способ измерения профиля пучка на ускорителях

Формула изобретения

Способ измерения профиля пучка ускорителя, использующий систему отклонения пучка, тонкую измерительную мишень и детектор вторичного излучения, отличающийся тем, что перемещение пучка во времени через неподвижную мишень обеспечивается с помощью нарастающего во времени магнитного поля, создаваемого изменением тока в отклоняющих магнитах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для измерения профиля пучка (плотности распределения) в ускорителях элементарных частиц.

При измерении профиля пучка на ускорителях применяются устройства с использованием механических приводов для пересечения пучка тонкой мишенью. Аналогом предлагаемого изобретения является устройство, предложенное в работе (Ch.Steinbach, M.van Roij. A scanning Wire Beam Profile Monitor, IEEE Transactions on Nuclear Science. Vol.NS-32, N5, oct.1985).

Наиболее близким прототипом данного изобретения является профилометр, описанный в докладе (K.A.Brown, I.H.Chiang, D.Gassner et al. A scanning Target Profile Monitor, Proc. of РАС 97, pp.2149-2151). В этом профилометре информация о профиле получается путем использования быстрого перемещения тонкой мишени через циркулирующий протонный пучок и регистрации вторичных частиц, образующихся при его взаимодействии с веществом мишени. Время пересечения мишенью пучка ограничивается обеспечением ее сохранности из-за теплового разогрева и возможного разрушения. Минимальная скорость перемещения мишени при этом определяется интенсивностью циркулирующего пучка, его размерами, а также теплофизическими свойствами вещества мишеней и обычно составляет 4-20 м/с. Как правило, измерение профиля осуществляется путем измерения потока вторичных частиц, образовавшихся в мишени. Недостатком сканирующих профилометров является необходимость использования сложных механических приводов, обеспечивающих перемещение мишени внутри вакуумной камеры ускорителя. Кроме того, использование механических приводов приводит к некоторой нелинейности скорости перемещения мишени из-за необходимости разгона и торможения мишени.

Основой предлагаемого способа измерения профиля является использование магнитного поля для отклонения и пересечения пучком стационарно установленной мишени. При этом измерительная мишень внутри вакуумной камеры фиксируется на определенной координате вблизи траектории пучка и остается неподвижной при магнитном отклонении пучка. Скорость пересечения пучком измерительной мишени будет определяться фронтами нарастания магнитного поля в отклоняющих устройствах и определяется как магнитными свойствами отклоняющих устройств, так и нарастанием тока в этих устройствах.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, где показан первичный пучок 1-1-1 и отклоненный пучок 1-2-1. Отклонение производится с помощью дополнительных магнитов 3 для создания требуемой формы локального искажения орбиты. Здесь же приведено расположение измерительной мишени в виде тонкой нити 4 и детектора 5, обеспечивающих проведение соответствующих измерений профиля циркулирующего пучка. Положение мишени показано на фиг.1 в момент прохождения через нее пучка.

Поставленная цель для проведения соответствующих измерений предлагаемым способом на протонном синхротроне У-70 Института физики высоких энергий (ИФВЭ) достигается разработкой устройства, состоящего из системы локального искажения орбиты, обеспечивающей заброс пучка на поглотитель, тонкой измерительной мишени и сцинтилляционного детектора. Система локального искажения орбиты позволяет отклонять пучок на поглотитель, стенки которого являются элементом вакуумной камеры ускорителя. Эта система обеспечивает на У-70 скорость наведения пучка ˜2,7 м/с, что достаточно для обеспечения измерений профиля циркулирующего пучка при проведении физических экспериментов на ускорителе. Измерительная мишень устанавливается на трассе пучка вблизи поглотителя с учетом реальных размеров пучка.

Осциллограмма профиля пучка, полученная описываемым способом, представлена на фиг.2. Здесь луч 1 - это сигнал сцинтилляционного детектора, установленного вблизи мишени, а луч 2 - осциллограмма напряжения с измерительного шунта в источнике питания отклоняющих магнитов, обеспечивающих смещение пучка на расстояние, необходимое для пересечения пучком измерительной мишени.

Предлагаемый способ измерения профиля пучка отличатся сравнительной простотой. На ускорителе У-70 он позволил разработать устройство для измерения профиля пучка на основе тонкой измерительной мишени, сцинтилляционного детектора и существующей системы локального искажения орбиты.