Датчик энергии релятивистских электронов, используемый в кильватерном ускорителе
Описан способ определения энергии электронов, использованный при исследовании возбуждения кильватерных полей последовательностью электронных сгустков в плазме и диэлектрических структурах. Энергия электронов определяется величиной экстраполированного пробега электронов, которая находится по измерени...
Saved in:
| Date: | 2010 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17037 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Датчик энергии релятивистских электронов, используемый в кильватерном ускорителе / В.А. Киселев, А.Ф. Линник, В.И. Мирный, И.Н. Онищенко, В.В. Усков // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 160-162. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860237006229995520 |
|---|---|
| author | Киселёв, В.А. Линник, А.Ф. Мирный, В.И. Онищенко, И.Н. Усков, В.В. |
| author_facet | Киселёв, В.А. Линник, А.Ф. Мирный, В.И. Онищенко, И.Н. Усков, В.В. |
| citation_txt | Датчик энергии релятивистских электронов, используемый в кильватерном ускорителе / В.А. Киселев, А.Ф. Линник, В.И. Мирный, И.Н. Онищенко, В.В. Усков // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 160-162. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Описан способ определения энергии электронов, использованный при исследовании возбуждения кильватерных полей последовательностью электронных сгустков в плазме и диэлектрических структурах. Энергия электронов определяется величиной экстраполированного пробега электронов, которая находится по измерению толщины окрашенного слоя, образуемого электронами в стекле. Распределение плотности окрашенного слоя вдоль направления движения электронов дает также возможность регистрировать изменение ширины энергетического спектра пучка и положение пучка относительно оси пролетного канала.
Описано спосіб визначення енергії релятивістського електронного пучка при дослідженні збудження кільватерних полів послідовністю електронних згустків в плазмі й діелектричних структурах. Енергія електронів визначається по величині екстрапольованого пробігу, який відповідає глибині потемніння, утвореного пучком у склі. Розподіл щільності потемніння по глибині дає також можливість реєструвати зміни ширини енергетичного спектра пучка і його розташування відносно вісі прольотного каналу.
Method of determination of electrons energy is described, that was used at research of wakefield excitation by a sequence of electron bunches in plasma and dielectric structures. Energy of electrons is estimated by the value of extrapolated path length of electrons, which is found by measuring the thickness of the coloured layer, formed by electrons in glass. Besides the distribution of density of the coloured layer along electron motion direction enables to register also change of energy spectrum width and bunch position concerning the axis of the transit channel.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:25:29Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 533.9
ДАТЧИК ЭНЕРГИИ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОНОВ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ В КИЛЬВАТЕРНОМ УСКОРИТЕЛЕ
В.А. Киселев, А.Ф. Линник, В.И. Мирный, И.Н. Онищенко, В.В. Усков
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
Е-mail: kiselev@kipt.kharkov.ua
Описан способ определения энергии электронов, использованный при исследовании возбуждения киль-
ватерных полей последовательностью электронных сгустков в плазме и диэлектрических структурах. Энер-
гия электронов определяется величиной экстраполированного пробега электронов, которая находится по
измерению толщины окрашенного слоя, образуемого электронами в стекле. Распределение плотности окра-
шенного слоя вдоль направления движения электронов дает также возможность регистрировать изменение
ширины энергетического спектра пучка и положение пучка относительно оси пролетного канала.
При исследовании кильватерного метода ускоре-
ния электронных пучков в плазме и диэлектриче-
ских структурах желательно иметь возможность
измерения энергии пучка в различных местах облас-
ти взаимодействия, что требует от анализатора ком-
пактности и возможности его перемещения вдоль
области взаимодействия. Необходима также устой-
чивость измерительного устройства к электромаг-
нитным наводкам, что особенно существенно при
импульсных режимах работы.
В статье описывается способ определения энер-
гии релятивистского электронного пучка, основан-
ный на измерении пробега электронов в веществе. В
нашем случае измеряется экстраполированный про-
бег электронов в стекле, который соответствует глу-
бине окрашенного слоя (потемнения), образуемого в
стекле под действием облучения электронами. Рас-
пределение плотности окрашенного слоя вдоль оси
пучка дает также возможность регистрировать из-
менения ширины энергетического спектра и поло-
жение пучка относительно оси пролетного канала.
