Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Измерение энергетического спектра пучка электронов с помощью излучения Вавилова-Черенкова

Диссертация: Измерение энергетического спектра пучка электронов с помощью излучения Вавилова-Черенкова
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В заключение автор выражает благодарность своим научным руководителям — доктору технических наук Труханову Кириллу Александровичу, заложившему основу обсуждаемых методик для определения спектра пучка, и доктору физико-математических наук, Шведунову Василию Ивановичу, под руководством которого производилась вся экспериментальная работа, а так же разработка методики определения спектра пучка… Читать ещё >

Измерение энергетического спектра пучка электронов с помощью излучения Вавилова-Черенкова (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Методика измерении спектра пучка с помощью излучения Вавилова-Черепкова в оптическом диапазоне
    • 1. 1. Использование излучения Вавилова-Черепкова для определения энергетических характеристик заряженных частиц
    • 1. 2. Основные принципы предлагаемой методики
    • 1. 3. Математический аппарат для восстановления спектра пучка по экспериментальным данным
  • Глава 2. Экспериментальное измерение спектра пучка электронов с помощью регистрации излучения Вавилова-Черепкова в оптическом диапазоне
    • 2. 1. Выбор параметров экспериментальной установки
    • 2. 2. Описание импульсного разрезного микротрона
  • НИИЯФ МГУ на энергию 35 МэВ
    • 2. 3. Результаты экспериментальных измерений
  • Глава 3. Методика измерения спектра пучка с использованием излучения Вавилова-Черепкова в СВЧ-диапазоне
    • 3. 1. Основные принципы методики
    • 3. 2. Влияние параметров волновода на характеристики ИВЧ
    • 3. 3. Структура полей ИВЧ генерируемых одиночным электроном
    • 3. 4. Численное моделирование процедуры измерения энергетического спектра сгустка электронов

Практическое использование пучков электронов, получаемых на современных ускорителях, неизбежно порождает потребность в простых, надежных и достаточно точных инструментах для измерения и контроля параметров их энергетического спектра, к которым обычно относят среднюю энергию частиц пучка, а так же ширину и форму энергетического спектра. В настоящее время существует ряд методик для их определения, в частности, широко используются методики, основанные на взаимодействии частиц с магнитным полем, на зависимости пробега частиц от энергии и другие. Однако эти методики обладают существенным недостатком — они являются разрушающими, т. е. в результате измерения характеристики пучка могут значительно изменяться, что ограничивает возможность одновременного практического применения пучка и измерения его спектральных характеристик.

В данной работе предлагаются методики определения энергетического спектра пучка электронов с помощью излучению Вавилова-Черенкова (ИВЧ), которые практически лишены данного недостатка. Излучение генерируется пучком в оптической среде или в замедляющей системе, взаимодействие которой с пучком сведено к минимуму. Рассматривается генерация излучения в двух различных диапазонах длин волн — оптическом и СВЧ. Разработанные методики могут найти применение для создания неразрушающих мониторов энергетических характеристик электронных пучков промышленных и медицинских ускорителей.

Цели работы.

Целыо работы является теоретическая разработка и экспериментальная проверка методики измерения энергетического спектра пучка электронов с помощью ИВЧ в оптическом диапазоне и теоретическая разработка методики контроля энергетических характеристик пучка с помощью ИВЧ в СВЧ диапазоне.

Научная новизна.

В работе впервые была разработана математическая модель и выполнено численное моделирование методики измерения спектра пучка электронов с помощью ИВЧ в оптическом диапазоне, включающей, в том числе, решение обратной задачи, относящейся к классу некорректно поставленных задач. Была создана экспериментальная установка, и проведена проверка методики на пучке электронов, выведенном с различных орбит разрезного микротрона на энергию 35 МэВ, подтвердившая ее состоятельность.

Впервые была предложена методика определения средней энергии и ширины энергетического спектра пучка электронов по спектру ИВЧ в замедляющей системе в СВЧ диапазоне. Проведен анализ полей излучения в волноводной системе, частично заполненной диэлектриком, выполнено численное моделирование ИВЧ, порождаемого сгустком частиц, исследована роль когерентных эффектов в формировании излучения, описана схема возможного эксперимента и процедура извлечения энергетических характеристик пучка из спектральных характеристик ИВЧ.

Практическая значимость.

Предлагаемые методики могут найти широкое применение для неразрушающего контроля характеристик энергетических спектров электронных пучков промышленных и медицинских ускорителей электронов в диапазоне энергий 1−20 МэВ. Построенные математические модели позволяют проводить численное моделирование экспериментов, выбирать оптимальные параметры установок для различных диапазонов энергии пучка, проводить обработку данных, полученных в результате экспериментов. Кроме того, в работе приведены схемы экспериментальных установок, которые могут быть использованы при инженерной разработке мониторов энергетических характеристик пучка. Следует так же отметить, что рассмотренные принципы могут быть перенесены и на пучки заряженных частиц других типов.

