Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
25 11,43 Te 0,050 0,662 0,873 0,931
51 22,86 Te 0,000 0,265 0,632 0,799
12 5,72 Фа 0,431 0,079 0,034 0,022
25 11,43 Фа 0,808 0,231 0,088 9,051
51 22,86 Фа 0,858 0,601 0,261 0,137
20
Таблица 1.2. Теплофизические свойства материалов для выпускных окон
Характеристика Бериллий Алюминий Алюминиевые Титан
сплавы
Коэффициент теплопроводности, Вт/ (см • К) 1,8 2 1,3 0,15
Теплоемкость, Дж/ (г • К) 2,1 0,93 0,95 0,54
Плотность, г/см3 1,85 2,7 2,8 4,5
Рабочая температура, °С 450 100 200 450
фольги в критической точке и допустимым значением плотности электронного тока: Xn AfK [ 1 ~(1 +1 ,Ье)тApIo0Sу/ае] тТм
и[тгФАЦ28Ъ) +12тФА1№п) + (ХпФА/с/к) (m/n) + L2/(2Л)] (т + п)
(1.35)
где An, Лф — коэффициенты теплопроводности материала подложки и фольги соответственно; X =Хф/Лп; AfK * 0,9fnjl -f о; Ap - перепад давления, действующего на фольгу; U — разность потенциалов между катодом и фольговым узлом источника; I, h — полудлина и высота ребра подложки, см; ак=2ЯкХАП/(37©ак) — коэффициент контактной теплопроводности между фольгой и подложкой; я — радиус контактного пятна, см; Pk -ApimIn + 1) —давление в зоне контакта; Xt = 2ХпХф (Xn + Хф) — приведенный коэффициент теплопроводности в зоне контакта; Ok ~~ предел прочности наиболее мягкого из контактирующих материалов; п — полуширина ребра, удовлетворяющая условию, что падение температуры на фольге в зоне контакта не превышает 10%, см. —______,
Ширина ребра окна определяется выражением n =Of 467 1\/йк и с учетом со-
отношений, приведенных выше; зависимость между шириной единичного окна и ребра получена в [ 6] в виде
2 9гг • 0,467 Scr0 (1 + X)
п • + тп = -
4 Ap
1,54 • 10 5<7q (1 +X)
Ap
(1.36)
Из выражения (1.35) следует, что плотность тока, выведенного за фольговое окно, имеет максимум по нескольким параметрам, входящим в это выражение. Существуют оптимальные значения конструкционных размеров подложки для данной энергии электронов. Оптимальные значения могут быть определены из (1.34) с учетом зависимостей 7д/ и Фд от (5, U) согласно [5] и а от Ap на основании приведенных соотношений. Экспериментальная проверка расчетных значений температуры фольги, полученных по формуле ] р
(1.35), показала их удовлетворительное соответствие результатам эксперимента [б].
При толщине алюминиевой фольги 25 мкм и ускоряющем напряжении U ~ 150 кВ через окно фольгового узла, разработанного в ВЭИ им. В.И. Ленина (рис. 1.9) в стационарном режиме выведен пучок с плотностью тока 3,5 • 10~4 А/см2. Неравномерность плотности тока за фольгой не превышала 5%.
і ГТТ1
2JL і' 2т H HfHt
Рис. 1.8. Схема фольгового окна щелевого типа
Рис. 1.9. Подложка выводного окна
1.6. ИЗМЕРЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ТОКА
Распределение плотности тока по сечению пучка является важнейшим параметром пучка большого сечения. Это связано с тем, что в некоторых практических применениях ПБС недопустимы даже незначительные локальные неоднородности плотности тока. Поэтому при настройке и эксплуатации источников электронов, генерирующих ПБС, важно быстро и с достаточной точностью измерять распределения плотности тока у. Для непрерывных пучков такое измерение не вызывает затруднений, и промышленность выпускает измерительные устройства. В случае же импульсных пучков имеются особенности, связанные с необходимостью получения распределения у за один или несколько импульсов.
