具有时间分辨能力的强流电子束束剖面测量系统.pdfVIP

第 卷 第 期 强 激 光 与 粒 子 束 , 17 7 Vol.17No.7 年 月 , 2005 7 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Jul.2005 文章编号: 1001-4322 200507-1070-05 具有时间分辨能力的强流电子束束剖面测量系统* 江孝国, 邓建军, 石金水, 张开志, 杨国君, 王 远, 李成刚, 李 勤 中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621900 摘 要: 高能强流电子束的束参数测量是加速器研制过程中重要的一项测量工作,由于光学渡越辐射具 有时间响应快、分辨率高等特点而被用于测量电子束的具有时间分辨能力的束剖面、发散角、能量等多个参数; 通过电子束束参数的时间分辨测量则能够了解电子束产生、输运中的问题,非常有利于加速器的研究与调试。 一种具有时间分辨能力的、利用光学渡越辐射进行高能强流电子束束斑测量的系统在中国工程物理研究院被 建立起来,并在 12MeV LIA 的电子束束斑的测量中用于电子束传输研究,该系统拍摄图像的间隔时间最小为 ,最小的曝光时间为 ,具有一次可以拍摄 幅图像的能力,并获得了 约 内相应的 10ns 3ns 8 12MeV LIA 100ns 时间分辨的束斑变化情况,观察到了一些过去未观察到的现象,为加速器的研究提供了又一个新测试方法。 关键词: 光学渡越辐射; 束流诊断; 强流加速器; 分光锥; ICCD 中图分类号: ; 文献标识码: O463.1 TB86 A 在加速器的研究工作中,电子束的剖面信息尤其是其时间分辨的性能的获得对于加速器的调试、性能评价 及对加速器的改进都具有举足轻重的作用。 国际上都在大力发展束剖面的测量技术,有关的工作已做了不 [ ] 1 5 少 ～ ,但基本都不是时间分辨的,有关具有时间分辨的、束剖面 维分布的测量工作在国内还是空白。文献 2 []中曾报道了相关工作,该工作是利用扫描相机来获得电子束剖面上某一个狭缝位置处的时间分辨图像,主 6 要特点是时间信息较丰富,但电子束的空间信息仅显于该狭缝上,在实际中还存在对准的问题,所得结果还不 便于对电子束变化过程的全貌进行准确的评估。在国外,相关的工作可见文献[],其工作是将在多发的实验 7 基础上获得的数据按照时间顺序拼接以获得序列的图像,要求每发实验稳定,但各发实验间可能存在一定的差 异导致结果在比较时出现误差。因此,获得一发实验的时间分辨结果成为最主要的目的。最近,具有这样的时 间分辨要求、利用光学渡越辐射进行束剖面测量的系统在中国工程物理研究院流体物理研究所建立起来了;该 测量系统拍摄图像的间隔时间最小为 、最大为 ,而曝光时间具有三档,最小的曝光时间为 、 10ns 1280ns 3ns 最大的曝光时间则为 ,具有一次可以拍摄 幅图像的能力,每幅图像的分辨率为 ,在标准的 10ns 8 1376×1035 工作条件下可拍摄的物体幅面可以达到 80mm 以上,足以满足电子束剖面测量的要求。利用这样的时间分 Ф 辨的测量系统,在 加速器上成功地获得了约 内相应的时间分辨的束斑变化情况,观察到了 12MeV LIA 100ns 较多过去未观察到的现象,为加速器的研究提供了又一个强有力的测试手段。 1 束剖面测量原理 在强流的情况下,已有的实验说明了光学渡越辐射光 具有足够的强度用于成像,并且其发光时间 OTR [ ] 8 非常短,可以达到较高的时间分辨要求,所以在时间分辨的束剖面测量中被采用 。 1.1 OTR原理 OTR光辐射能量以显著的角分布为特征,利用 OTR光进行测量正是以此为原理的。当电子束从真空中 [ ] 射入金属介质时,产生的后向OTR光辐射能量的空间角分布为 9 2 2 2 2 dW e sinθ β 1 3 2 d d ω Ω 16 c 1 cos πε - θ 0 β 式中: 是电子的相对论速度因子; 是 OTR光相对于电子运动方向的夹角 对于前向光 或电子运动方向在靶 β θ 表面的反射方向上 对于后向光 的夹角 此时电子入射角为 ,如图 所示。 由式 可知,辐射光强度 45o 1 a 1 -1 最大值出现的方向在 角度上, 是入射电子的相对论能量因子, / , 为电子能量,单位为 E 0.511+ 1 E γ γ γ 收稿日期: ; 修订日期: * 2004-12-24 2005-05-26 基金项目:国防科技基础研究基金资助课题 作者简介:江孝国 - ,男,硕士,副研究员,主要从事强流加速器电子束参数测量研究;绵阳 信箱; :＿ ＿ 1968 919-