия электронов и плотность материала, из которого изготовлен коллектор. Наиболее предпочтительным материалом является графит. Так, в диапазоне энергий 60 — 130 кэВ кв изменяется от 1 до 0,9 для графита, от 1 до 0,8 для алюминия, от 1 до 0,6 для тантала. Это объясняется различием в значении коэффициента упругого отражения высокоэнергетич-ных электронов. Истинно вторичные электроны, имеющие энергию менее 50 эВ, не могут преодолеть воздушный зазор и уйти на фольгу. Экспериментально установлено также, что для всех материалов увеличение зазора сдвигает нижнюю границу энергий, при которой для всех материалов кв ~ ~ 1, в сторону больших значений. В отличие от измерений в вакууме, при которых широко используется подача на коллектор положительного смещения, при измерениях в воздухе такая операция может привести к значительным погрешностям из-за появления ионизационных токов в зазоре. Эти погрешности увеличиваются с увеличением зазора, плотности тока и потенциала смещения <рк. Показано, что не должен превышать нескольких милливольт.
Для быстрого получения качественной и непрерывной по всей площади поперечного сечения пучка картины распределения плотности тока широко используют полимерные пленки. Пленка типа винипроз при облучении высокоэнергетичным пучком приобретает коричневую окраску, насыщение которой происходит через 2—3 сут (если не применяется специальная обработка). Если в процессе облучения и последующие 2,5 ч пленку выдерживать при t = 60°С, то дальнейшее изменение оптических свойств не происходит. В [10] показано, что потемнение пленки при длине волны X =500 нм начинается с некоторой пороговой плотности поглощенной дозы излучения N (N — число электронов, поглощенных B 1 CM2 поверхности), зависящей от энергии электронов. С увеличением дозы оптическая плотность растет линейно. Линейная зависимость оптической плотности от поглощенной дозы излучения лежит в пределах 7 • 1013 — 1015 см“2 для энергии электронов 150 кэВ и 2 • 1013 — 1014 см”2 — для энергии 380 кэВ.
