Формирование пикосекундных электронных пучков для радиационно-химических и физических исследований тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

На правах рукописи

ПАВЛОВ Юрий Сергеевич

ФОРМИРОВАНИЕ ПИКОСЕКУНДНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ ДЛЯ РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

01.04.20 - физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете).

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук

доктор физико-математических наук, профессор

доктор технических наук, старший научный сотрудник

Агафонов Алексей Вениаминович; Гавриш Юрий Николаевич; Симонов Карл Георгиевич.

Ведущая организация:

ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации".

Защита диссертации состоится " 22 " ноября 2006 г. в 14 час. 30 мин, на заседании диссертационного совета Д 212.130.01 в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете) по адресу: 115409, Москва, Каширское шоссе, 31, корпус "К", конференц-зал К-608; тел. 323-9167.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ.

Просим принять участие в работе совета и прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Автореферат разослан /3 _" октября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

а

И.С. Щедрин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Успехи в развитии фундаментальных исследований быстропротекающих процессов в области радиационной физики и химии неразрывно связаны с прогрессом в создании систем получения сильноточных импульсов ускоренных электронов в пикосекундном временном диапазоне на линейных сверхвысокочастотных ускорителях.

Пикосекундные импульсы тока электронов находят применение во времяпролетной нейтронной спектроскопии, в физике пучковой плазмы, в физике полупроводников, в области радиационной химии, в метрологии быстропротекающих радиационных процессов, в радиобиологии быстропротекающих реакций. Пакеты пшсосекундных импульсов используются для повышения эффективности иижекции в накопительные кольца, в установках на встречных электрон-позитронных пучках, при создании лазеров на свободных электронах, для создания токопроводящих каналов в атмосфере и транспортировке пучков на большие расстояния, в разрушении горных пород. Для повышения эффективности исследования сверхбыстрых процессов, например, таких, как временная дисперсия вторичной эмиссии, для калибровки рентгеновских сверхбыстродействующих детекторов. От качества параметров экспериментальных пикосекундных установок зависит получение новых фундаментальных знаний в области радиационно-химическях превращений материалов и нанотехнологий.

Для развития радиационной физики и химии требуются детекторы нового поколения: позволяющие получать сигналы для запуска экспериментальных устройств и анализа экспериментальных данных без возмущения мощных электронных пучков. Детекторы должны быть сверхбыстродействующими, помехозащищенными и обладать высокой чувствительностью. Все ранее созданные детекторы по совокупности параметров не обладают сформулированным требованиям. При этом пучок теряет часть энергии в детекторе и, следовательно, рассеивается. Такая схема неразумна по самой своей сути. Известные оптические способы измерения параметров тока пучка основаны на получении и регистрации черепковского, флуоресцентного, переходного, тормозного, спонтанного и других видов излучений светового и рентгеновского диапазонов, возникающих при движении заряженных частиц в различных средах, и являются "непрозрачными" или "полупрозрачными" для исследуемого пучка и значительная часть пучка тратится на создание анализирующего излучения. Способы, связанные с анализом синхротронного и ондудяторного излучений требуют установки специальных магнитных устройств изменяющих траекторию пучка, что приводит к "возмущению" и потерям тока исследуемого пучка.

Современные мощные электронные пучки требуют создания принципиально новых подходов в методологии построения измерительных схем. Анализирующие сигналы следует получать путем преобразования электромагнитных полей связанных с пучком в оптические сигналы. Это перспективное направление предложено и развито в представляемой работе.

Таким образом, применение систем формирования и диагностики пикосекундных пучков является чрезвычайно перспективным направлением в радиационной физике и химии.

Работа выполнена в соответствии с планами важнейших научно-исследовательских работ, проводимых по шести Решениям Государственной комиссии по военно-промышленным вопросам, по семи договорам с предприятиями оборонно-промышленного комплекса Минпромэнерш РФ, по приоритетным научным направлениям Российской Академии Наук. Цель работы и задачи исследований'.

> разработка, создание и экспериментальные исследования новых систем формирования и диагностики пикосекундных электронных пучков.

> внедрение систем формирования на действующих ускорителях с питанием от магнетронов и клистронов, построение схем синхронизации делением и умножением частоты высокочастотных генераторов.

> оснащение ускорителей электрооптическими системами измерения параметров пучка для проведения радиационных исследований в пикосекундном диапазоне.

Научная новизна.

♦ Впервые созданы и экспериментально исследованы системы формирования пикосекундных импульсов на электронных ускорителях с питанием от магнетронов на частотах 1886 и 3200 МГц и от клистронов на частотах 1818 и 2450 МГц. На шести линейных ускорителях электронов на энергии 1+13 МэВ получены пикосекундные импульсы длительностью 30+50 пс с током 50+250 А.

♦ Впервые получены пикосекундные импульсы электронов методом субгармонической группировки на ускорителях с питанием от магнетронов.

♦ Впервые получены пикосекундные импульсы методом магнитного формирования на выходе наносекундного ускорителя работающего в режиме запасенной энергии.

♦ Впервые разработаны субгармонические группирователи на субкратных частотах 113, 227, 454, 909 МГц к основным ускоряющим частотам 1818, 2450, 3200 МГц. Определены геометрические и электрические параметры резонаторов (Q„, UVCK). Резонаторы внедрены в системы формирования для ускорителей, работающих в пикосекундном диапазоне.

♦ Впервые разработаны схемы синхронизации работы магнитоламповых наносекундных модуляторов электронных пушек и дефлекторов с заданной фазой высокочастотных полей в резонаторах на субгармонических и ускоряющих частотах.

♦ Впервые разработаны кинетические спектрофотометры и высокочувствительные спиральные световодные кюветы для оптикоэлектронной диагностики со спектральным разрешением не хуже 6 нм в диапазоне 300-=-1200 нм, при временном разрешении 6,5 пс.

♦ Впервые предложен, разработан и изучен новый класс измерительных приборов - электрооптические детекторы параметров тока пучка заряженных частиц. Новые приборы обладают рекордной чувствительностью и помехозащищенностью при измерении параметров пучка заряженных частиц (формы, амплитуды и положения импульсов тока пучка) и не имеют отечественных и зарубежных аналогов.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту.

• Результаты разработки, создания и исследования систем формирования пикосекундных импульсов на электронных ускорителях с питанием от магнетронов на частоте 1886 и 3200 МГц и от клистронов на частоте 1818 и 2450 МГц для получения пикосекундных импульсов длительностью 30-5-50 пс с энергией l-s-13 МэВ и током 50-5-250 А в режиме одиночных посылок и в виде пакетов пикосекундных импульсов тока пучка. Результаты внедрения систем формирования и диагностики пикосекундных импульсов тока пучка на ускорителях: У-28 (Московский инженерно-физический институт), "Мальва", "С-31", "Левкой" (Московский радиотехнический институт РАН), "Мальва-2" (Научно-исследовательский институт импульсной техники), У-003М (Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской Академии Наук). Результаты исследований, предложения по технической реализации и рекомендации для использования субгармонических и магнитных систем формирования одиночных импульсов и пакетных пучков для решения важнейших прикладных задач: обеспечения исследовательских работ по времяпролетной нейтронной спектроскопии; изучения быстропротекающих электрооптических процессов, возбуждаемых пучками заряженных частиц; создания систем транспортировки пучков в разреженных газах и изучения пучковой плазмы, аппаратуры для проведения исследований флуоресцентных сцинтилляторов, устройств калибровки сверхбыстродействующих детекторов ионизирующих излучений.

• Результаты разработки, создания и исследования синхронной работы наносекундной двухэлектродной электронной пушки и двухпластинчатого наносекундного дефлектора. Для получения импульсов тока пучка использовались фронтальные участки модулирующих напряжений. При этом длительность выходного импульса определялась крутизной фронта и получалась равной l-s-2 не. Впервые для инжектора пикосекундпого ускорителя разработан уникальный магнитный импульсный модулятор, работающий на основе метода однополярного намагничивания без изменения знака индукции. Частота следования импульсов равна 250 кГц в пакетном режиме при амплитуде напряжения 50 кВ и мощности 16 МВт.

Длительность импульсов равна 15 не, длительность фронта - 2 не. Число импульсов в пакете 1+30. Результаты разработки и создания и фотоэлектронной 50 кВ диодной пушки с пирсовской геометрией с арсенид-галиевым катодом диаметром 1 см2. Для облучения полупроводникового катода используется твердотельный импульсный лазер с модуляцией добротности на алюмоиттриевом гранате с неодимом (AHr:Nd3+) на основе модернизированного лазера ЛТИ-502. С фотокатода в импульсе 10 не получена эмиссия до 30 А/ем2. Результаты разработки, создания и исследования на инжекторном стенде перспективной схемы работы автоэмиссионного катода непосредственно в СВЧ-резонаторе. Фазовая протяженность сгустка электронов сформированного в резонаторе, составляет примерно 60°, величина тока эмиссии сгустке равна 30 А, а соответственно плотность эмиссии около 10 А/см2.