Личный вклад автора.

Автор диссертации внес основной вклад в реализацию математических моделей предлагаемых методик, создание экспериментальной установки и проведение экспериментов, которые являлись частью работ по настройке и оптимизации работы ускорителя электронов — импульсного разрезного микротрона НИИЯФ МГУ на энергию 35 МэВ.

Апробация работы.

Основные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 6-ти работах и обсуждались на следующих конференциях:

• Всероссийской конференция по ускорителям заряженных частиц RuPAC-2004.

• научной сессии МИФИ-2005,.

• V и VI межвузовской научной школе молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине».

• конференции «Ломоносов-2006».

На защиту выносятся следующие результаты:

• Методика измерения энергетического спектра пучка по зависимости интенсивности ИВЧ, порождаемого пучком электронов, движущимся в среде, от пороговой энергии этой среды.

• Математическая модель эксперимента по измерению ИВЧ в оптическом диапазоне и процедура восстановления спектра пучка из экспериментальных данных.

• Экспериментальная установка для измерения спектра пучка с помощью ИВЧ в оптическом диапазоне и результаты измерения энергетического спектра пучка, выведенного с различных орбит разрезного микротрона на энергию 35 МэВ.

• Методика контроля энергетических характеристик пучка с помощью ИВЧ в замедляющих волноводных системах в СВЧ диапазоне.

• Схема экспериментальной установки и результаты численного моделирования процедуры определения средней энергии пучка и ширины энергетического спектра с помощью ИВЧ, генерируемого сгустком электронов в замедляющей системе.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, содержит 109 страниц, 64 рисунка, 5 таблиц.

Список литературы

содержит 81 наименование.

Заключение

.

В диссертации получены следующие основные результаты:

1. Предложена методика измерения и контроля энергетического спектра по зависимости интенсивности ИВЧ, порождаемого пучком электронов, движущимся в среде, от пороговой энергии этой среды.

2. Построена математическая модель и создано программное обеспечение, с помощью которого выполнено моделирование эксперимента и разработана процедура восстановления спектра пучка электронов из экспериментальных данных.

3. Построена экспериментальная установка и проведена проверка методики измерения спектра по излучению в оптическом диапазоне, которая показала состоятельность предлагаемой методики.

4. Разработана методика измерения и контроля спектра пучка электронов по ИВЧ в СВЧ-диапазоне в замедляющих волноводных системах. Несомненным ее достоинством является минимальное воздействие процедуры измерения на пучок.

5. Предложена схема экспериментальной установки для реализации методики, рассчитаны ее параметры. Исследована роль когерентных эффектов в формирование ИВЧ, рассмотрены вопросы регистрации излучения и восстановления энергетического спектра пучка электронов.

В заключение автор выражает благодарность своим научным руководителям — доктору технических наук Труханову Кириллу Александровичу, заложившему основу обсуждаемых методик для определения спектра пучка, и доктору физико-математических наук, Шведунову Василию Ивановичу, под руководством которого производилась вся экспериментальная работа, а так же разработка методики определения спектра пучка с помощью ИВЧ в СВЧ диапазоне.

Также автор выражает благодарность заведующему кафедрой общей ядерной физики Ишханову Борису Саркисовичу, и всем сотрудникам кафедры и отдела электромагнитных процессов и взаимодействий атомных ядер НИИЯФ МГУ, на базе которого выполнена данная работа.

