ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2014, № 3, с. 87-88
ОБЩАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА
УДК 533.9
устройство для оперативного измерения
максимальной энергии электронов
© 2014 г. А. Л. Юрьев, Т. В. Лойко, С. Л. Эльяш, С. П. Пухов
РФЯЦ-ВНИИэкспериментальной физики Россия, 607190, Саров Нижегородской обл., просп. Мира, 37 E-mail: elyash@expd.vniief.ru Поступила в редакцию 05.08.2013 г.
Разработано простое компактное устройство для оперативной оценки максимальной энергии электронов. В качестве детекторов электронов использовались цветовые пленочные индикаторы ЦВИД-01-1 и ЦВИД-3. Проведено сравнение результатов экспериментов на ускорителе АРСА с измерениями на полукруговом магнитном спектрометре. Расхождение в измерениях максимальной энергии электронов не превышало 8%.
DOI: 10.7868/S0032816214020232
В РФЯЦ—ВНИИЭФ разработана серия высокопроизводительных импульсных ускорителей АРСА мегавольтного диапазона [1]. При работе ускорителя необходима оперативная оценка одной из важнейших характеристик — максимальной энергии электронов, которая определяется амплитудой напряжения на ускорительной трубке и характеризует ее работу. Для прямых измерений амплитуды напряжения необходима регистрация формы импульса напряжения, что требует разработки делителей напряжения и использования регистрирующей аппаратуры. Кроме того, наличие электромагнитных наводок усложняет процесс регистрации.
Максимальную энергию электронов можно определять при помощи полукругового магнитного спектрометра [2, 3] по измеренному спектру электронов. Магнитный спектрометр позволяет проводить измерения энергии электронов многократно и с большой точностью, но отличается высокой сложностью и стоимостью изготовления, а также необходимостью вакуумно-плотной стыковки входного узла камеры спектрометра и источника электронов.
Известен ряд устройств, в которых используется прохождение электронов через поглощающие фильтры с последующим определением максимальной энергии [4, 5]. По измеренной кривой поглощения восстанавливается расчетным путем спектр электронного пучка и определяется максимальная энергия. Измерения при этом требуют использования сложной аппаратуры.
Для оперативного измерения максимальной энергии электронов разработано простое компактное устройство, позволяющее проводить оценку амплитуды напряжения на ускорительных трубках по длине пробега электронов в веществе.
На рис. 1а представлено устройство, которое выполнено в виде кубика 1 из алюминия с боковым пазом. Паз расположен под углом по отношению к плоскому участку, на который падает пучок электронов. Электроны проходят через клиновидный участок, являющийся фильтром с линейно изменяющейся толщиной, причем максимальная толщина клина больше ожидаемого пробега электронов. Для регистрации электронов в пазу устанавливается цветовой пленочный индикатор 2 (ЦВИД-01-1 или ЦВИД-3).
Под воздействием электронов, прошедших сквозь клин, пленка меняет цвет в соответствии с поглощенной дозой. Характерное изображение пленочного индикатора после облучения его в устройстве приведено на рис. 1б. Необлученная пленка ЦВИД-01-1 окрашена в желтый цвет, а под воздействием электронного пучка становится коричнево-красной. Такой резкий контраст цве-
(a) (б)
Рис. 1. Устройство для оперативного измерения максимальной энергии электронов: а — кубик с цветовым пленочным индикатором (12 х 12 х 12 мм); б — визуальный индикатор после облучения устройства электронами.
88
ЮРЬЕВ и др.
Длина засвеченного участка L, мм
14 г
12 10 8 6 4 2
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Энергия электронов, МэВ
Рис. 2. Зависимость длины засвеченного участка пленочного индикатора от энергии электронов.
тов облегчает определение границы облучения электронным пучком.
Засвеченная область на пленке справа соответствует участку пленки, расположенному за пределами кубика. Граница засвеченного участка L соответствует толщине алюминиевого клина, равной пробегу электронов с максимальной энергией. Для определения максимальной энергии электронов по длине участка L был построен график зависимости максимальной энергии электронов от длины L (рис. 2) с использованием известной зависимости экстраполированного пробега электронов в алюминии от энергии электронов [6].
Пленочный индикатор не требует дополнительной обработки на спектрофотометре или другом подобном устройстве; граница изменения цвета определяется визуально, поэтому результаты можно получать в течение нескольких минут.
Пленка ЦВИД-3 также очень удобна для использования в данном устройстве. Необлученная пленка ЦВИД-3 ярко-красного цвета, а в зависимости от дозы приобретает окраски: коричнево-красную, темно-зеленую, зеленую, желтую. Как и пленка ЦВИД-01-1, она имеет резкий контраст цветов на границе облученного и необлученного участков.
Разработанное устройство испытывалось на импульсном ускорителе АРСА (емкость разрядного контура 60 пФ, напряжение холостого хода до 1400 кВ) при различных напряжениях на ускорительной трубке. Электронная трубка обеспечивала равномерное распределение электронного излучения в пятне 014 мм. Потемнение на пленочном индикаторе было получено за 20 импульсов (рис. 1б).
Погрешность измерения энергии электронов при помощи данного устройства определялась с учетом ширины размытия границы изменения цвета на цветовом пленочном индикаторе (около 1 мм) и не превышала 40 кэВ.
Энергия электронов, измеренная данным способом, сравнивалась с максимальной энергией, измеренной с помощью полукругового магнитного спектрометра [4]. Погрешность измерения определялась с учетом ширины приемных ламелей спектрометра и не превышала 20 кэВ при энергии <1 МэВ и 30 кэВ при энергии >1 МэВ. Ниже приведены значения максимальной энергии электронов в килоэлектронвольтах, измеренные двумя методами (при помощи полукругового магнитного спектрометра и разработанного устройства) при разных режимах работы ускорителя АРСА:
Магнитный спектрометр Разработанное устройство
1400 ± 30 1330 ± 40
1270 ± 30 1200 ± 40
1120 ± 30 1050 ± 40
870 ± 20 840 ± 40
760 ± 20 740 ± 40
В данных экспериментах расхождение результатов не превышало 8%.
Проведенные измерения в широком диапазоне энергий электронов подтвердили удобство и оперативность использования данного простого компактного устройства при оценке максимальной энергии электронов. Изменение толщины клина позволяет расширить диапазон измеряемой максимальной энергии электронов и использовать устройство для других ускорителей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Эльяш СЛ., Профе Л.П. // ВАНТ. Сер. Физика радиационного воздействия на РЭА. 2002. Вып. 3. С.132.
2. Герасимов А.И., Дубинов Е.Г., Кудасов Б.Г. // ПТЭ. 1971. № 3. С. 31.
3. Эльяш С.Л., Пухов С.П., Моренко C.А. // ВАНТ. Сер. Физика радиационного воздействия на РЭА. 2007. Вып. 3-4. С. 91.
4. Филимончева П.И., Плохой В.В., Самойлова Л.Ю., Афанасьев В.Н., Кандиев Я.З., Ларцев В.Д., Хохряков В.Ф. // ПТЭ. 1979. № 6. С. 40.
5. Дергобузов К.А., Евдокимов О.Б., Кононов Б.А., Ягушкин Н.И. // ПТЭ. 1975. № 1. С. 29.
6. Воробьев А.А., Кононов Б.А. Прохождение электронов через вещество. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1966.С. 150
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА № 3 2014
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.