• Результаты разработки, создания резонаторов на субкратных частотах (113, 200, 227, 454, 909 МГц) и испытания резонаторов с волной ТЕМ типа коаксиальной линии нагруженной на емкость с напряжениями на зазоре до 50 кВ. Результаты разработки формирующих цилиндрических Е0ю резонаторов различных видов на основных ускоряющих частотах (1818, 2450, 3200 МГц) с мощностью питания до 2 МВт; определение их геометрических и электрических параметров (ß«, Rm £/vctr) для использования в системах формирования для ускорителей, работающих в пикосекундном диапазоне. Результаты разработки и испытаний схем СВЧ-питания резонаторов на основной (1818, 2450, 3200 МГц) и субкратных частотах (113, 227, 454, 909 МГц). Результаты изучения фазовой нестабильности между усилительными каскадами на субкратных группирующих частотах и основной ускоряющей частоте. Результаты создания фокусирующих систем субгармонических резонаторов, которые состоят из катушек Геймгольца надетых на субгармонический группирователь через определенные промежутки. Результаты разработки и экспериментальных исследований магнитных группирователей для выделения и компрессии одного сгустка из пакета сгустков общей длительностью 2,5 не на полувысоте импульса тока.

• Результаты разработки и экспериментальных исследований различных вариантов схем синхронизации работы магнитоламповых наносекундных модуляторов электронных пушек и дефлекторов с заданной фазой высокочастотных полей в резонаторах на субгармонических и основной частотах. Результаты разработки транзисторного делителя частоты 3200 МГц в 16 раз, работающего по принципу синхронизации автогенератора на субгармонике входного сигнала с полосой деления 1,6 МГц и максимальной импульсной мощностью 100 мВт. Результаты разработки быстродействующих схем синхронизации пусковых импульсов модулятора дефлектора ускорителя с заданной фазой ВЧ-напряжения с частотой

200 МГц при временной нестабильности между выходным пусковым импульсом схемы и входным ВЧ-напряжением <±0,05 не.

• Результаты разработки, создания и испытаний аппаратуры для оптикоэлектронной диагностики с временным разрешении 6,5 пс и со спектральным разрешением не хуже 6 нм в диапазоне 300-^-1200 нм с использованием двух сменных решеток с N = 600 штрихов/мм. Результаты разработки спиральных световодных кювет с использованием эффекта полного внутреннего отражения света для повышения чувствительности и точности радиационно-оптических измерений. Результаты создания и внедрения нового класса электрооптических детекторов с рекордной чувствительностью и помехозащищенностью для измерений параметров электронных пучков с пикосекундным разрешением.

Практическая ценность.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что се результаты позволили решить крупную научно-техническую проблему, имеющую фундаментальное важнейшее значение: разработку, внедрение на ускорителях и использование в прикладных исследованиях систем формирования и диагностики пикосекундных электронных пучков.

■ Реализованы и внедрены системы формирования и диагностики пикосекундных импульсов тока пучка на ускорителях: У-28 (МИФИ), "С-31", "Левкой", "Мальва" (МРТИ РАН), "Мальва-2" (НИИИТ), У-003М (ИФХЭ РАН). Результаты работы использованы при создании узлов ускорителя ЛУ-50 (РФЯЦ ВНИИЭФ).

* Созданы и изучены детекторы тока пучка нового типа электрооптические детекторы заряженных частиц. Впервые разработаны, внедрены и исследованы детекторы параметров электронных пучков на эффектах Франца-Келдыша, Поккельса и Фарадея.

■ Разработанные пикосекундные системы формирования использовались для проведения комплексных прикладных исследований: У-28 - для разработки оптических методов измерений параметров электронных пучков; С-31 - для изучения возможностей транспортировки короткоимпульсных пакетных пучков в разреженных газах; "Левкой" - для испытания субгармонических систем формирования пикосекундных пучков; "Мальва" -для исследования узлов установок для врсмяпро летной нейтронной спектроскопии; "Мальва-2" - для калибровки полупроводниковых и других специальных сверхбыстродействующих детекторов ионизирующих излучений; У-ООЗМ - для испытания электрооптических и флуоресцентных сцинтилляционных детекторов.

Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на Всесоюзном симпозиуме по радиационной химии (Тбилиси, 1978), Всесоюзных семинарах по линейным ускорителям (Харьков, 1981, 1983, 1989), Всесоюзных совещаниях по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве (Ленинград, 1982,

1988), Всесоюзном совещании по ускорителям заряженных частиц (Протвино, 1982), Всесоюзной конференции по теоретической и прикладной радиационной химии (Обнинск, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции "Высокоскоростная фотография, фотоника и метрология быстропротекающих процессов" (Москва, 1991), Международной конференции по радиационно-технологическим процессам (Пекин, 1992), Межотраслевом научно-техническом семинаре "Радиационные технологии и оборудование" (Москва, 2004), Международной конференции "Физико-химические основы новейших технологий XXI века" (Москва, 2005), Всероссийской Баховской конференции по радиационной химии (Москва, 2005). На семинарах в ВНИИТФА, РФЯЦ "ВНИИЭФ", РНЦ "Курчатовский институт", МРТИ, МИФИ, ИЯИ РАН, НИИЭФА, ФЦДТ "Союз", НИИИТ, ВНИИЭМ, НИИПФП (Беларусь), ТГУ (Грузия), ХФТИ (Украина), ПГУ (Китай), ИЯХТ (Польша), ЛПИ (Польша).

Публикации. По теме диссертации опубликована 51 работа, включая 11 авторских свидетельств и патентов и 17 работ в периодических изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов докторских диссертаций.

Личный вклад автора явился основополагающим на всех стадиях проведения исследований и состоял в постановке задач, определении целей разработок, в предложении и реализации новых методов формирования и диагностики электронных пучков, проведении расчетных, конструкторских и экспериментальных этапов работ, внедрении результатов на действующих ускорителях и в метрологическом обеспечении прикладных радиационно-химических и физических исследований.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложения. Объем диссертации составляет 303 страницы, включая 113 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 176 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Комплекс систем формирования пикосекундных импульсов для линейных ускорителей электронов. Разработаны, внедрены на линейных ускорителях электронов и использованы в прикладных исследованиях системы формирования и диагностики пикосекундных электронных пучков. В табл. 1. представлены основные параметры разработанных установок для формирования пикосекундных импульсов.

Таблица 1. Параметры пикосекундных ускорителей электронов.

Название установки Энергия, МэВ Импульсный ток, А Длительность импульса, пс Пикосекундный режим работы Основная | ускоряющая частота, МГц | Тип генератора, импульсная мощность, Основное назначение Организация

Ускоритель У-28 6-13 50 40 одиночные импульсы 3200 магнетрон МИ-262, 9 МВт изучение оптических систем диагностики МИФИ

Экспериментальный стенд "Мальва" 10 150 30 одиночные импульсы 1818 клистрон КИУ-15, 30 МВт время-пролетная нейтронная спектроскопия МРТИ РАН

Экспериментальный стенд С-31 7 200 50 пакеты и одиночные импульсы 1818 клистрон КИУ-15, 30 МВт транспортировка пучков в газах и атмосфере МРТИ РАН

Инжекторный стенд "Левкой" 1 250 50 пакеты и одиночные импульсы 1818 клистрон КИУ-15, 30 МВт испытания систем инжекции линейных ускорителей МРТИ РАН

Ускоритель Мальва-2 12 110 40 одиночные импульсы 2450 клистрон КИУ-104, 5 МВт калибровка детекторов ионизирующих излучений НИИ ИТ

Ускоритель У-003М 8 150 50 одиночные импульсы 1886 магнетрон МИ-470, 10 МВт испытания электрооптических и сцинтилля- ционных детекторов ИФХЭ РАН

Исследованы два метода решения задачи получения пикосекундных импульсов тока пучка на СВЧ волновод'ных ускорителях. Первый заключается в разработке магнитных группирователей, устанавливаемых на выходе ускоряющего волновода и позволяющих формировать одиночные сгустки, уменьшать их длительность и увеличивать ток сгустков пикосекундной длительности. Параметры режима работы подбираются с целью максимального увеличения разброса энергий в последовательности ускоренных сгустков тонкой внутриимпульсной микроструктуры пучка. Для осуществления магнитной группировки инжектор ускорителя работает в режиме использования запасенной энергии при т„ < тм„ (где т„ - длительность импульса инжекции, тзап - время заполнения ускоряющей структуры СВЧ-мощностью).

Второй метод состоит в использовании систем предварительного субгармонического формирования пучка до ускоряющего волновода, что позволяет вначале получить пикосекундные импульсы, а затем их ускорять.

Выбор того или иного метода обусловлен классом решаемых прикладных задач и конструкцией ускорителя, на котором устанавливается система формирования. Целесообразно одновременное использование обоих методов, как дополняющих друг друга.

1.1. Ускоритель У-28. Система формирования пикосекундных импульсов на ускорителе У-28 разрабатывалась для исследования оптических систем измерений, изучения электромагнитных полей наведенных одиночными сгустками в резонансных структурах и для исследования переходных характеристик полупроводниковых приборов. Для получения пикосекундных импульсов на ускорителе У-28 используются предварительная клистронная группировка частиц на частоте, субкратной к ускоряющей частоте. При использовании 16-й субгармоники от ускоряющей частоты 3200 МГц для захвата в волноводный группирователь электроны должны быть предварительно сгруппированы в сгустки длительностью менее ТСвч = 330 пс. Для этого используется скоростная модуляция пучка резонатором, которая в пространстве дрейфа переходит в модуляцию пучка по плотности. Для получения коэффициента группировки К = Л<р„/А(рк = 8 при субгармоническом индексе и = 16 и токе инжекции 2 А требуется модулирующее напряжение с амплитудой 25 кВ и дрейфовое расстояние 43 см. Заряд в каждом сгустке равен ¿/„=5 нКл при энергетическом разбросе частиц АУ/ - 10 кэВ. Для формирования пучка в пространстве дрейфа требуется магнитное поле, напряженность которого равна 0,1 Тс. При этом коэффициент группировки уменьшается до К = 7,5, что связано с возрастанием продольных расталкивающих кулоновских сил при радиальном сжатии пучка. Функциональная схема системы формирования показана на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема субгармонической Системы формирования ЦТ — накальный трансформатор; ИЭ — электронный источник; Д — дефлектор; К — коллиматор; СГ — субгармонический резонатор; ВГ — волноводный группировятель; М1+М4 — модуляторы; У — ВЧ-уснлитель; ГЗ — генератор запуска; СС - схема синхронизации; ДЧ — делитель частоты; ц> — фазовращатель; о — ферритовый вентиль.

