Циліндр фарадея
До ABTOPCHOIVIY СВІДЧЕННЯМ
ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ СРСР
ПО СПРАВАХ ВИНАХОДІВ І ВІДКРИТТІВ (21) 3764536/24-25 (22) 03.07.84 (46) 07.11.86. Бюл. Ф 41 (71) Науково-дослідний інститут ядерної фізики при політехнічному Томському інституті ім. С.М. Кірова (72) В.М. Бистрицький, В.М. Матвієнко та В.Г. Толмачова (53) 621.387.424(088.8) (56) I.Ì. Neui та ін.
Carbon Beams from à Magnetically
Insulated Diode", LPS вЂ" 266, Cornell
University, It haca, New вЂ" York, 1979.
Янг, Гольден, Капетанакос. Прилади для наукових досліджень, 4, 1977.
Москальов В.А., Шестаков В.Г.
Контролює та вимірює параметри пучків заряджених частинок. М: Атомієдат, 1973, с. 5-17.
„„Я0„„1222 55 A д11ф G О1 Т 1/29, Н 01 J 49/48 (54) (57) ЦИЛІНДР ФАРАДЕЯ, що містить корпус з вхідним каналом і встановлені в ньому постійний магніт, колектор, з'єднаний з корпусом провідником, і пояс Роговського, розташований навколо провідника, що відрізнявся тим, що,. з метою збільшення точності вимірювання іонного струму, у вхідному каналі перпендикулярно колектору встановлена система тонких паралельних полюсів магніту зволікань, кінці яких електрично з'єднані між собою і з корпусом сітками, причому відстань між дротиками і розмір осередку сіток про 80/B (Гс), де В вЂ" величина поперечного магніт-. С"ного поля, створюваного магнітом.
Винахід відноситься до техніки вимірювання параметрів заряджених пучків частинок і може знайти застосування в експериментах з використанням імпульсних потоків заряджених частинок, зокрема, при роботі на сильноточних прискорювачах іонів.
Метою винаходу є збільшення точності виміру іонного струму.
На кресленні показаний циліндр Фарадея, що містить корпус 1,вхідний канал 2 колектор 3, з'єднаний з корпусом 1 провідником 4 і виконаний у вигляді пластини з вертикальними ребрами, службовцями для зменшення вторинної емісії, постійний магніт
1; реєструючий елемент 6 пояс
Рогівського, розташований навколо провідника 4; систему тонких зволікань
7, розташованих у вхідному каналі 2 паралельно полюсів магніту 5, провідні сітки 8, за допомогою яких кінці зволікань 7 з'єднані між собою і корпусом 1.
Циліндр Фарадея працює в такий спосіб. сильноточний пучок, що йде від прискорювача, з енергією порядку 1 МеВ, нейтралізованої по заряду і по струму супроводжують його низькоенергетичними електронами (порядку одиниць КеВ), потрапляє у вхідний канал 2 циліндра. Під дією поперечного магнітного поля, створеного магнітом 5, електрони та іони починають рухатися в площині, перпендикулярній магнітному полю і перерізу пучка, по Ларморівським колам з радіусами де; вЂ" маси іонів та електронів
I відповідно; енергія іонів та електроеВ;
ВЂ,величина магнітного поля, I ca
У першому наближенні викривленням траєкторій іонів можна знехтувати.
