Измерение энергетического спектра пучка электронов с помощью излучения Вавилова-Черенкова

• Автор: Полиектов, Владислав Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Глава 1. Методика измерения спектра пучка с помощью излучения Вавилова-Чсренкова в оптическом диапазоне
1.1. Использование излучения Вавилова-Черенкова для определения энергетических характеристик заряженных частиц

1.2. Основные принципы предлагаемой методики

1.3. Математический аппарат для восстановления спектра пучка по экспериментальным данным
Глава 2. Экспериментальное измерение спектра пучка электронов с помощью регистрации излучения Вавилова-Черенкова в оптическом диапазоне

2.1. Выбор параметров экспериментальной установки

2.2. Описание импульсного разрезного микрофона НИИЯФ МГУ на энергию 35 МэВ

2.3. Результаты экспериментальных измерений

Глава 3. Методика измерения спектра пучка с использованием излучения Вавилова-Черенкова в СВЧ-диапазоне

3.1. Основные принципы методики

3.2. Влияние параметров волновода на характеристики ИВЧ

3.3. Сфуктура полей ИВЧ генерируемых одиночным элекфоном
3.4. Численное моделирование процедуры измерения энергетического спекфа сгустка электронов
Заключение
Список литера туры

Практическое использование пучков электронов, получаемых на современных ускорителях, неизбежно порождает потребность в простых, надежных и достаточно точных инструментах для измерения и контроля параметров их энергетического спектра, к которым обычно относят среднюю энергию частиц пучка, а так же ширину и форму энергетического спектра. В настоящее время существует ряд методик для их определения, в частности, широко используются методики, основанные на взаимодействии частиц с магнитным полем, на зависимости пробега частиц от энергии и другие. Однако эти методики обладают существенным недостатком - они являются разрушающими, т.е. в результате измерения характеристики пучка могут значительно изменяться, что ограничивает возможность одновременного практического применения пучка и измерения его спектральных характеристик.
В данной работе предлагаются методики определения энергетического спектра пучка электронов с помощью излучению Вавилова-Черенкова (ИВЧ), которые практически лишены данного недостатка. Излучение генерируется пучком в оптической среде или в замедляющей системе, взаимодействие которой с пучком сведено к минимуму. Рассматривается генерация излучения в двух различных диапазонах длин волн - оптическом и СВЧ. Разработанные методики могут найти применение для создания неразрушающих мониторов энергетических характеристик электронных пучков промышленных и медицинских ускорителей.

Цели работы
Целыо работы является теоретическая разработка и экспериментальная проверка методики измерения энергетического спектра пучка электронов с помощью ИВЧ в оптическом диапазоне и теоретическая разработка методики контроля энергетических характеристик пучка с помощью ИВЧ в СВЧ диапазоне.
Научная новизна
В работе впервые была разработана математическая модель и выполнено численное моделирование методики измерения спектра пучка электронов с помощью ИВЧ в оптическом диапазоне, включающей, в том числе, решение обратной задачи, относящейся к классу некорректно поставленных задач. Была создана экспериментальная установка, и проведена проверка методики на пучке электронов, выведенном с различных орбит разрезного микротрона на энергию 35 МэВ, подтвердившая ее состоятельность.
Впервые была предложена методика определения средней энергии и ширины энергетического спектра пучка электронов по спектру ИВЧ в замедляющей системе в СВЧ диапазоне. Проведен анализ полей излучения в волноводной системе, частично заполненной диэлектриком, выполнено численное моделирование ИВЧ, порождаемого сгустком частиц, исследована роль когерентных эффектов в формировании излучения, описана схема возможного эксперимента и процедура извлечения энергетических характеристик пучка из спектральных характеристик ИВЧ.

Е, МэВ
Рис. 25. Спектры при различных энергиях пучка.
Наблюдаемое на Рис. 22, Рис. 24 отклонение роста амплитуды сигнала

от линейного с уменьшением —г, которое должно, согласно формуле (8)

иметь место при превышении пороговой энергии минимальной энергии
частиц в пучке, объясняется уменьшением эффективности светосбора ИВЧ,
обусловленное геометрией установки.
Т.к. кроме ИВЧ в эксперименте пучок генерирует переходное
излучение на отражающем зеркале (5) Рис. 14 ([55], [56]), направление
распространения которого так же представляет собой конус с углом раствора
1 тх2 0,511 Л ,
(р- — - —-— « « 0.05 рад, ФЭУ располагалось достаточно далеко от
у Е
зеркала, чтобы переходное излучение поглощалось апертурой трубы (8).