1.2. Экспериментальный стенд С-31 разработан для получения пакетов пикосекундных импульсов и предназначен для изучения физики транспортировки пучков в разреженных газах. Ускоритель работает в режиме запасенной энергии. В ускорителе С-31 импульс инжекции (5-8-10 не) много меньше времени заполнения волновода СВЧ-мощностью (~ 100 не) и ускоряющее поле будет существенно меняться при прохождении сгустков через волновод. Первые сгустки отберут больше энергии, чем последующие, что приводит к уширению энергетического спектра пучка. Этот эффект уширения спектра обычно различными методами стараются минимизировать. Для решения поставленной задачи, наоборот, следует "уширить" спектр, чтобы упростить задачу выделения одного сгустка. В нашем случае, при достаточно большом токе пучка (до 20+30 А) в исходном импульсе длительностью до 2,5 не разность энергий соседних сгустков равна 200 кэВ.

Различие по энергиям между соседними сгустками обеспечивает возможность вырезания коллиматором отдельного выбранного сгустка после пространственной развертки пакета сгустков в дрейфовой камере.

В дальнейшем сгустки с различной энергией транспортируются в камере дрейфа на большие расстояния (до 3 м) и расходятся по отношению друг к другу на десятки сантиметров, что позволяет вырезать коллиматорами одиночные сгустки пикосекундной длительности. На рис. 2 показаны импульсы на выходе ускорителя С-31.

(а) (6) (в)

Рис. 2. Микроденситограммы пикосекундных импульсов: а — 5 сгустков; 6 — 3 сгустка 6 — 2 сгустка.

Первый пикосскундный сгусток "пробивает" плазменный канал в газе. Второй сгусток летит в частично ионизованной среде после первого, третий в среде получаемой после первых двух сгустков и т.д. Давление в камере изменяется от 760 до 10"5 тор, создано продольное магнитное поле до 10 кГс. Вакуумный объем ускорителя, и камеры дрейфа разделен майларовым вакуумным окном для минимального влияния на транспортируемый пучок. Камера заполняется необходимым сортом газа с контролируемым градиентом плотности по длине камеры. Также изучалось влияние на параметры дрейфа наличие в камере заранее заготовленной плазмы с плотностью 1010-ь1017 1/см3 на длине до 3 м. Разработанный инжектор ускорителя позволяет получать пакеты из 30 сгустков с периодом следования 3+4 мкс. Модулятор клистрона определял работу с пакетом, состоящим из 23 сгусгков. Первый сгусток пробивает канал в камере дрейфа, последующий транспортируется в проделанном канале. Период между сгустками должен быть сравним со временем существования и распада плазмы. Пучок нагревает газ в канале, уменьшая его плотность, и электроны распространяются на большие расстояния. Для улучшения условий туннслирования энергия собственного магнитного поля пакетного пучка должна быть меньше кинетической энергии электронов.

Период следования пакетов Гслсд не должен превышать ттап, чтобы иметь возможность ускорять большие токи сгустков в режиме запасенной энергии и получать стабильные по амплитуде сгустки. Кроме этого, Тсжл должно быть достаточным для разлета нагретого газа из канала транспортировки. Для работы СВЧ-генераторов и модуляторов желательно увеличивать для уменьшения энергонагрузок и оптимизации теплового режима. Учитывая эти факторы, оптимальная величина Гслел = 4 мкс (Рис. 3).

Рис. 3. Пакеты пикосекундных импульсов. Период следования пакетов 4 мкс. Период следования сгустков в импульсе 550 пс.

1.3. Экспериментальный стенд "Мальва" рассчитан на получение пучка электронов с энергией 12 МэВ при максимальном токе 150 А в импульсе длительностью < 30 пс при частоте следования импульсов до 100 Гц, а также в режиме одиночных посылок.

Стенд использовался как источник сверхкоротких импульсов нейтронов (спектра деления) с максимальным потоком Ф„ - 1018 нейтр/с за счет фотоделения на образце из U238 - для исследования спектральных и временных характеристик детекторов нейтронов.

Можно получать сверхкороткие импульсы нейтронного и рентгеновского излучения. Важно отметить, что пикосекундный импульс электронов можно преобразовывать в электрический импульс высокого напряжения соответствующей длительности.

Окончательно длительность СВЧ-импульса была выбрана равной 1,4 мкс, т.е. почти в полтора раза больше времени заполнения ускоряющей структуры, имея в виду некоторый запас. Экспериментально установлено, что уменьшение длительности СВЧ-импульса до 1,1 мкс практически не влияет на основные параметры пучка электронов. Следовательно, возможно увеличить частоту следования импульсов до 3000 Гц, не выходя за пределы допустимых параметров для СВЧ-генератора и модуляторов.

На стенде получены важные экспериментальные результаты по возможностям применения наносекупдных электронных пушек с перспективными СВЧ-катодами и фотокатодами.

1.4. Инжекторный стенд "Левкой". Отработка элементов магнитных группирователей и субгармонических систем проводилась на специально разработанном инжекторном стенде. На инжекторном стенде отрабатывались системы формирования пикосекундных импульсов для импульсного радиолиза, инжектора лазера на свободных электронах и систем каналирования и туннелирования пучков. Для оптимальной группировки электронов после пушки разработан многоступенчатый группирователь, содержащий 4 субгармонических резонатора и 2 резонатора на основной частоте. Временная схема субгармонической группировки представлена на рис. 4.

Рис. 4. Временная схема субгармонической группировки.

Длительность импульса инжекции выбирается равной примерно половине периода ВЧ-питания 1-й субгармоники (113,6 МГц). Последующие субгармонические каскады группировки позволяют увеличивать заряд формируемого сгустка и соответственно уменьшать его длительность. Для оптимальной группировки необходимо использовать 3+4 каскада группировки. В результате сгусток фазируется с ускоряющим полем. На рис. 5 представлена диаграмма субгармонической группировки.

! 13.6 МГц

227.25 МГц 454,5 МГц 909 МГц 1818 МГц

6 НС

3,5 нс 1,5 нс 0,5 нс 0,2 нс

0,1 не

Рис. 5. Диаграмма

субгармонической

группировки

Эксперименты по введению в резонатор импульсной мощности в несколько киловатт представляют собой довольно сложную инженерную задачу из-за возникновения в объеме резонаторов мультипакторного разряда, погасить который на сравнительно низких частотах (400+900 МГц) в техническом вакууме удавалось только специальной тренировкой и покрытием внутренних деталей соответствующими материалами (ТШ). Поэтому субгармоническая системе использована в режиме клистронной группировки с пониженным уровнем мощности в резонаторах и с длинными дрейфовыми промежутками. На рис. 6 показано фазовое распределение электронов в пространстве дрейфа при субгармонической группировке.

ср, рад

Рис. 6. Фазовое распределение электронов в пространстве дрейфа при субгармонической группировке

-1

-50 0

При мощностях, вводимых в резонаторы, менее 10 кВт дрейфовые расстояния увеличиваются до 80+120 см. Величина дрейфового расстояния

зависит от стремления осуществить линейную группировку (с уменьшения размеров сгустка примерно на 1/3) и определяется кулоновскими силами, стремящимися развалить сгусток.

1.5. Ускоритель "Мальва-2". Пикосекундные пучки полученные методом магнитной группировки на ускорителе "Мальва-2" использовались для калибровка детекторов ионизирующих излучений. Электронный пучок конвертировался в тормозное излучение и регистрировался быстродействующими полупроводниковыми детекторами типа СППД5-01 со временем нарастания 0,9 не и чувствительностью 6-10"19А-см2-с/квант и сцинтилляционными детекторами типа ССДИ-30 с собственным временем нарастания около 1 не и чувствительностью 1,5-10"'9А-см2-с/квант. Мощность экспозиционной дозы импульсного излучения измерялась алмазным дозиметром типа АДЗ с собственным временем нарастания 0,3 не и чувствительностью 3-10"19 Кл/Р.

Преобразуя электронное излучение в черенковское, получали интенсивные сверхкороткие импульсы света в видимой части спектра для исследований импульсных характеристик быстродействующих фотоприемников типа СДФ-14 и фотохронографов типа СФЭР-2.

Путем преобразования электронного излучения в электрические импульсы соответствующей длительности исследовались импульсные характеристики осциллографнческих регистраторов типа СРГ-7 и других элементов электрических измерительных каналов.

Энергетические спектры пучка показаны на рис. 7. Энергия электронов в максимуме спектра наносекундного импульса (10,2 ± 0,4) МэВ при относительной полуширине спектра 21%. Энергия в максимуме спектра выделяемого пикосекундного импульса (10,7 ± 0,4) МэВ при ширине на полувысоте ± 3%.