Анализатор состоит из блока стеклянных пластин,
который можно устанавливать внутри пролетного
канала диэлектрической структуры или в плазме.
Способ измерения энергии не чувствителен к навод-
кам, дешев, прост и удобен в использовании.
Профиль потерь энергии электронов в веществе
и, соответственно, изменение плотности окрашен-
ного слоя вдоль оси пучка, перпендикулярной по-
верхности стекла (центральной оси), имеет макси-
мум, который обусловлен конкуренцией двух меха-
низмов: ростом удельных энергетических потерь с
глубиной и уменьшением количества электронов в
пучке. Распределение поглощенной дозы (потемне-
ния) по толщине мишени, в отличие от экстраполи-
рованного пробега, при равной величине площади
пучка и его углового распределения зависит от ши-
рины энергетического спектра пучка [1].
Для моноэнергетического пучка электронов с
энергией Ее от 2,5 до 20 МэВ экстраполированный
пробег в алюминии можно рассчитать по эмпириче-
ской формуле [2]:
Rэ=0,53Ee - 0,106, (1)
где Rэ=ρх0 – толщина окрашенного слоя, которая
равна экстраполированному пробегу, в г/см2; Ee –
кинетическая энергия электронов в МэВ; ρ – плот-
ность в г/см2; х0 – линейный пробег в см.
В различных веществах с близким атомным но-
мером величина экстраполированного пробега раз-
лична при одинаковой энергии лишь вследствие
различия плотности.
В наших экспериментах было использовано лис-
товое стекло марки М4 (ГОСТ 111-2001) толщиной
от 1,5 до 4 мм, плотностью ρ=2,47 г/см3. Эффектив-
ный атомный номер стекла Z ≈12,2 (для алюминия
Z=13) и пробеги электронов с одинаковой энергией
для стекла и алюминия будут равны.
Из (1) получим выражение для энергии моно-
энергетического электронного пучка:
Ee =
53,0
0,1060 +xρ . (2)
Таким образом, измерив глубину окрашенного
слоя в стекле, можно определить энергию релятиви-
стских электронов.
В нашем случае для определения глубины окра-
шенного слоя пакет стеклянных пластин располагал-
ся таким образом, что пучок попадал в торец пакета
из плотно сжатых стеклянных пластин. Этот пакет
может устанавливаться в пролетном канале камеры
взаимодействия (Рис.1) или вне камеры как в вакуу-
ме, так и в практически любой другой среде. В каж-
дой пластине попадающие электроны образуют уве-
личение оптической плотности на длине пробега.
Рис.1. Схема расположения стеклянных пластин
в камере взаимодействия: 1 – электронный пучок;
2 – окрашенный слой; 3 – пакет стеклянных
пластин; 4 – стенки камеры взаимодействия
При установке пакета стеклянных пластин в ка-
мере взаимодействия их размер определялся разме-
рами пролетного канала. Как правило, пластины
имели размер 40×25 мм и толщину от 1,5 до 4 мм.
Количество пластин в наборе от 5 и более.
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2010. № 3.
Series: Nuclear Physics Investigations (54), p.160-162.
160
mailto:kiselev@kipt.kharkov.ua
Спектр поглощения облученного стекла в облас-
ти от 200 до 1100 нм можно представить состоящим
из трех полос с максимумами при 215, 300 и 550 нм
[3]. Нами измерялось приращение оптической плот-
ности не на отдельной длине волны, а интегральной
оптической плотности, наведенной облучением
электронами, в видимой области спектра. В норма-
тивно-технической литературе данные о прираще-
нии интегральной оптической плотности поглоще-
ния в видимой области спектра при облучении элек-
тронами отсутствуют [4]. Для определения измене-
ний оптической плотности облученного электрона-
ми стекла пластины сканировались, после чего изо-
бражение обрабатывалось и анализировалось про-
граммой SPECTR RAD 4.1 или другими, позволяю-
щими регистрировать изменение оптической плот-
ности. Для получения достоверной величины пробе-
га оптическая плотность сканера должна быть не
менее 3,0 D.
