4. ИЗМЕРИТЕЛИ ВТОРИЧНОЙ ЭМИССИИ (ЭМИССИОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ)

Для измерения тока пучка заряженных частиц на ускорителях используются измерители вторичной эмиссии, которые называются иногда «мониторами вторичной эмиссии». Принцип действия таких

приборов основан на измерении величины тока вторичных электронов низкой энергии, выбиваемых первичным пучком при прохождении через тонкую фольгу. Толщина фольги выбирается намного меньше длины свободного пробега частиц измеряемого пучка в данном материале так, чтобы потери частиц первого пучка были минимальными. Поэтому измеритель такого типа относится к «контактным прозрачным измерителям». Для собирания вторичных электронов вблизи эмиттирующего электрода устанавливается электрод-коллектор, на который подается положительное напряжение относительно эмиттера. Ток, возникающий в цепи коллектора, регистрируется интегратором тока и служит мерой тока первичного пучка.

Рис. IV. 15. Конструкция измерителя вторичной эмиссии: 1 — вывод; 2 — фольга коллектора; 3 - фольга окна; 4 — полистироловое кольцо

Рис. IV. 16. Электрическая схема измерителя вторичной эмиссии 1 — коллектор; 2 — интегратор; 3 — батарея смещения; 4 — выходное окно

Число вторичных электронов используемых коллектором, зависит от тока и энергии первичного пучка, толщины и материала эмиттера (атомного веса А) и напряжения смещения

Соответствующим выбором толщины и материала эмиттера и напряжения смещения можно получить пропорциональную зависимость между током вторичных электронов и током первичного пучка в некотором диапазоне энергии частиц падающего пучка. С целью повышения чувствительности для пучков высоких энергий (десятки и выше) как эмиттирующий электрод, так и собирающий, представляют собой наборы из нескольких фольг (до 10). Такие приборы обладают небольшой массой и малыми габаритами. Градуировка их производится измерителями непрозрачного типа (цилиндр Фарадея).

На рис. IV. 15 показана конструкция одного из измерителей вторичной эмиссии. Источником вторичных электронов служит алюминиевая фольга выходного окна, толщиной 100 мкм, а коллектором — лист тонкой Ъмкм) алюминиевой фольги, закрепленный

между полистироловыми и латунными кольцами. Коллекторная фольга помещена в вакуумной камере, присоединенной непосредственно к ускорительной трубке. Электрический ввод в камеру осуществлен с помощью проходного изолятора. Принципиальная электрическая схема измерения приведена на рис. IV. 16. Градуировочный график прибора показан на рис. IV. 17 (для энергий электронов от 1,0 до а на рис. IV. 18 приведена зависимость вторичного тока от напряжения смещения. Из графика видно, что в значительном диапазоне изменения напряжения смещения выходной ток не зависит от него. Величина выходного тока для описываемого прибрра связана с входным током соотношением

Другая конструкция монитора вторичной эмиссии представляет собой два набора алюминиевых фольг по 10 штук в каждом, вставляемых друг в друга наподобие воздушного конденсатора.

Рис. IV. 17. Градуировочный график измерителя вторичной эмиссии.

Рис. IV. 18. Зависимость тока вторичных электронов от напряжения смещения

Один набор фольг — эмиттер, другой — коллектор вторичных электронов, образующихся в результате прохождения первичных электронов пучка через фольги. Ток вторичных электронов измеряется специальной измерительной схемой. Пропорциональная зависимость сохраняется до плотности тока Толщина каждой фольги 10 мкм (плотность —

Зазор между двумя соседними фольгами 2 мм, габаритные размеры измерителя Ось пучка проходит через центры 20 фольг. Монитор вторичной эмиссии калибруют при помощи цилиндра Фарадея. Измерение вторичного тока основано на известном принципе накопления измеряемого заряда в накопительном конденсаторе с последующим измерением величины потенциала на нем методом компенсации точно известным напряжением. Пределы измерения тока пучка электронов линейных ускорителей с энергиями до от до .

Для больших токов используется монитор другой конструкции, отличающийся от описанного выше в основном количеством эмиттеров и количеством фольг. Этот монитор может быть использован в большом диапазоне изменений геометрии пучка электронов. Кроме

того, из-за малой емкости (междуэлектродной) имеется возможность измерения коротких импульсов тока. Измеритель вторичной эмиссии состоит из цилиндрической латунной камеры диаметром 75 мм, в которой находится алюминиевая фольга толщиной 7,5 мкм. Концы камеры закрыты алюминиевой фольгой толщиной 150 мкм, соединенной с камерой. Центральная (эмиттерная) фольга электрически изолирована от камеры. Вторичные электроны, эмиттированные центральной фольгой, при прохождении пучка с большой энергией через камеру собираются на фольгах окон и на стенах камеры, имеющих общий потенциал. Давление в камере мм ртутного столба. На камере положительный потенциал по отношению к центральной фольге. Камера изолируется от земли. Измерение проводится с помощью RC-цепочки, выбираемой так, чтобы обеспечить интегрирование. Напряжение на сопротивлении пропорционально среднему току пучка. Погрешность измерения средних токов пучка от 106 до а в диапазоне энергий от 10 до при калибровке с помощьр цилиндра Фарадея составляет 5%. Зависимость погрешности от температуры не наблюдается.

Несмотря на преимущества и достоинства измерителей вторичной эмиссии (небольшая масса, малые габариты, простота устройства и др.) такие приборы обладают рядом недостатков. При их использовании необходима тщательная градуировка с помощью других измерителей (например, цилиндра Фарадея). Чувствительность относительно невысока, поэтому при измерениях небольших токов пучка требуется применять довольно сложные электрические схемы.

При измерении больших токов существенно усложняется конструкция датчика из-за необходимости применения специальной схемы охлаждения фольг. В силу отмеченных недостатков эмиссионные датчики целесообразно использовать при небольших изменениях энергии и тока пучка, когда градуировка датчиков остается неизменной.