Изучение фоторегистрограмм импульсов тока пучка показывает, что расстояние между сгустками внутри импульса существенно изменяется от сгустка к сгустку. В начале импульса расстояние между сгустками меньше, чем в конце. Это объясняется тем, что первые сгустки забирают запасенную в ускоряющей структуре энергию и, следовательно, амплитуда ускоряющего поля уменьшается. Из-за разности полученной энергии скорость движения

Д I / Л Е. отн. ек

Рис. 7. Энергетические спектры пучка: 1 - паносекундный спектр; 2 - пикосекундный спектр

электронов в разных сгустках изменяется. Потеря энергии сгустков определяется выражением: л Е ~ Пс. ■ , где: 0„ - полный заряд сгустка;

п - номер сгустка (1....5.....). Следовательно, изменяется период повторения

сгустков (или расстояние между сгустками). Таким образом, период следования сгустков внутри наносекундного импульса на выходе ускорителя отличен от периода ускоряющего СВЧ-поля.

1.6. Ускоритель У-003М оснащен специальной системой инжекции и магнитным группирователем с целью генерации пикосекундного пучка для радиационно-химических исследований. В случае, когда импульс инжекции (1,5 не) много меньше времени заполнения волновода СВЧ-мощностью (~ 100 не), ускоряющее поле будет существенно меняться при прохождении сгустков через волновод. Первые сгустки отберут больше энергии, чем последующие, что приводит к уширению энергетического спектра пучка (рис. 8).

100

50

^ №2

7,4

—I-1-1-1-

7,7 8.3 8,6 ш _ МЛ)

Рис. 8. Внутриимпульсная структура пучка. Период следования сгустков 530 пс; ускоряющая частота 1886 МГц

Импульсные магнетроны с мощностью 10 МВт в импульсе позволяют "запасать" в диафрагмированном волноводе энергию до 2 Дж и расходовать её за ничтожно малое время инжекции электронов (2,5 не) по сравнению со временем заполнения волновода (100 не). Эффект уширеиия спектра обычно различными методами стараются минимизировать. В нашем случае, наоборот, необходимо "уширить" спектр, чтобы упростить задачу выделения одного сгустка. При достаточно большом токе пучка (30 А) в исходном импульсе длительностью 2,5 не разность энергий соседних сгустков равна 300 кэВ.

Различие по энергиям между соседними сгустками цуга обеспечивает возможность вырезания коллиматором отдельного выбранного сгустка после пространственной развертки пакета сгустков магнитным группирователем (Рис. 9).

Рис. 9. Магнитный группироватсль и схема его работы: а — виутриимпульсная структура сгустка; б — сгусток до магнитной группировки; в — сгусток после магнитной группировки.

Для обеспечения магнитной группировки ускоритель работает в режиме запасенной энергии, когда длительность импульса инжекции (2,5 не) много меньше времени заполнения волновода энергией (100 не). При импульсном токе более 10 А различие энергий соседних сгустков составляет около 200 кэВ. Это обеспечивает возможность вырезания коллиматором отдельно выбранного сгустка после развертки "пакета" поворотным магнитом. После выхода из ускорителя пучок электронов в виде пакета из 3+5 сгустков поступает в магнитный группирователь, состоящий из двух электромагнитов, где разворачивается в виде "веера", а затем фокусируется. Ток в обмотках электромагнитов регулируется в пределах 6+8А. При токе 7А коллиматор на выходе магнита вырезает один из сгустков. Сгусток формируется в середине пакета из-за стремления использовать максимальную разницу в энергиях между сгустками и максимальный ток в сгустке. Выделенный сгусток пропускается через второй электромагнит для группировки пучка, "очистки" от гамма-фона и выпускается в канал транспортировки атмосферу через фольговое окно. При этом "паразитное" тормозное излучение от коллиматора уводится в сторону от экспериментальной радиационно-химической аппаратуры. Эффект магнитной группировки достигается за счет разности хода электронов внутри сгустка. Электроны в "голове" сгустка имеют большую энергию и транспортируются по траекториям с большим радиусом чем "хвостовые"

электроны. При этом достигается "компрессия" сгустка по длительности и

Рис. 10. Сгусток № 3 до Рис. 11. Сгусток Лг 3 после

магнитной группировки магнитной группировки

На рис. 12 и 13 показаны импульсы на выходе ускорителя У-003М.

Рис. 12. Фоторегистрограмма Рис. 13. Мнкроденситограмма пикосекундного

пикосекундиого импульса импульса (50 пс, 150 А)

Пикосекундные импульсы из ускорителя поглощаются в исследуемом образце. В экспериментальной импульсной установке одновременно через образец пропускается световое излучение от ксеионовой лампы в направлении перпендикулярном к пучку электронов. В образце свет частично поглощается. Прошедший через образец свет с помощью зеркальной оптической системы разлагается на спектр и анализируется. Исследования проводятся на спсктрофотометрической диагностирующей установке. После получения фактического экспериментальных данных становится понятнее внутриимпульсная структура электронного пучка. Осмысление результатов дает дополнительные возможности для создания принципиально новых схем построения ускорителей с использованием

различных комбинаций при установке разработанных субгармонических систем формирования и магнитных труппирователей.

2. Инжекторы для формирования короткоимпульсных электронных пучкоо. В процессе создания пикосекундных ускорителей были разработаны многочисленные новые узлы с прецизионными параметрами для обеспечения требуемых характеристик создаваемых систем: сильноточные наносекундные электронные пушки и модуляторы для них, дефлекторы, инжекторы с фотоэлектронными и СВЧ-катодами.

2.1. Наносекундпый инжектор. Системы инжекции содержат диодный источник электронов с оксидным или металлопористым катодом диаметром 20 мм и радиусом сферы 20 мм. Расстояние между катодом и сферическим сеточным анодом 5 мм. Анодная сетка изготовлена электроэрозионным методом из листовой стали толщиной 0,5 мм. Ширина кольцевых и радиальных перемычек сетки 0,2 мм. В наносекундном режиме пушки инжектируют токи: с оксидным катодом - 100 А/см2; металлопористым - 80 А/см2.

Магнитоламповой модулятор формирует на катоде импульсы длительностью 5+10 не с амплитудой до 60 кВ. Начальная коммутация производится с помощью выходного лампового каскада на лампе ГМИ-14Б. Это обеспечивает заряд конденсатора первого каскада магнитных звеньев сжатия в течение времени 0,7 мкс. Пятикаскадная магнитная схема собрана на распределенном магнитном коммутаторе и трансформаторах Льюиса на отрезках длинных линий. Схема осуществляет формирование импульса по длительности и дальнейшее повышение амплитуды напряжения до 50 кВ. Временная нестабильность задержки запуска модулятора не превышает 0,05 не.

2.2. СВЧ-инжектор. На инжекторном стенде исследована перспективная схема работы автоэмиссионного катода непосредственно в СВЧ-резонаторе. Преимущество такой схемы заключается в возможности формировать сгустки с четкими границами(~ 30°) из-за срыва тока инжекции при напряженности поля менее 5'107 В/см. При СВЧ-автоэлектронной инжекции нет ионной бомбардировки катода т.к. ионы не успевают в течении периода между сгустками достичь катода.

Преимущество способа заключается в отсутствии излучения СВЧ-мощности из резонатора благодаря изменению напряжения путем высаживания вспомогательного элекгрошюго пучка на изолированный автокатод через запредельное отверстие в резонаторе, что исключает излучение СВЧ-мощности. С целью повышения стабильности тока и исключения излучения СВЧ-мощности изолированный автоэлектронный катод непрерывно облучают пучком электронов, причем ток облучения выбирают равным эмиссионному току. При длительности СВЧ импульса 8 мкс экспериментально получен пакет пикосскуидных импульсов со средним током 5 А. Фазовая протяженность сгустка электронов сформированного в резонаторе, составляет примерно 60°,

следует, что величина тока эмиссии в сгустке составляет 30 А, а соответственно плотность эмиссии около 10 А/см2.

2.3. Фотоинжектор. Разработана фотоэлектронная 50 кВ диодная пушка с пирсовской геометрией с арсенид-галиевым катодом диаметром 1 см". GaAs - фотокатод предпочтительнее по таким параметрам, как выдерживаемая максимальная импульсная мощность лазерного излучения и возможность реактивации. Эмиттирующий слой фотокатода сформирован на подложке из полупроводникового материала. Для активировки фотокатода в вакуумный объем введены натекатели кислорода и цезия. Ввиду практической безынерционности фотокатодов (менее 10"и с) длительность фотоэмиссии определяется длительностью облучающего импульса лазера. Для облучения полупроводникового катода используется твердотельный импульсный лазер с модуляцией добротности на алюмоиттриевом гранате с неодимом (АИГ:Ш3+) на основе модернизированного лазера ЛТИ-502. С фотокатода в импульсе 10 не получена эмиссия до 30 А/см2. Полученные результаты позволяют утверждать блестящие перспективы применения пушек с фотокатодами для пикосекундных ускорителей.

2.4. Дефлектор. Для инжекции наносекундных импульсов тока в субгармонический резонатор разработан дефлектор. При инжекции электронов с энергией 100 кэВ на дефлектор требуется подать управляющее напряжение величиной 6,6 кВ. Для управления пучком разработан наносекундный модулятор с ферритовой формирующей линией, который имеет следующие параметры: ивых = 0+15кВ, г„ = 2+5 не, тф = 1 не. Медленные уходы задержки Дt, в течение нескольких часов непрерывной работа не превышали 0,5 не, а статистический разброс задержки запуска модулятора не превышал 0,1 не.