Для применявшегося нами стекла эксперимен-
тально установленная максимальная плотность по-
тока электронов при экспозиции пластин составляла
~ 1012 см-2. В [5] показано, что метод спектроскопии
в видимой области спектра дает возможность изме-
рений поглощенной дозы до 9 кГр с линейной зави-
симостью увеличения оптической плотности от ве-
личины поглощенной дозы излучения.
Рентгеновское излучение, возникающее при по-
падании релятивистских электронов на выходную
фольгу и элементы самого ускорителя, а также на
легкую мишень, должно увеличивать оптическую
плотность стеклянной пластины, но это увеличение
для пучков с энергией ниже 10 МэВ обычно меньше
3% [6].
На Рис.2,а приведено изменение оптической
плотности стеклянной пластины, вызванное облуче-
нием пучком электронов c узким энергетическим
спектром (~8%). Изображение сканировано с пла-
стины, которая располагалась в центре пакета.
Глубина окрашенного слоя х0=0,95 см соответст-
вует энергии электронного пучка Ee≈4,63 МэВ.
На Рис.2,б показана кривая изменения оптиче-
ской плотности вдоль центральной оси.
В случае облучения пластин электронным пуч-
ком с широким энергетическим спектром (~24%),
изменение оптической плотности стеклянной пла-
стины показано на Рис.3.
Рис.2. Распределение плотности окрашенного слоя
при облучении электронами с узким энергетическим
спектром (а); изменение оптической плотности (б)
Глубина окрашенного слоя х0=1,1 см соответст-
вует максимальной энергии электронного пучка
Ее≈5,3 МэВ.
Рис.3. Распределение плотности окрашенного слоя
при облучении пучком с шириной энергетического
спектра электронов 24% (а); изменение оптической
плотности вдоль центральной оси (б)
На Рис.3,б показана кривая изменения оптиче-
ской плотности вдоль центральной оси. Распределе-
ние плотности окрашенного слоя для пучка с широ-
ким энергетическим спектром существенно отлича-
ется от распределения для моноэнергетического
пучка. Наличие электронов с низкими энергиями
приводит к тому, что зона с наибольшей оптической
плотностью начинается у самого края стеклянной
пластины и имеет большую протяженность.
На Рис.4 приведены распределения плотности
окрашенного слоя, создаваемого пучком с узким
энергетическим спектром и начальной энергией
4,5 МэВ при его прохождении через диэлектриче-
скую структуру (см. Рис.4,а) и слой резонансной
плазмы (см. Рис.4,б).
Рис.4. Распределение плотности окрашенного слоя:
в диэлектрической структуре (а); в плазме (б)
При прохождении через диэлектрическую струк-
туру (см. Рис.4,а) энергия пучка уменьшается до
4,02 МэВ (х0=8,2 мм), при этом видно, что энергети-
ческий спектр пучка расширяется и пучок смещает-
ся относительно оси канала. При прохождении слоя
резонансной плазмы (см. Рис.4,б) энергия пучка
уменьшается до 3,9 МэВ (х0=8 мм) с расширением
его энергетического спектра.
Исследуя не только центральную, но и другие
пластины пакета, можно сделать выводы об энерге-
тическом и пространственном распределении реля-
тивистских электронов по всему сечению пучка.
Погрешность определения максимальной энер-
гии такая же, как и в других методах, основанных на
поглощении электронов порядка 5…10%.
Недостатком описанного способа измерения
энергии является обесцвечивание стеклянных пла-
стин со временем [7], но этот недостаток устранялся
тем, что отрезок времени между окончанием облу-
чения пластин и началом их сканирования выбира-
ется одним и тем же (в нашем случае – это 1 час).