Показать весь текст

Список литературы

  1. .М. История открытия и объяснения излучения Вавилова-Черенкова. УФН67, 163 (1959)
  2. П.А. Видимое свечение чистых жидкостей под действием у-радиации. ДАН СССР 2, 451 (1934)
  3. П.А. Видимое излучение, испускаемое электронами, движущимися в среде со скоростями, превышающими скорость света. Phys. Rev. 52,387 (1937)
  4. И.Е., Франк И. М. Излучение электрона при равномерном движении в преломляющей среде. Тр. Физ. Ин-та им. П. Н. Лебедева АН СССР 2, № 4 (1947)
  5. Первые советские Нобелевские лауреаты по физике. М. Знание. 1984.
  6. П.А., Тамм И. Е., Франк И. М. Нобелевские лекции. Москва. Физматгиз, 1960.
  7. G. Collins, V. Reiling. Экспериментальная проверка теории Франка и Тамма, Phys. Rev. 54, 499(1938)
  8. В.Л.Гинзбург. Квантовая теория излучения электрона, равномерно движущегося в среде. ЖЭТФ 10, 608 (1940)
  9. В.Л.Гинзбург. Некоторые вопросы теории излучения при сверхсветовом движении в среде. УФН 69, 537 (1959)
  10. .М. Теория эффекта Вавилова-Черенкова. УФН 62, 201 (1957)
  11. .М. Свечение Вавилова-Черенкова. М. Наука. 1964.
  12. Н. Wyckoff, J. Е. Henderson. Phys. Rev. 5, 1404 (1960)
  13. В.П. Излучение Вавилова-Черенкова и его применение в физике высоких энергий. М. Атомиздат, 1968. 2 тома.
  14. Bhidey M.R., Jennings R.E., Kalmus P.I.P. Measuring of electron beam energy using a gas Cherenkov detector. Proc. Phys. Soc. London. 1958. Vol. 72, pt. 6, N 468, P. 973−980.
  15. R. J. Hanson, D. C. Moore, Gas cerenkov counter with adjustable velocity threshold. Nuovo chemisto 4, 1558 (1956)
  16. Альбиков 3.A., Веретенников A.M., Козлов O.B. Детекторы импульсного ионизирующего излучения. М. Атомиздат. 1978.
  17. P. Bassi, А, М, Bianchi. Cerenkov Counters. Nuovo cimento, 9, 1087 (1952)
  18. P. Bassi. Cerenkov counter for the identification of particles. Nuovo cimento, 8, 807(1951)
  19. J. Marshall. Cerenkov Radiation Counter for Fast Electrons. Phys. Rev. 81, 2 751 951)
  20. R.W. Birge, Fast Coincidences with Cerenkov Counters. Phys. Rev. 85, 7 661 952)
  21. M. Cassels. Threshold Cerenkov Counter. CERN Symposium, 1956, v. 1, p. 74
  22. В.Д. Грушин, B.A. Запевалов, E.M. Лейкии. Черепковский у-спектрометр полного поглощения. ПТЭ 2, 27 (1960)
  23. Диагностика пучков заряженных частиц в ускорителях: Сб. науч. трудов РАИАН. М.: 1984.
  24. В.А., Труханов К. А., Драбкин Ю. А. «Мониторирование пучка ускоренных электронов на выходе ускорителя». Сборник тезисов Всесоюзного научно-практического семинара по «Применению мощных источников ионизирующего излучения». М. 1976.
  25. К.А., Измерение энергии частиц по зависимости интенсивности излучения Вавилова-Черепкова от фазовой скорости. Черепковские детекторы и их применение в науке и технике. М. Наука. 1990
  26. А. Хомоненко, В. Гофман, Е. Мещеряков, В. Никифоров. Delphi 7. Наиболее полное руководство. BHV Санкт — Петербург, 2006 г.
  27. Сайт http://www.delphimaster.ru/
  28. Сайт http://www.npi.msu.ru/
  29. Н.Н. Численные методы. М. Наука. 1978.
  30. А.Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. М. Наука, 1979.
  31. М.Д., Бараночников M.JI. Приемники оптического излучения. М.Л. 1987.
  32. И.В., Русаков B.C. Анализ и обработка экспериментальных данных. М. Изд-во НЭВЦ ФИПТ. 1998.
  33. В.П. Горбачев, Б. С. Ишханов, B.B. Полиектов, В. П. Степанчук, В. И. Шведунов / Источник электронов с большой яркостью пучка и его применения // Вестник СГТУ. 2007. № 1, стр. 95−99
  34. С.П., Мелехин В. Н. Микротрон. М. Наука, 1969.
  35. А.А. Исследование по теории движения частиц в современных циклических ускорителях. Труды ФИАН им. П. Н. Лебедева, т. ХШ, 1960, стр.3 129
  36. А.А. Физические основы методов ускорения заряженных частиц. М.: Изд-во МГУ, 1980
  37. Дж. Принципы работы циклических ускорителей. М.: Изд-во иностр. лит., 1963.
  38. Г. Циклические ускорители заряженных частиц. М.: Атомиздат, 1970.
  39. Е.А. Промышленные ускорители электронов. М.: Энергоатомиздат, 1986.
  40. R.E. Rand, Recirculating electron accelerators (Harwood Academic Publishers, 1984), p.236.
  41. V.S. Skachkov. A variable gradient rare earth alpha-magnet. Proceedings of EPAC 2000, Vienna, Austria, p. 2122−2124
