Электронно-лучевая диагностика пучков ускоренных заряженных частиц

• Автор: Воронцов, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
1.1. Математическая модель системы электронно-лучевого зондирования пучка заряженных частиц
1.2. Выбор представления пучка заряженных частиц
1.3. Алгоритм расчета динамики зондирующего пучка в поле исследуемого пучка
2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ. ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
2.1. Размеры, угловая расходимость, положение центра тяжести
2.2. Ток и энергия
2.3. Поперечный и продольный профили
2.4. Эмиттанс и двумерная фазовая плотность
2.5. Функция распределения в фазовом пространстве
3. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
3.1. Плотность распределения заряда азимутально-симметричного пучка
3.2. Поперечные профили пучков ускорителей У-28 и "Факел"
3.3. Распределение пространственного заряда в пучке ионов С’/1
3.4. Поперечный профиль пучка инжектора циклотрона ТІШЕШ7
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ

Развитие ускорительной техники предполагает расширение и совершенствование средств измерения и контроля различных параметров и характеристик пучков заряженных частиц. Диагностика пучка осуществляется как для исследования его динамики в процессе ускорения для обеспечения требуемых параметров пучка на выходе ускорителя, так и для наладки и настройки ускорителя или накопителя, точной установки уровня интенсивности пучка при постановке эксперимента, исследования различных режимов ускорителя, создания систем автоматического управления работы установки и т.д.
Разнообразие методов и средств диагностики пучка заряженных частиц связано с необычайно широким спектром как типов самих пучков, их параметров и характеристик, так и способов их получения и использования в фундаментальных и прикладных исследованиях, проводимых с помощью ускорительной техники.
Расширение использования ЭВМ в информационно-измерительных и в автоматизированных системах управления в том числе и на различных электрофизических установках привело к появлению проблемы разработки унифицированных и стандартизованных измерителей параметров пучков заряженных частиц, которые позволили бы получать информацию об основных электромагнитных, геометрических, энергетических и временных параметрах и характеристиках пучков в широких диапазонах изменения этих величин.
Эта проблема может быть решена с помощью измерителей, построенных по модульной структуре, состоящих из набора нескольких стандартизированных и унифицированных модулей, имеющих несложную взаимную стыковку при сборке по типовым структурным схемам, разработанным для измерения определенных параметров пучка.
Набор таких модулей можно разделить на четыре группы [1]:
1) первичные преобразователи;
2) усилительные и согласующие устройства;

3) преобразующие устройства;
4) регистрирующие устройства.
Созданные и разрабатываемые первичные преобразователи параметров и характеристик пучка заряженных частиц не всегда полностью соответствуют требованиям, которые предъявляются к преобразователям, предназначенным для работы в системах автоматического управления и измерения на ускорителях заряженных частиц. К числу основных требований относят следующие [2]:
1. Минимальные воздействия, оказываемые преобразователями на параметры пучка (прозрачность преобразователя).
2. Возможность непрерывного получения информации об измеряемом параметре в широком диапазоне изменения его значения.
3. Высокая помехоустойчивость, эксплуатационная надежность, хорошая стабильность и повторяемость характеристик преобразователей.
4. Электрическая природа выходного сигнала преобразователя и наименьшее количество преобразователей измеряемого параметра до ввода в управляющую ЭВМ.
5. Повышенная радиационная стойкость.
Для получения информации о параметрах пучка заряженных частиц используются преобразователи различного типа, отличающиеся друг от друга не только физическими принципами действия, но и степенью сложности и способами преобразования информации для ввода ее в управляющие системы.
В соответствии с одной из распространенных классификаций [1] первичные преобразователи в зависимости от физического принципа преобразования информации разделяют на следующие типы:
1. Полевые преобразователи, использующие взаимодействие электромагнитного поля, создаваемого пучком заряженных частиц, с измерительным устройством. К этому типу преобразователей относятся электростатические, магнитоиндукционные и резонаторные преобразователи, а также преобразователи, использующие эффект Холла.

уравнение превращается в квадратное или в линейное, так же, как и для случая равенства полуосей эллипсоида и превращения его в сфероид или сферу. Исключим из рассмотрения координатные оси. Тогда на плоскости Оyz уравнение (1.9) имеет положительный корень и отрицательный, расположенный между -Ъ2 и - с2. На плоскости 0xz оно имеет положительный корень и отрицательный, расположенный между -а2 и -Ь2, если точка Р между ветвями гиперболы х2/{а2 -b2)-z2](b2 - с2) =1, а если нет, отрицательный корень расположен между -Ь2 и - с2. На плоскости 0 ху это уравнение имеет отрицательный корень, расположенный между - а1 и -Ь2 и отрицательный корень, рас-

положенный между - b и - с , если точка Р внутри эллипса х2/(а2 -с2) + у2/(Ь2 -с2) = 1 или положительный корень, если точка Р вне этого эллипса. На координатных осях анализ корней очевиден.
Для "неприводимого" случая корни уравнения (1.24) могут быть представлены, как действительные части комплексных векторов ИД
Возможное расположение комплексных векторов Wk показано на рис. 1 .За.
Если положительный корень единственный, то, как видно из рис. 1.3а, угол ог/3 не может превышать л/3 и, следовательно, а изменяется от 0 до к.
Непосредственное применение формул (1.34) и (1.35) для вычисления 5 при широком диапазоне изменения параметров а, Ь, с, х, у, г связано с определенными сложностями. В задачу исследования не входит изучение всех возможных случаев соотношений между параметрами а, Ь, с, х, у, г. Рассмотрим лишь некоторые из них.
(1.33)
Для определения S выберем
(1.34)
и вычислим S по формуле
(1.35)