3. Субгармонические и магнитные группирователи пикосекундных пучков. Проведенный комплекс работ позволил создать субгармонические группирователи, формирующие резонаторы, фокусирующие системы группирователей, магнитные группирователи и другие необходимые узлы.

3.1. Субгармонический группирователь представляет собой резонатор типа коаксиальной линии, нагруженной на емкость Со. Экспериментальные исследования показали, что нагруженная добротность субгармонического резонатора равна Q„ = 850 и шунтовое сопротивление = 0,09 МОм на рабочей частоте 200 МГц. При мощности возбуждения 9 кВт величина модулирующего пучок напряжения в резонаторе достигает 40 кВ.

На рис. 14 показан инжекторный стенд для наладки и исследований узлов систем формирования пикосекундных импульсов. При выборе конструкции резонатора'- для ускорителя учитывались следующие требования: длина резонатора с трубкой дрейфа не более 0,5 м, необходимость установки фокусирующих катушек на резонатор, разборность

конструкции и технологическая простота ее изготовления. Нагруженная добротность должна быть порядка 1000, рабочая частота 200 МГЦ при перестройке ± 2 МГц.

Рассмотрение различных типов объемов ВЧ-резонаторов показало, что этим требованиям отвечает резонатор типа коаксиальной линии, нагруженной на емкость. Такой резонатор имеет участок, где электрическое поле имеет радиальную составляющую, типичную для волны ТЕМ, а возбуждать резонатор от коаксиальной линии можно петлей в торцевой стенке.

Возбуждающий СВЧ-импульс имеет длительность 3 мкс, поэтому добротность резонатора должна быть не больше 1000, чтобы за время импульса в резонаторе установился стационарный режим колебаний.

1 12 7 2 8 13 'il 3 10 9 4 5 6

Рис. 14. Многорезонаторный субгармонический инжекторный стенд.

1 — электронная пушка; 2, 3, 4 - субгамоничсские резонаторы;

5, 6 - резонаторы иа основной частоте; 8 - фокусирующие катушки;

9 — ВЧ ввод; 7,10+13 — технологические узлы.

В области емкостной нагрузки субгармонического резонатора электрическое поле имеет продольную составляющую, которая может использоваться для клистронной группировки электронов (рис. 15). За счет укорачивающей емкости на конце резонатор имеет небольшие геометрические размеры, которые связаны соотношениями: L<R-r„; R<k/4; R/r„=2+5. Внешний диаметр определяется посадочными, размерами фокусирующих катушек и равен 2R = 188 мм, внутренний диаметр 2г„= 40 мм. Внутренний цилиндр коаксиального резонатора является одновременно и дрейфовой трубкой, в которой происходит группировка электронов в сгустки. При уменьшении продольных размеров нерелятивистских сгустков (/Зф = 0,38) растут их поперечные размеры;

поэтому для транспортировки таких сгустков с большим зарядом (5 нКл) внутренний диаметр трубки выбран равным 2га = 30 мм. Для выбранной длины резонатора I = 33 см при ла = 150 см емкостной зазор d - 2,5 см.

Рис. 15. Резонатор для группировки электронов на частоте, субкратной к ускоряющей частоте ЛУЭ

Рассматривая резонатор, как колебательную систему с полураспределенными параметрами и используя импедансный метод, получены значения собственной добротности и шунтового сопротивления: ()0 = 14700, = 1,56 МОм. На основании расчетов был изготовлен резонатор, в котором для обеспечения СВЧ-контакта между стенками имеются индиевые уплотнения, а в качестве вакуумной развязки полости резонатора и дрейфовой трубки используется ВЧ-керамика ВК-94-1. В торцевой стенке резонатора находятся возбуждающая и измерительная петли. Нагруженная добротность экспериментально измерялась методом резонансной кривой с помощью измерителя частотных характеристик XI-1А; она оказалась равна (2„ = 700. Шунтовое сопротивление измерялось методом малых возмущений и оказалось равным = 0,06 МОм. Постоянная времени затухания колебаний в резонаторе при импульсном режиме работы равна тр — 0,8 мкс. Измеренные значения добротности и шунтового сопротивления на порядок меньше расчетных: это связано с нагрузкой резонатора через возбуждающую петлю большого сечения, наличием группирующего зазора с керамическим цилиндром и ВЧ-потерями в контактах цилиндров и торцов резонатора.

3.2. Системы ВЧ-питания. Для возбуждения 4-х субгармонических резонаторов использован индуктивный ввод ВЧ мощности по коаксиальной линии. Перестройка частоты осуществляется дроссельным поршнем, вводимым в объем тороида с помощью сильфонной системы.

Разработаны схемы ВЧ-питания субгармонических резонаторов состоящие из предварительных усилшслсй на гибридных интегральных модулях и усилителях на СВЧ-транзисторах, обеспечивающих импульсную мощность до 500 Вт. Оконечные каскады выполнены на

металлокерамических триодах ГИ-39Б по схеме с общей сеткой. Коэффициент усиления по мощности лампового каскада не менее 10 дБ.

Структурная схема ВЧ-возбуждения субгармонических группирователей с элементами фазовой автоподстройки и формирующих резонаторов показана на рис. 16.

113,6 МГц 227,25 МГц 454,5 МГц 909 МГц 1818 МГц

Рис. 16. Система ВЧ-питанин субгармонического инжектора.

У — усилители; М — модуляторы; Ф — фазовые дискриминаторы;

Ф — фазовращатели; а — ферритовые вентили; Р — резонаторы.

Ламповые каскады каждого из каналов запитываются от одного модулятора. Модуляторы ламповых каскадов М| + М5 выполнены по схеме с частичным разрядом накопителя. Рабочее напряжение модуляторов до 20 кВ, импульсный ток до 32 А, длительность импульса 40, 30, 20, 10 мкс

соответственно для субгармоник 113, 227; 454; 909 МГц. В качестве коммутатора в модуляторах применяется импульсный тетрод ГМИ-14Б. Импульсный трансформатор необходим для изменения полярности импульса и трансформации сравнительно высокого внутреннего сопротивления триодов по постоянному току 1,5 кОм до значения 50 Ом, необходимого для согласования с искусственной линией модулятора. Возможна механическая перестройка анодно-сеточного контура усилителя в пределах ± 5 МГц. Резонатор на основной частоте 1818 МГц запитывается СВЧ мощностью ~ 500 кВт от клистрона из волноводного тракта через направленный ответвитесь и фазовращатель. Резонатор возбуждается на волне Еою и обеспечивает на зазоре 18 мм напряжение ~ 400 кВ. Параметр резонатора RJQ - 80. Сформированные в резонаторе сгустки имеют фазовую протяженностью ~ 100° и энергию ~ 400 кэВ.

Начальную фазу возникших колебаний можно регулировать с помощью фазовращателей, введенных в схему (рис. 16). На фазовую стабильность системы синхронизации влияет нестабильность питающих напряжений мощного усилителя на металлокерамических триодах. Так, при

изменении анодного напряжения на 1% фазовый сдвиг составляет Дер ~ 0,2°, при изменении напряжения накала на 1% Д<р < 2° и при изменении амплитуды входного напряжения на 1% Дф ~ 0,1°. Проведенный комплекс работ по стабилизации питающих напряжений выходных каскадов позволил получить в номинальном режиме работы (Р„ = 9+20 кВт, /а = 113,6+909 МГц, г„= 3+10 мке) уходы фазы не более ± 2".

3.3. Фокусирующая система. Фокусирующая система состоит из катушек Гельмгольца надетых на субгармонические резонаторы через определенные промежутки. Промежутки между катушками определяются необходимостью обеспечить на оси субгармонической системы суммарно однородное магнитное поле по длине. Суперпозиция полей соседних катушек дает суммарное магнитное поле величиной 0,1 Тл по всей длине.

В субгармоническом группирователе увеличение эмиттанса обусловлено фазовым сжатием сгустков. Разброс в продольном фазовом пространстве переходит в поперечный эмиттанс. Для уменьшения влияния сил пространственного заряда группировка начинается на максимально возможно более низкой частоте (113,6 . МГц). В этом случае можно увеличивать размеры сгустка при заданном заряде. Кроме этого, необходимо максимально большее напряжение на электронной пушке и в зазорах группирующих резонаторов. Градиенты полей также следует увеличивать. В случае преобладания кулоновского расталкивания равновесный радиус пучка и индукция магнитного поля на оси субгармонического группирователя определяются соотношением:

2 Im с I При 1 = 40 А' R = °'5 см' & = °'5 величина В = — I---магнитной индукции равна 0,06 Тс.

R \ е ß у

В области субгармонических резонаторов продольное магнитное поле на оси равно 0,1 Тс и создается системой из 9 катушек Гельмгольца. На каркас каждой катушки намотаны 100 витков медной шины размером 2x8 мм. Внутренний диаметр катушек 230 мм, внешний 400 мм. Период установки катушек примерно равен внешнему радиусу катушек Т„ -

Для коррекции размеров выходного пучка перед магнитным группирователем установлены две квадрупольные магнитные линзы О] и СЬ собранные в квадрупольный магнитный дуплет. Диаметр отверстия квадрупольных линз равен 40 мм, длина - 100 мм, расстояние между квадрупольными линзами в дуплете - переменное в пределах 100-5-180 мм. Градиент магнитного поля в линзе регулируется в пределах 0,5+4 Тл/м.

3.4. Магнитный группирователь. Величина компрессии сгустка на выходе магнитного группирователя определяется величиной разброса энергий электронов ЛИ7 внутри сгустка. Уменьшение длительности сгустка пропорционально разности расстояний пролетаемых электронами и оценивается по формуле:

д _ _ ' _ 1п-АУ/ Где в — индукция магнитного поля.