Таким образом, предложенным способом опре-
деления энергии релятивистского электронного
161
162
пучка, по измерению глубины образуемого пучком
окрашенного слоя в оконном стекле, могут быть
измерены изменения энергии электронов вдоль зоны
взаимодействия. Легко исследовать распределение
плотности электронов пучка вдоль оси камеры
взаимодействия, а также возможна качественная
оценка изменения ширины энергетического спектра
пучка.
ЛИТЕРАТУРА
1. Journal of the ICRU. Report 71. 2004, v.4, №1,
p.39-48.
2. I. Katz, A.S. Penfold // Rev. Modern Phys. 1952,
v.24, №1, p.28-34.
3. Г.В. Бюргановская, В.В. Варгин, Н.А. Леко,
Н.Ф. Орлов. Действие излучений на неорганиче-
ские стекла. М.: “Атомиздат”, 1968, с.242.
4. В.И. Арбузов. Основы радиационного оптиче-
ского материаловедения. СПб.: «ИТМО», 2008,
c.141.
5. S.I. Hong, Y.N. Lee, S.Y. Cho, et al. // Radiation
Measurements. 2008, v.43, p.1365-1371.
6. F.M. Khan, K.P. Doppke, K.P. Hogtam, et al. //
Medical Phisics. 1991, v.18, №1, p.73-109.
7. А.И. Акишин, А.И. Цепляев // Физика и химия
обработки материалов. 2004, №6, c.25-30.
Статья поступила в редакцию 01.10.2009 г.
SENSOR OF RELATIVISTIC ELECTRONS ENERGY, USED IN WAKEFIELD ACCELERATOR
V.A. Kiselev, A.F. Linnik, V.I. Mirny, I.N. Onishchenko, V.V. Uskov
Method of determination of electrons energy is described, that was used at research of wakefield excitation by a
sequence of electron bunches in plasma and dielectric structures. Energy of electrons is estimated by the value of
extrapolated path length of electrons, which is found by measuring the thickness of the coloured layer, formed by
electrons in glass. Besides the distribution of density of the coloured layer along electron motion direction enables to
register also change of energy spectrum width and bunch position concerning the axis of the transit channel.
ДАТЧИК ЕНЕРГІЇ РЕЛЯТИВІСТСЬКОГО ЕЛЕКТРОНА,
ЩО ВИКОРИСТОВУЄТЬСЯ У КІЛЬВАТЕРНОМУ ПРИСКОРЮВАЧІ
В.О. Кисельов, А.Ф. Лінник, В.І. Мирний, І.М. Оніщенко, В.В. Усков
Описано спосіб визначення енергії релятивістського електронного пучка при дослідженні збудження
кільватерних полів послідовністю електронних згустків в плазмі й діелектричних структурах. Енергія елект-
ронів визначається по величині екстрапольованого пробігу, який відповідає глибині потемніння, утвореного
пучком у склі. Розподіл щільності потемніння по глибині дає також можливість реєструвати зміни ширини
енергетичного спектра пучка і його розташування відносно вісі прольотного каналу.
