CC BY
14
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1969
Том 156
СИСТЕМА ИНДИКАЦИИ ПУЧКА И ИЗЛУЧЕНИЯ В СИНХРОТРОНЕ НА 300 Мэв
В. П. АНОХИН, Л. Г. косицын
Для осуществления запуска ускорителя и настройки его на оптимальный режим работы необходимо иметь устройства индикации положения и интенсивности пучка как на первых оборотах в вакуумной камере, так и в течение всего цикла ускорения. Система индикации электронного синхротрона на 300 Мэв должна обеспечить в момент инжекции:
1. Возможность настройки момента и угла инжекции пучка инжектируемых электронов и визуального наблюдения положения и формы пучка в камере ускорителя.
2. Измерение тока пучка электронов, введенных в камеру синхротрона.
3. Возможность исследования мгновенной орбиты электронов.
4- Измерение тока пучка электронов в тракте инжекции.
Все элементы системы индикации сделаны подвижными и могут убираться в патрубки вакуумной камеры. Размещение элементов системы индикации в камере синхротрона показано на рис. 1.
Для выполнения перечисленных выше задач используются еле- * дующие устройства индикации:
1. Прозрачные флуоресцирующие сетвд из латуни с размерами (36-102) мм2, покрытые люминофором Б—3 с большим временем после свечения. Прозрачность сеток~50%. Подбор момента и угла инжекции элетронов методом исключения свободных колебаний описан в [1]. Установление момента инжекции осуществлялось сетками I, II, угла инжекции — сеткой V. Длительность импульса инжекции 0,1—0,3 мкеек устанавливалась генератором отсечки [2], что давало возможность работать с пучком размером ~ 1 см по радиусу.
2. Токовые флажки с радиальным размером 80 мм, высотой 36 мм, изготовленные из меди (латуни) толщиной 1 мм. Данные флажки использовались и для провешивания орбит электронов.
3. Теневые флажки размерами 36 мм по вертикали и 30 мм по радиусу, изготовленные из латуни толщиной 1 мм. Флажки электрически соединены со слоем камеры.
Наиболее удобными в работе следует признать сетки, с помощью которых можно не только настраивать момент и угол инжекции, но и быстро определять траектории движения электронов на первых оборотах. Используя указанные устройства, удалось по пучку подобрать параметры системы инжекции, коррекции магнитного поля синхротрона
и осуществить достаточно стабильный квазибетатронный режим ускорения.
4. Измерение тока пучка электронов в тракте инжекции осуществлялось цилиндром Фарадея и магнитным датчиком тока с ферритовым сердечником. Принципы действия и конструкции магнитных датчиков тока известны. В качестве сердечника магнитного датчика тока используем феррит Ф 250 с размерами: снутреныш диаметр кольца 50 мм,
наружный — 70 мм и толщина 10 мм. Апертура датчика 0 = 44 мм. Для предотвращения попадания на датчик электронов пучка он заключен в латуниый экран. Параметры датчика: число витков обмотки w=210, шунтирующее сопротивление Rlu =1100 ом, крутизна характеристики 5 = 3,85 мв/ма. Спад плоской части импульса тока датчика, при ; длительности импульса 7 мксек составляет 25%'. Параметры датчика позволяют производить измерение величины тока пучка от 10 ма до 10 а. Правильность показаний магнитного датчика тока была проверена с помощью цилиндра Фарадея.
Индикация наличия ускорения в синхротроне
Необходимость данной индикации (будем называть ее «схема с кристаллом») была обусловлена трудностями, возникшими при запуске ускорителя. Основным назначением данного устройства являлось исследование ускорения в начале цикла, но оно также позволило наблюдать излучение в течение всего цикла ускорения. Основным элементом индикатора является кристалл Nal (TI) (или стильбена), длительность световой вспышки которого составляет 5- 10 сек. При энергии инжектируемых электронов W¡ = 260 кэв время одного оборота электронов равно 3,78 • 10 8 сек. Таким образом, кристалл позволяет просмотреть отдельно световые вспышки от электронов, попавших на кри-
сталл, с разницей во времени 5- 10~3се/с, т. е. можно разделить обороты электронов в ускорителе.