Тег Тег Т Сг З00.с.в '

Радиус поворота электронов в магнитах равен 30 см. В фокусе разделительного магнита установлен съемный медный перестраиваемый коллиматор с вертикальной щелью. Длина коллиматора по оси пучка 5 мм, перемещение вдоль оси пучка ± 20 мм. Ширина щели дискретно меняется в пределах 4+15 мм. Индукция магнитного поля в зазоре магнитов - 0,15 Тс. Количество ампервитков /-и = 2600. Сопротивление обмоток магнита - 16 Ом. Расстояние между полюсами электромагнита равно 35 мм. Градуировка и нахождение фокуса магнита проводится методом определения траекторий электронов в магнитном поле с помощью гибкого натянутого проводника с током.

3.5. Магнитный спектрометр. Энергетические спектры пикосекундных импульсов регистрировались магнитным анализатором с однородным секторным полем, прямоугольными границами и двойной фокусировкой. Разрешение анализатора по энергии составляет величину 4% при ширине щели коллиматора 2,5 мм и дисперсии спектрометра Ы — 1,5 мм/%. Относительная точность определения энергии ± 5%. При энергии пикосекундных импульсов 10 МэВ ширина энергетического спектра на половине высоты составляет величину 0,1 МэВ (А\УЛ¥ — 1%). Исследования показали, что спектры пикосекундных импульсов уширяются при увеличении их заряда и смещаются при этом по энергии в сторону меньших значений. Уширение спектра происходит также и при изменении фазы между ВЧ-колебаниями в различных субгармонических резонаторах в сторону от оптимальных значений.

4. Синхронизация систем формирования, метрики и экспериментальных устройств. Синхронизация занимает исключительное значение для функционирования основных систем формирования пикосскундных импульсов и при проведении экспериментальных исследований. При работе ускорителя от клистронного генератора использовались схемы умножения частоты. В случае установки систем на ЛУЭ с питанием от магнетрона были разработаны делители частоты. Для стабильной работы систем формирования пикосекундных импульсов требуется осуществить синхронизацию импульсов инжекции с заданной фазой ВЧ-поля в группирователях. При разработке систем, использующих субгармоническую группировку пучка, необходимо синхронизовать СВЧ-генераторы, работающие на кратных частотах. Для обеспечения стабильной работы все пикосекундные ускорители оснащены системами синхронизации (см. табл. 2).

Таблица 2. Параметры систем синхронизации.

Установка Схема синхронизации Кратность синхронизации

ускоритель У-28 деление частоты 160 = 3200 МГц : 20 МГц

экспериментальный стенд "Мальва" умножение частоты 36= 1818 МГц: 50,5 МГц

экспериментальный стенд С-31 умножение частоты 36 =1818МГц: 50,5 МГц

инжекторный стенд "Левкой" умножение частоты 32= 1818 МГц: 56,8125 МГц

ускоритель "Мальва-2" умножение частоты 49 = 2450 МГц: 50 МГц

ускоритель У-003М деление частоты 88 = 1886 МГц : 21,43 МГц

Для захвата сгустков, сформированных резонатором на частоте 200 МГц, в волноводный группирователь на частоте 3200 МГц требуется синхронизация магнетронного и триодных генераторов. Для синхронизации СВЧ-генераторов на кратных частотах в импульсном режиме используется специально разработанный делитель частоты.

При импульсной работе делителя фаза, возникающая с входного импульса, "привязана" к фазе внешнего воздействия. Начальная фаза колебаний может отличаться на постоянную величину = 2 к/п (п = 1,2, ... 16), так как в импульсном делителе частоты имеется несколько устойчивых состояний равновесии с одинаковыми амплитудами и фазами, которые определяются параметрами схемы.

Для временной привязки импульсов инжекции к СВЧ полю разработана схема со следующими параметрами: длительность импульса 0,3-г0,4 мке; длительность фронта импульса не более 1 не; амплитуда импульса 80 В; нестабильность задержки импульса запуска не более ± 50 пс.

Структурная схема приведена на рис. 17 , состоит на двух делителей частоты Д1 и Д2 и блока синхронизации БС, формирующего

синхроимпульсы. На вход БС подается радиоимпульс длительностью 0,5 мкс, амплитудой не более 1 В и частотой заполнения 21,4 или 23,6 МГц. Частота следования радиоимпульсов до 10 Гц.

Делитель Д! разработан в двух вариантах: для ускорителя У-003М на микросхеме КМ193ПЦ2 (ускоряющая частота / = 1886 МГц) и для ускорителя У-28 на микросхеме М43304-3 (ускоряющая частота / = 3200 МГц). Для делителя Д, требуются жесткие условия включения. Входной СВЧ-сигнал синусоидальной формы с амплитудой на входе равной 0,8 В подается через ограничитель мощности. Входное напряжение поддерживается на уровне не более 2 В при напряжении питания микросхемы и,шт = 6,3 В и токе потребления 1„от менее 150 мА. С выхода Д, получается синусоидальный сигнал с частотой и амплитудой 0,5-г0,6 В. Этот сигнал поступает на делитель Д2, собранный на ИС типа К193ИЕ8, который имеет два коэффициента деления (20, 22). Таким образом, с выхода Д2 можно получить импульсный сигнал с частотой 21,4 МГц или 23,6 МГц.

Рнс. 17. Схема синхронизации. С - СВЧ-генератор; |1В - аттенюатор;

Ди Дз — делители; Ф - формирователь импульса запуска;

УУ - устройство управления; ПС — пересчетная схема;

УКС - устройство установки коэффициента счета.

На вход схемы формирования Ф подается импульс запуска длительностью 2,5 мкс с частотой повторения 10 Гц, который преобразуется в импульс длительностью 0,12 мкс. Этот импульс подается на устройство управления УУ, которое "разрешает" прохождение ВЧ сигнала на пересчетную схему ПС. Пересчетная схема обеспечивает деление частоты ВЧ сигнала в интервале 1-МОО. Коэффициент деления устанавливается дискретно в схеме установки коэффициента счета УКС. Выходной сигнал поступает на устройство управления УУ и "запрещает" прохождение на пересчетную схему ВЧ сигнала.

Импульс запуска, поступающий с внешнего устройства, запускает схему формирования Ф, собранную на микросхеме ИС155АГЗ, представляющую собой сдвоенный одновибратор с повторным запуском.

Запуск одновибратора происходит по неинвертирующему входу Bi, В2. На инвертирующий вход А,, А2 подается напряжение низкого уровня, а на вход "сброс" SRi, SR2 - напряжение высокого уровня.

Импульс со схемы формирования поступает на триггер, собранный на микросхемах ИС155ЛА4 с предварительной установкой логических состояний и таким образом происходит "разрешение" на прохождение ВЧ сигнала на вход пересчетной схемы собранной на ИС531ИЕ16. Предварительная установка коэффициента деления счетчиков осуществляется подачей сигналов на входы параллельной записи Д,+Д8 пересчетной схемы IIC при наличии на входе сигнала низкого уровня. Синхронная работа счетчика достигается тем, что изменение состояния выходов триггеров осуществляется одновременно по положительному перепаду счетного импульса. Длительность импульса переноса равна периоду тактовой частоты. Управление "записью" информации осуществляется при помощи устройства управления, содержащего кодер и триггер, собранные на ИС531 ЛАЗ.

Элементы ИС155ЛАЗ осуществляют задержку порядка 74 не для смены состояния на входе схемы ПС. Импульс переноса на выходе схемы ПС переключает триггер в нулевое состояние, т.е. подача ВЧ сигнала на вход пересчетной схемы прекращается. Путем изменения коэффициента передачи счетчиков можно изменить время появления импульса на выходе схемы синхронизации.

4.1. Экспериментальное изучение работы схемы синхронизации. Форма сигналов высокочастотных колебаний при работе схемы синхронизации показана на рис. 18.

Рис. 18. Изучение работы схемы синхронизации.

а)

а) — сигналы с первого каскада схемы синхронизации. Коэффициент деления — 4 (1886 : 4 - 471,5 МГц)

б)

б) — синхроимпульс запуска инжектора, "привязанный" к ускоряющему напряжению ускорителя.

Для измерения временной нестабильности запуска схемы синхронизации использована методика с применением стробоскопического

осциллографа, работающего в ждущем режиме. Нестабильность запуска схемы синхронизации определяется то формуле:

4т

4

2 2 Мизм~М

(I)

С V изм осц ' Экспериментально измеренная собственная нестабильность запуска осциллографа С7-19 оказалась меньше 50 пс при синхронизации от исследуемого сигнала. Временная нестабильность запуска схемы синхронизации Лтс < 40 пс и остается меньше измеренной нестабильности осциллографа. На рис. 19 показаны осциллограммы, полученные при исследовании нестабильности запуска инжектора относительно ускоряющего СВЧ-поля. Измерения проводились на ускорителе У-ООЗМ в режиме формирования пикосекундных импульсов.

Рис. 19. Исследование нестабильности запуска инжектора относительно ускоряющего СВЧ-поля.

а) - Осциллограммы пикосекундных импульсов на выходе магнетронного ускорителя без схемы синхронизации. Ускоряющая частота 1886 МГц. Частота повторения импульсов 10 Гц. Время экспозиции 1 с.

б) — Осциллограмма пнкосекундного импульса тока пучка на выходе ускорителя при включенной схеме синхронизации. Период калибровочной синусоиды - 0,2 не. Масштаб по вертикали - 60 А / дел.