SENSOR OF RELATIVISTIC ELECTRONS ENERGY, USED IN WAKEFIELD ACCELERATOR
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17037 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:25:29Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Киселёв, В.А. Линник, А.Ф. Мирный, В.И. Онищенко, И.Н. Усков, В.В. 2011-02-18T12:37:36Z 2011-02-18T12:37:36Z 2010 Датчик энергии релятивистских электронов, используемый в кильватерном ускорителе / В.А. Киселев, А.Ф. Линник, В.И. Мирный, И.Н. Онищенко, В.В. Усков // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 160-162. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17037 533.9 Описан способ определения энергии электронов, использованный при исследовании возбуждения кильватерных полей последовательностью электронных сгустков в плазме и диэлектрических структурах. Энергия электронов определяется величиной экстраполированного пробега электронов, которая находится по измерению толщины окрашенного слоя, образуемого электронами в стекле. Распределение плотности окрашенного слоя вдоль направления движения электронов дает также возможность регистрировать изменение ширины энергетического спектра пучка и положение пучка относительно оси пролетного канала. Описано спосіб визначення енергії релятивістського електронного пучка при дослідженні збудження кільватерних полів послідовністю електронних згустків в плазмі й діелектричних структурах. Енергія електронів визначається по величині екстрапольованого пробігу, який відповідає глибині потемніння, утвореного пучком у склі. Розподіл щільності потемніння по глибині дає також можливість реєструвати зміни ширини енергетичного спектра пучка і його розташування відносно вісі прольотного каналу. Method of determination of electrons energy is described, that was used at research of wakefield excitation by a sequence of electron bunches in plasma and dielectric structures. Energy of electrons is estimated by the value of extrapolated path length of electrons, which is found by measuring the thickness of the coloured layer, formed by electrons in glass. Besides the distribution of density of the coloured layer along electron motion direction enables to register also change of energy spectrum width and bunch position concerning the axis of the transit channel. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Применение ускорителей Датчик энергии релятивистских электронов, используемый в кильватерном ускорителе Датчик енергії релятивістського електрона, що використовується у кільватерному прискорювачі Sensor of relativistic electrons energy, used in wakefield accelerator Article published earlier |
| spellingShingle | Датчик энергии релятивистских электронов, используемый в кильватерном ускорителе Киселёв, В.А. Линник, А.Ф. Мирный, В.И. Онищенко, И.Н. Усков, В.В. Применение ускорителей |
| title | Датчик энергии релятивистских электронов, используемый в кильватерном ускорителе |
| title_alt | Датчик енергії релятивістського електрона, що використовується у кільватерному прискорювачі Sensor of relativistic electrons energy, used in wakefield accelerator |
| title_full | Датчик энергии релятивистских электронов, используемый в кильватерном ускорителе |
| title_fullStr | Датчик энергии релятивистских электронов, используемый в кильватерном ускорителе |
| title_full_unstemmed | Датчик энергии релятивистских электронов, используемый в кильватерном ускорителе |
| title_short | Датчик энергии релятивистских электронов, используемый в кильватерном ускорителе |
| title_sort | датчик энергии релятивистских электронов, используемый в кильватерном ускорителе |
| topic | Применение ускорителей |
| topic_facet | Применение ускорителей |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17037 |
| work_keys_str_mv | AT kiselevva datčikénergiirelâtivistskihélektronovispolʹzuemyivkilʹvaternomuskoritele AT linnikaf datčikénergiirelâtivistskihélektronovispolʹzuemyivkilʹvaternomuskoritele AT mirnyivi datčikénergiirelâtivistskihélektronovispolʹzuemyivkilʹvaternomuskoritele AT oniŝenkoin datčikénergiirelâtivistskihélektronovispolʹzuemyivkilʹvaternomuskoritele AT uskovvv datčikénergiirelâtivistskihélektronovispolʹzuemyivkilʹvaternomuskoritele AT kiselevva datčikenergíírelâtivístsʹkogoelektronaŝovikoristovuêtʹsâukílʹvaternomupriskorûvačí AT linnikaf datčikenergíírelâtivístsʹkogoelektronaŝovikoristovuêtʹsâukílʹvaternomupriskorûvačí AT mirnyivi datčikenergíírelâtivístsʹkogoelektronaŝovikoristovuêtʹsâukílʹvaternomupriskorûvačí AT oniŝenkoin datčikenergíírelâtivístsʹkogoelektronaŝovikoristovuêtʹsâukílʹvaternomupriskorûvačí AT uskovvv datčikenergíírelâtivístsʹkogoelektronaŝovikoristovuêtʹsâukílʹvaternomupriskorûvačí AT kiselevva sensorofrelativisticelectronsenergyusedinwakefieldaccelerator AT linnikaf sensorofrelativisticelectronsenergyusedinwakefieldaccelerator AT mirnyivi sensorofrelativisticelectronsenergyusedinwakefieldaccelerator AT oniŝenkoin sensorofrelativisticelectronsenergyusedinwakefieldaccelerator AT uskovvv sensorofrelativisticelectronsenergyusedinwakefieldaccelerator |