  42. В.П., Котов В. И. Основы магнитной оптики пучков заряженных частиц высоких энергий. М.: Энергоатомиздат, 1984.
  43. V. S. Skachkov, A. N. Ermakov, V. I. Shvedunov. Quasi-sheet quadrupole triplets. Nucl. Instr. and Meth. Vol 524 (2004) p. 39−45
  44. М.Ф., Малышев В.I I. Высокочастотное питание резонаторных ускорителей прикладного назначения. М.: Энергоатомиздат, 1989.
  45. А.А. Вакуумные системы электрофизических установок. М.: Атомиздат, 1975.52. Сайт http://www.linux.org
  46. В.В. Полиектов, К. А. Труханов, В. И. Шведунов. Экспериментальное определение энергетического спектра пучка электронов методом регистрации излучения Вавилова-Черепкова. Труды V МЕЖВУЗОВСКОЙ
  47. НАУЧНОЙ ШКОЛЫ МОЛОДЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ
  48. КОНЦЕНТРИРОВАННЫЕ ПОТОКИ ЭНЕРГИИ В КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКЕ, ЭЛЕКТРОНИКЕ, ЭКОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ". Стр. 93. Москва2004.
  49. G. Beck. Cerenkov effect and transition radiation. Phys. Rev, 74, 795 (1948)
  50. И. Клепиков. К вопросу о переходном излучении., Вестник МГУ, 8, 61 (1951)
  51. Yin-yuan Li, Natural Spread of the Conic Distribution of the Cerenkov Radiation. Phys. Rev. 80, 104 (1950)
  52. K.A. Trukhanov, in Proc. Seminar «Cherenkov detectors and their applications in science and technics» (1984), M. Nauka, 1990, p. 380
  53. А.Д., Янкевич В. Б. Резонаторы и резонаторные замедляющие системы СВЧ. Численные методы расчета и проектирования. М.: Радио и связь, 1984.
  54. М, Abele, Cerenkov radiation in a dielectric layer. Nuovo cimento, Suppl, 9, 207(1952)
  55. Л. С. Богданкевич, Б. М. Болотовский. Прохождение частицы параллельно оси цилиндрического канала в диэлектрике. ЖЭТФ 32, 1421 (1957)
  56. Миллиметровые и субмиллиметровые волны. Сб. переводов. Москва, ИЛ, 1959
  57. В.Л.Гинзбург. Об использовании эффекта Черепкова для генерации радиоволн. ДАН СССР 56, 253 (1947)
  58. Г. А. Бернашевский, А. II. Выставкин, Л. Г. Ломизе. Черепковское излучение в миллиметровом диапазоне. Proceedings of the Simposium on millimeter waves, 1, 2 (1959) p. 169
  59. В.В.Полиектов, К. А. Труханов, В. И. Шведунов. Определение энергетического спектра пучка заряженных частиц с использованием излучения Вавилова-Черенкова в СВЧ-диапазоне. Препринт НИИЯФ МГУ 2006 18/817
  60. А.И. Ахиезер, Я. Б. Файнберг. Медленные электромагнитные волны. УФН 44,321 (1951)
  61. Б. М. Болотовский. Теория эффекта Вавилова-Черенкова. Успехи физических наук. Т. LXXV, вып. 2. Октябрь 1961. с. 295−350.
  62. Т. М. Chang, John W. Dawson. Propagation of Electromagnetic Waves in a Partially Dielectric Filled Circular Waveguide. Journal of Applied physics. Vol. 41, Num. 11, Oct 1970. p. 4493−4500
  63. В. П. Дьяконов. Энциклопедия Mathcad 200li и Mathcad 11. Москва 2004.
  64. Д. Гурский, E. Турбина. Вычисления в MATHCAD 12. Питер 2006.
  65. Сайт http://elib.ispu.ru/librarv/lessons/pekunov/index.html
  66. S.Y. Park, J.L. Hirshfield, Theory of wakefields in dielectric-lined waveguide, Phys. Rev. E Volume 62, Number 1, 1266 1283 (July 2000)
  67. И.М. Франк. Явлении интерференции для радиации Черепкова. ДАН СССР 42,354(1944)
  68. T-B. Zhang, J. L. Hirshfield, Т. C. Marshall, The Stimulated dielectric wake-field accelerator, Phys. Rev. E 56, 4647 4655 (1997)
  69. W. Gai, P. Schoessow, B. Cole. Experimental demonstration of Wake-Fields Effects in Dielectric Structures. Phys. Rev. Letters. Vol. 61, Num. 24, 12 Dec 1988, p. 2756−2758
  70. S. V. Shchelkunov, Т. C. Marshall, J.L. Hirshfield, M. A. LaPointe. Nondestructive diagnostic for electron bunch length in accelerators using the Wakefield radiation spectrum. Phys. Rev. Spec. Topics accelerators and beams. 8, 62 801 (2005)
  71. Л.Г. Ломизе, Сравнительные характеристики Черенковского, переходного и тормозного излучения в диапазоне коротких радиоволн, Журнал технической физики, том XXXI, вып. 3, стр. 301−310 (1961)
  72. Б. М. Болотовский, Е. А. Галстьян. Дифракция и дифракционное излучение. УФН т. 170, № 8, с. 809−830 (Август 2000)
  73. MAFIA collaboration, CST Gmbh, Darmstadt, Germany
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!