Как видно из полученных осциллограмм разработанная схема синхронизации обладает минимальной нестабильностью и позволяет формировать стабильные по амплитуде и длительности импульсы с надежной повторяемостью от импульса к импульсу. Такая уникальная схема была использована при работе на всех разработанных пикосекундных ускорителях.

5. Аппаратура для оптической диагностики электронных

пучков.

Ранее в системах пикосекундной диагностики анализирующий свет получался от черепковских детекторов, которые устанавливались на пути пролета электронного пучка. При этом пучок терял часть энергии в

детекторе и, следовательно, рассеивался. Такая схема неудачна для прецизионных измерений. Анализирующие сигналы следует получать путем преобразования электромагнитных полей, связанных с пучком в оптические сигналы. Для этой цели используются разработанные электрооптические детекторы.

Разработана спектрофотометрическая установка для оптикоэлектронной диагностики с временным разрешением 6,5 пс. Электронные импульсы пикосекундной длительности, попадая на флуоресцирующее вещество (сцинтиллятор) преобразуются в световые сигналы. Зондирующий свет используется для калибровки прибора. Регистрирующая часть установки выполнена на основе скоростного фотохронографа "Агат-СФ", содержащего электроннооптический преобразователь с широкополосной системой отклонения проходного типа. Регистрограмма, полученная на экране времяанализирующего ЭОП, обрабатывается посредством телевизионной камеры на базе ТВ-трубки с высокой разрешающей способностью - изокон типа ЛИ-801.

Установка выполнена по одноканалыюй схеме. Коррекция искажений в измерительном тракте осуществляется при предварительном холостом запуске установки перед началом работы. Направления разверток в ЭОП и ТВ-камере коллинеарны, что дает возможность в пределах развертки непрерывно фиксировать кинетику каждой спектральной компоненты зондирующего излучения с разрешением ~7 пс. Спектральный блок установки с механизмом привода дифракционной решетки конструктивно объединен с камерой "Агат-СФ" и обеспечивает работу в диапазоне длин волн 300-1200 нм посредством двух сменных решеток с 600 штрихов/мм.

Пучок электронов пикосекундной длительности направляется в кювету, установленную в спектральном блоке СБ. Прошедший через кювету зондирующий свет направляется оптической системой на дифракционную решетку, а затем в виде участка спектра "АХ" проецируется на фотокатод ЭОП фотохронографа "Агат-СФ". Изображение развертки ЭОП считывается ТВ-камерой и поступает в блок канала БК, в монитор ВКУ и через модуль сопряжения КС в компьютер. Управление измерительной установкой осуществляется дистанционно с помощью пульта ПУ СБ с блоком автоматики Б А пульта ПУ ТВ.

Спектральный блок установки выполнен по схеме для работы в первом порядке дифракции. Изображение источника света строится в середине кюветы с исследуемым веществом. Диаметр каустики (перетяжки пучка) составляет 7 мм. Эффективное сечение электронного пучка в месте установки кюветы 20 мм. Пролетная часть спектрального блока представляет собой коридор со свинцовыми экранами толщиной 6 мм для исключения затемнения кварцевой оптики.

В спектральном блоке впервые применены разработанные спиральные световодные кюветы с использованием эффекта полного

внутреннего отражения света для повышение чувствительности и точности измерений флуоресцирующих веществ и сцинтилляторов (рис.20).

Рис. 20. Спиральная световодная кювета (1). Патрубки для впуска (2) и выпуска (3) исследуемого вещества. Внутренний (4) и внешний (5) слон покрытия кюветы. Оптическая система: источник света (6); зеркало (7); регистратор (8, 9). Ускоритель(Ю).

Кювета выполнена в виде трубчатого световода, имеющего на торцах по два патрубка, два из которых соединены с линией подачи и линией сброса исследуемого вещества, а два других оптически связаны с источником света и монохроматором. Стенки кюветы выполнены двухслойными, внутренний слой которых изготовлен из кварца, а внешний слой - из кварца, легированного бором с меньшим показателем преломления по отношению к внутреннему слою.

6. Детекторы для измерения параметров никосекундных ускорителей. Предложена классификация оптических методов измерения параметров мощных электронных пучков:

1-е поколение: регистрация черенковского, флуоресцентного, переходного, тормозного, спонтанного и других видов излучений светового и рентгеновского диапазонов, возникающих при движении заряженных частиц в различных средах.

2-е поколение: анализ синхротронного, ондуляторного излучения и комптоновского рассеяния лазерного излучения на электронном пучке.

3-е новое и чрезвычайно перспективное поколение: элсктрооптические модуляционно-полевые методы измерений параметров пучков: модуляционно-оптический детектор (на основе эффекта Франца-Келдыша); электрооптический детектор (эффект Поккельса) и магнитооптический детектор (эффект Фарадея). Детекторы отличаются рекордным временным разрешением, высокой чувствительностью при полном исключении электромагнитных наводок и искажений сигналов.

6.1. В модуляционно-оптических детекторах изменение поглощения света происходит в чистых, слабо- и сильнолегированных полупроводниках, помещенных в электрическое поле электронного пучка, для межзонного, примесного и экситонного механизмов поглощения света. Это происходит из-за

сдвига длинноволнового края собственного поглощения в электрическом поле в соответствии с эффектом Франца-Келдыша. Интенсивность света /даг прошедшую через полупроводниковый тонкопленочный световод, помещенный в электрическое поле пучка, определяется по формуле:

8я Res o-J~2m"

" g

IAsT = Io-exP\-L-

3 ebp

Цг.-шГ

(2)

где: со - частота анализирующего светового излучения лазера; И^ - ширина заряженной зоны полупроводникового тонкопленочного световода; т* -изотропная эффективная масса носителей в полупроводнике; й - постоянная Планка; е - относительная диэлектрическая проницаемость материала полупроводникового световода; е0 - электрическая постоянная; е - заряд электрона; К - расстояние от пучка до полупроводникового тонкопленочного световода; р - линейная плотность заряда в пучке заряженных частиц, движущихся по оси датчика; Ь - длина световода помещенного в электрическое поле пучка, ^ - интенсивность светового

излучения на входе датчика.

На рис. 21 приведена конструкция и схема работы детектора.

Рис. 21. Модуляцнонно-оптический детектор. I - корпус; 2 - керамический электроиопровод; 3 — подложка в виде окисиого слоя; 4 - полупроводниковый тонкопленочный световод система передачи света; 5- кварцевые призмы.

Световое излучение от лазера пропускается по полупроводниковым тонкопленочным световодам 4, расположенным параллельно направлению исследуемого пучка заряженных частиц. От пучка возникает электрическое поле Е , под воздействием которого происходит модуляция интенсивности света, проходящего через полупроводниковые световоды. Амплитуда модуляции света определяется напряженностью электрического поля, которая зависит от тока и положения пучка. С помощью фотохронографа по величине интенсивности света на выходе полупроводникового световода

регистрируют параметры исследуемого пучка. Величина смещения положения пучка определяется путем сравнения интенсивностей света на выходах двух световодов.

На полученной фоторегистрограмме регистрируется форма импульса, длительность фронта и среза, период повторения сгустков в микроструктуре импульса, амплитуда сгустков и другие параметры (рис. 22, 23).

Микроденситограммы (Рис. 24, 25) получались путем обработки фотопленок на микрофотометре ИФО-451.

Поперечный размер щели микрофотометра устанавливался равным 1,5 мм, что соответствует размеру 75 мкм на фотопленке. Продольный размер щели микрофотометра устанавливался 15 мм. Зарегистрированный предимпульс не превышает10% от амплитуды основного и находится на расстоянии 400 пс от основного. Послеимпульсы не превышают 5%.

6.2. Электрооптический детектор тока пучка основан на эффект Поккельса, который линейно зависит от приложенного электрического поля и практически безынерционен, что позволяет перенести процесс, измерений параметров электронного сгустка в оптический диапазон длин волн. Величина интенсивности светового излучения, прошедшего сквозь оптическую систему регистрации в момент пролета сгустка электронов, определяется по формуле:

Рис. 22. Фоторегистрограмме наносекукдного импульса тока пучка

Рис. 23. Фоторегистрограмма пикосекундного импульса ток» пучка

Рис. 24. Микроденситограмма нано-сскундного импульса тока пучка (2 не, 30 А)

Рис. 25. Микроденситограмма пикосекундного импульса тока пучка (40 пс, 100 А)

I Дет = Го"^*п

(3)

где ко - длина волны света; п0 - показатель преломления кристалла; г63 - электрооптический коэффициент кристалла; Ег - напряженность электрического поля в коаксиале датчика; Ь - длина кристалла; /0 - интенсивность, анализирующего излучения. На рис. 26 приведен схематический чертеж электрооптического детектора.

Когда сгусток пересекает емкостной зазор коаксиальной линии, электромагнитные поля, связанные со сгустком, передаются по линии в направлении пучка со скоростью света. Результирующая электромагнитная волна типа ТЕМ, пройдя коаксиал поглощается в согласованной ВЧ-нагрузкс из абсорбирующей твердой высокочастотной керамики (альсифер).