Кристалл, установленный 1в патрубке вакуумной камеры ускорителя (рис. 1), помещен в дюралюминиевый экран толщиной 2 мм. Открыта лишь торцевая часть его. Электроны, выпадающие из ускорения, погибают на стенках камеры, а следовательно, попадают и на кристалл. Световая вспышка, возникающая в кристалле при попадании на него электронов, через световод попадает на фотоэлектронный умножитель ФЭУ-11Б. Для повышения усиления сигнала используем форсированный режим питания фэу [3].
И момент инжекции сигнал с кристалла и с фэу большой. Чтобы избежать это, используем импульсное питание модулятора фэу, с помощью которого фотоэлектронный умножитель запирается на время инжекции- При выбранном режиме питания фэу импульс запирающего напряжения с амплитудой 200 в и регулируемой длительностью достаточно надежно отключал фэу на момент инжекции. При впуске в камеру ускорителя большого тока инжекции для полного отключения фэу необходимо повышать запирающее напряжение.
Для индикации наличия ускорения в синхротроне использовалась, кроме того, бетатронная мишень (р-мишень). р-мишень установлена
в патрубке камеры синхротрона с внутренней стороны орбиты. Оптимальный радиус установки ее—на границе рабочей зоны магнитного поля синхротрона. Мишень представляет собой флажок из м е ди тол щи но й 1 мм с радиальным размером 40 мм и вертикальным — 33 мм. Внутренний конец флажка ( ~ 10 мм) отогнут под углом 45° относительно радиальной оси его и покрыт люминофором (Са\УОл). Это дает возможность наблюдать с р-мишени как токовой сигнал, так и сигнал световой вспышки на р-мишени с помощью системы «световод-фэу^ (рис. 1). Токовый сигнал с р-мишени мал, просматривается при удовлетворительно настроенном квази5етатронно^1 режиме ускорения и служит для контроля нормальной работы всех систем ускорителя. Флуоресцирующая р-мишень с фэу является более чувствительным устройством. В качестве усилителя сигнала вначале использовали ФЭУ-19М с катодным повторителем. В настоящее время установлен более мощный усилитель — ФЭУ-11 Б.
На рис. 2 показаны осциллограммы импульсов квазибетатронного режима ускорения с токовой р-мишени и со схемы с кристаллом (нижний импульс).
Фэу в схеме с кристаллом открывается в момент окончания импульса инжекции (на осциллограмме просматриваются задний фронт импульса инжекции и квазибетатронный импульс). Длительность ква-
Рис. 2. Осциллограммы импульсов квазибетатронного режима ускорения (верхний импульс — с токовой Р-мишени, нижний импульс — со схемы с кристаллом
зибетатронного режима ускорения составляет ~ 3,5 мксек. Токовая р-мишень дает импульс тока электронов, захваченных в квазибетатронный реж1им ускорения. На рис. 3 показаны осциллограммы импульса с р-мишени с фэу (верхний импульс) и со схемы с кристаллом (первый пик — момент инжекции, последний — квазибетатронный импульс, фэу работает с запиранием).
Рис. 3. Осциллограммы импульсов квазибегатроиного режима ускорения (верхний импульс —с [3-мишени с ФЭУ-И Б, нижний импульс — со схемы с кристаллом)
В заключение отметим, что схема с кристаллом и р-мишепь с ФЭУ-11Б обеспечили надежную индикацию наличия ускорения при запуске синхротрона в синхрофазотронном режиме (да 4 Мэв). При запуске синхротрона до номинальной энергии 300 Мэв индикация наличия ускорения осуществлялась схемой с кристаллом и счетчиком Гейгера типа МС-4.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сборник статей Ускоритель электронов на 680 Мэв. Госатомиздат, Москва, 1962.
2. Л. И. Миненко, В. П. Анохин. ПТЭ, № 3, 88, 1962.
3. О. М. К о в р и ж н ы х, О. Б. Л и к и н, П. А. Ямпольски й. ПТЭ, 6, 69, 1960.