Для диагностики распределения плотности тока используют в основном два метода:
1. С помощью цилиндров Фарадея, размещенных с различной степенью дискретности на площади, равной сечению пучка или превышающей его.
2. С помощью пленочных детекторов (винипроз, астралон и др.), которые при облучении высокоэнергетичными электронами изменяют свою окраску.
Системы измерения распределения по первому методу выполняют по единой структурной схеме, включающей в себя датчики, ячейки промежуточной памяти, систему опроса ячеек и регистрирующее устройство, в качестве которого используют многоканальный самопишущий прибор или запоминающий осциллограф.
Простыми системами измерения распределения у являются системы, в которых для опроса ячеек памяти применяют шаговые искатели с улучшенной высокоомной изоляцией (рис. 1.10). В качестве датчиков используют 24 цилиндра Фарадея диаметром 25 мм, равномерно расположенных на площади диаметром 350 мм. Цилиндры размещают под общей коллекторной пластиной с отверстиями диаметром 16 мм, соосными с цилиндрами Фарадея. Каждый датчик подсоединен к своей ячейке памяти, в качестве которых используются конденсаторы C1 — Cn. В исходном состоянии с помощью нормально разомкнутого контакта реле Р\ датчики отсо-22
Рис. 1.10. Электрическая схема с шаговым искателем для измерения распределения плотности тока
S
г
Bk1 [j^1 l^f__ [^An
і
VL
единеныот конденсаторов. Перед подачей импульса тока пучка тумблер Bkx замыкает цепь реле Pit которое подключает датчик к соответствующему конденсатору С і — Cn. Током пучка конденсаторы заряжаются до напряжения, пропорционального плотности тока. Затем реле обесточиваются и отключают датчики от конденсаторов, что позволяет значительно уменьшить утечку заряда через изоляцию цилиндров Фарадея в процессе опроса ячеек памяти. Опрос ячеек памяти осуществляется шаговым искателем, который поочередно подключает их к самопишущему прибору СП. Одновременно другими группами контактов шагового искателя производится разряд опрошенных ячеек. Основные погрешности измерения (порядка 5%) возникают в результате утечки заряда через изоляцию шагового искателя. Системы, обладающие высокой точностью измерения и большими функциональными возможностями, основаны на применении з системах опроса и ячейках памяти коммутаторов на полевых транзисторах. На рис. 1.11 приведены структурная (а) и принципиальная (б) схемы системы для определения профиля выведенного протонного пучка синхроциклотрона [7], которая при замене датчиков может быть использована для измерения распределения / электронного пучка. Ячейками памяти служат конденсаторы емкостью C = 1 нФ ± 2%, имеющие сопротивление утечки более Ю10 Ом. К каждому конденсатору подсоединены стоки полевых транзисторов (T2l T3), которые играют роль линейных ключей и имеют в закрытом состоянии сопротивление Ю10 Ом, а в открытом 103 Ом. Истоки транзисторов через истоковые резисторы R4 и R5 соединены с землей. При открывании транзистора напряжение с конденсатора передается на резистор. Линейные ключи открываются при подаче с дешифратора на вход транзистора T1 положительного импульса. Напряжение с истоковых резисторов через повторители, собранные на полевых транзисторах T4, T6 типа КП 103К, передается на регистрирующий прибор. В интервалы времени, когда все линейные ключи закрыты, истоковые резисторы зашунтированы ключами разряда, собранными на транзисторах T5, T1. Для снятия напряжения одновременно со всех конденсаторов на затворы всех линейных ключей подаются импульсы от формирователя импульса сброса при открытых ключах разряда. Устройство работает следующим образом. Запускающим импульсом устанавливается на "0" двоичный счетчик. После перехода в состояние "0" снимается блокировка с генератора опроса, который выдает прямоугольные импульсы. В момент прихода этого импульса на дешифраторе возникает разрешающий импульс, открывающий соответствующий линейный ключ, и напряжение с выбранного конденсатора передается на регистрирующий прибор. По окончании импульса подается сигнал на вы-