Внаслідок цього на вході циліндра
Фарадея спостерігається поділ зарядів упоперек пучка та силових ліній магнітного поля. Але поляризаційний шар і, електричне поле у своїй виявляються дуже малими, т.к. електрони, що відхилилися по Лармеру, потрапляють на заземлені сітками 8 і розташовані один від одного на відстані про тяганину
7 і стікають по них на корпус 1. Іони ж через те, що радіус Лармора
Гм, для них більше, ніж у електронів, зберігають практично своє
10 прямолінійний рух. Ввівши чисельні коефіцієнти та межі, в які вкладаються значення для звичайновикористовуваних пучків вЂ" (Е" = 1 МеВ, m; протони, j; = 10 А/см ), формулу для
15 О (товщини поляризаційного шару) спрощують, вона набуває вигляду: 3 „1 6
5 ° l0 В (Гс) . Встановивши еаземление дроти 7 цьому відстані, ми хіба що " розриваємо " відстані, на которих повинна відбуватися поляризація, тобто. зменшуємо поле поляризації до значення, явно недостатнього, щоб забезпечити дрейф електронів у напрямку руху іонного пучка
25 зі швидкістю приблизно рівної швидкості іонів. Знявши дрейф електронів, ми знімаємо струмову нейтралізацію пуч, ка і збільшуємо точність струмових вимірювань. Зарядова нейтралізація
30 пучка при цьому здійснюється "холодними" електронами, що витягуються залишковим електричним полем пучка зі стінок корпусу 1 і тяганини
7 вздовж силових ліній магнітного поля. Ці електрони створюють електронний фон, замагнічений вздовж силових ліній, рухаючись крізь який, іонний пучок виявляється з високим ступенем нейтралізованим по заряду і не розсипається при русі до приймального колектора 3. Таким чином, на поверхню колектора 3 падає іонний пучок, вільний від електронів, що його супроводжують . Цей пучок
45 вибиває з поверхні колектора 3 вторинні електрони, які завертаються. магнітним полем на колектор 3 і, потрапляючи на ребра, залишаються в них. Пояс Рогівського регіструє повний іонний струм.
Довжина тяганини 7 вибирається з умови необхідної точності вимірювання: тобто, враховуючи, що іони відхиляються магнітним полем по Ларморівських орбітах, необхідно, щоб якомога більша частина іонного пучка, що увійшов у вхідний канал 2 циліндра Фарадея, досягла коллекто1222055
3 ра 3. Визначивши радіус Лармора для іонів і прийнявши похибку вимірювання 107, довжину тяганини 7 знаходятьнаступним чином:
10 --"- -- = 10 1 --- вЂ" вЂ" = 7 см (В (Гс) 1 1 10
3 6 5 ° 10 В(1 с) 5 ° 10 ° 1 ° 10 і (Йц,(см)1 і (см) е 10 ---" вЂ" --
Площа перерізу Ц.Ф. S
Площа комірки сітки $
Кількість тяганини, щі кутів осередків сітки, f5
0,5 х 0,5 = відповідно: й(см) З 80/В (Гс).
Упорядник Б. Рахманов
Техред М.Ходанич Коректор В. Бутяга
Редактор Е. Орлова
Замовлення 6054/1 Тираж 728 Передплатне
ВНДІПД Державного комітету СРСР у справах винаходів та відкриттів
113035, Москва, Ж-35, Рауська наб., д. 4/5
Виробничо-поліграФічне підприємство, м. Ужгород, вул. Проектна, 4
Відстань між колектором і ближньою до нього сіткою вибирається з умови, щоб вибитий іонним пучком з колектора 3 електрон не потрапив на сітку 8. Для виконання цієї умови буде достатньо, щоб відстань була більша або дорівнює двом
Ларморівським радіусам електронів.
Ввівши також припущення та обмеження, як і раніше, отримують, що ця відстань обернено пропорційно величині магнітного поля
Наприклад, для пучків із діаметром
5 см, енергією 1 МеВ, щільністю струму 10 А/см, ш вЂ" протони, радіус циліндра Фарадея приймемо рівним 5 см, значення індукції магнітного поля беремо рівним 1 ° 10 Гс, тоді
Порівняно з прототипом, в такій конструкції циліндра Фарадея для вимірювання струму сильноточного іонного пучка повністю відсікаються електрони, що супроводжують його, усуваються втрати частини іонного пучка sa рахунок розсікання на ділянки його траєкторії від точки поділу з супроводжуючими електронами до приймального колектора, тобто. збільшується точність виміру іонного струму.