Проходя вдоль коаксиала, электромагнитная волна возбуждает в кристалле продольное электрическое поле, параллельное оптической оси кристалла, и кристалл становится двулучепреломляющим. В момент прохождения электронного сгустка через емкостной зазор коаксиала происходит поворот плоскости поляризации проходящего через кристалл светового излучения. Для обнаружения этого оптического эффекта в оптическую систему введены два поляризатора с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. Поэтому в промежутке между электронными сгустками свет не проходит от источника света в систему регистрации. Свет пропускается оптической системой лишь в момент прохождения сгустка через емкостной зазор коаксиала. Таким образом, исследуя фоторегистограммы можно измерять параметры электронного сгустка. Интенсивность прошедшего через оптическую

Рис. 26. Конструкция электрооптического детектора:

1 — ускоритель;

2 — электрооптический кристалл;

3 - оптический разъем;

4 — источник света;

5 — поляризатор;

6 — световод;

7 — фотохронограф;

8 - регистратор;

9 - ВЧ-нагрузка;

10 - коаксиальная линия;

11 — электронопровод.

систему светового излучения пропорциональна величине заряда сгустка. Введение оптического кристалла в полость коаксиала позволяет осуществить экранировку от внешних электромагнитных полей. Высокая помехозащищенность выгодно отличает электрооптический датчик от известных, что позволяет проводить прецизионные измерения малоинтенсивных импульсов короткой длительности.

Для электрооптического кристалла дигидрофосфата аммония (АДР + NH4H2P04): по=1,52; г63 = 8,5. При До=550 мкм, L = 50 мм, /о = 10 Вт/см2, Ег = 1 В/см интенсивность излучения, прошедшего через оптическую систему на вход регистрирующей аппаратуры равна /дет = 4 10"4 Вт/см2. Такой величины интенсивности вполне достаточно для регистрации излучения на электроннооптических преобразователях, которые обладают чувствительностью до 10"+10~13 Дж/см2.

Измерение формы пикосекундных импульсов тока пучка проводилось с помощью электрооптического детектора с измерением параметров световых импульсов на фотохронографической электроннооптической камере типа "Агат СФ" с мультищелочным входным фотокатодом. Транспортировка света от детектора к камере осуществлялась двумя способами. В одном из них камера устанавливалась на расстоянии 40 см от датчика непосредственно в ускорительном бункере. В другом случае свет транспортировался с помощью оптической системы из зеркал и объективов на расстояние примерно 10 м и через отверстие в бетонной защите выводился из ускорительного бункера. В этом случае возможна визуальная настройка регистрирующей камеры, но при транспортировке света неизбежны потери в интенсивности.

6.3. Схема магнитооптического детектора для измерения тока и положения пучка показана на рис. 27. Плоскополяризованное световое излучеиие от лазера 3 через оптическую систему зеркал 7 и 8 попадает на кристаллы 5. Движущийся пучок заряженных частиц создает вокруг себя магнитное поле, которое индуцируется в магнитопроводе датчика. Действие магнитного поля пучка заряженных частиц на кристаллы 5 сводится к следующему: магнитное поле поворачивает угол плоскости поляризации светового излучения на определенный угол в случае, если направление силовых линий магнитного поля перпендикулярно оптической оси кристалла (эффект Фарадея). Величина поворота плоскости поляризации зависит от величины тока и положения пучка заряженных частиц. При измерении тока пучка достаточно использовать лишь один кристалл, а измерение положения требует использования двух кристаллов.

Рис.

27.

Схема

магнитооптического детектора дли

измерения тока и положения пучка: У - ускоритель; Т - ферритовый торокд

П - поляроид; Л - лазер; К - кристалл; Э - экранирующий кожух;

Ф- фотохронограф.

При прохождении пучка' точно по центру тороида положение кристаллов К выбрано так, чтобы оптическая ось кристаллов лежала в плоскости поляризации светового излучения от лазера Л. Положение поляроидов П выбирается так, чтобы световое излучение не проходит через них (система скрещенных николей). Тогда, при отклонении пучка от центра за счет магнитного вращения плоскости поляризации в кристаллах, на систему регистрации поступают два сигнала интенсивностью /, и /г- Разность этих сигналов Д 1 зависит от величины смещения положения пучка заряженных частиц от центра оси симметрии датчика. Величина Д I рассчитывается по формуле:

где: 1свет - интенсивность светового излучения, падающего на каждый из кристаллов [Вт/см2]; с1 - толщина кристалла, м; 5 - площадь поперечного сечения ферромагнитного тороида, м2;

(V = — + —) - постоянная Верде, [мин/Тл-м];

Я2 Л4

X - длина волны светового излучения; а, Ь - коэффициенты, зависящие от природы вещества и температуры;

Ф/, Ф2 - потоки магнитной индукции, действующие на кристаллы 1 и 2, [Вб], причем:

у

Ф — 0,2 ■ /„ Ь Ц 1п —; где 1п - ток пучка, [А]; длина магнитопровода, м;

¡1 - магнитная проницаемость ферромагнетика, [Тл/А-м]; Г| и г2 -расстояние от пучка до внешней и внутренней поверхности тороида, м. При г, - 0,03 м; г2 = 0,05 м; /г = 50 (феррит марки 50 ВЧ); толщина ферритового тороида к = 0,01 м; 1П =100 А; с! = 5-Ю"3 м; V = 28,2 Ю4 мин/Тл-м, для кристаллов при 20°С и длине излучения Я = 589 нм; ¡плд — 1 Вт/см2; величина смещения Аг - 10"3 м. Тогда для А1 получаем величину 10~8 Вт/см2. В настоящее время измерение таких интенсивностей проводится с использованием электронно-оптической камеры "Агат-СФ", обладающей высокой чувствительностью по мощности и временным разрешением до 10"12 с.

Магнитооптический детектор позволяет измерять положение пучка относительно оси ускорителя и проводить прецизионное наведение пучка на экспериментальные объекты. Оценка формы сигналов осуществлялась путем их передачи по кварцевому световоду длиной 10 м к оптическому осциллографу ОСО-2. Собственное разрешение световода около 10 пс, а осциллографа около 30 пс. Кроме этого детектор используется для регистрации нестабильности запуска инжектора относительно импульсов синхронизации с СВЧ-полем в ускорителе. Изображение профиля пучка передавалось на видеоконтрольное устройство с помощью телевизионной камеры с высокой чувствительностью и разрешающей способностью типа КТП-62. С целью улучшения помехозащищенности ферритовый тороид помещен в экран из немагнитного материала. Увеличение чувствительности модернизированного детектора получено за счет использования метода многократного прохождения светового излучения через оптический элемент, для чего кристалл перемещается в оптический резонатор открытого типа.

Полученные результаты являются уникальными и далеко превосходят все известные методы измерений по совокупности следующих параметров: чувствительность, временное разрешение и помехозащищенность. Рассмотренные методы диагностики открывают новый класс современной измерительной техники в приоритетном направлении физики "физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника". Использование полученных результатов позволяет проводить ранее недоступные фундаментальные и прикладные экспериментальные исследования в области радиационной физики, химии и биологии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Разработаны системы формирования пикосекундных элегстронных пучков на волноводных ускорителях для изучения сверхбыстропротекающих процессов. Изложены результаты экспериментов по выделению одиночных сгустков на СВЧ волноводных ускорителях, работающим в режиме запасенной энергии. Впервые созданы и экспериментально исследованы системы формирования пикосекундных импульсов на электронных ускорителях с питанием от магнетронов на частоте 1886 и 3200 МГц и от клистронов на частоте 1818 и 2450 МГц. На шести линейных ускорителях электронов на энергии 1-ИЗ МэВ получены пикосекундные импульсы длительностью 30+50 пс с током 50+250 А в режиме одиночных посылок и в виде пакетов пикосекундных импульсов тока пучка. Впервые получены пикосекундные импульсы электронов методом субгармонической группировки на ускорителях с питанием от магнетронов. Впервые получены пикосекундные импульсы методом магнитного формирования на выходе наносекундного ускорителя работающего в режиме запасенной энергин. Системы формирования и метрики пикосекундных импульсов тока пучка внедрены на ускорителях: У-28 (МИФИ), "Мальва", "С-31", "Левкой" (МРТИ РАН), "Мальва-2" (ИИИИТ), У-003М (ИФХЭ РАН). Результаты работы использованы при создании узлов ускорителя ЛУ-50 (РФЯЦ ВНИИЭФ).

Созданные пикосекундные системы формирования использовались для проведения комплексных прикладных исследований: У-28 - для разработки оптических методов измерений параметров электронных пучков; С-31 - для изучения возможностей транспортировки короткоимпульсных пакетных пучков в разреженных газах; "Левкой" - для испытания субгармонических систем формирования пикосекундных пучков; "Мальва" - для исследования узлов установок для времяпролстной нейтронной спектроскопии; "Мальва-2" - для калибровки полупроводниковых и других специальных сверхбыстродействующих детекторов ионизирующих излучений; У-003М - для испытания электрооптических и флуоресцентных сцинтилляционных детекторов. Результаты работы использованы при создании узлов ускорителя ЛУ-50 для исследований в области экспериментальной физики. На впервые разработанных установках проведены большие объемы прикладных исследований по изучению радиационной стойкости световодов и хром-иттербий-эрбиевых фосфатных стекол, определены параметры пучковой плазмы в каналах транспортировки, радиационные эффекты в теллуровой кислоте, изучена взаимосвязь между аффинностью и молекулярной массой в плазматической мембране и многие другие важные научные и прикладные

задачи. Всего на этих шести ускорителях к настоящему времени суммарно наработано в пикосекундном режиме более 15500 часов пучкового времени. Системы формирования показали надежность в работе и заинтересованность в них экспериментаторов.

2. Исследована синхронная работа наносекундной двухэлектродной электронной пушки и двухпластинчатого наносекундного дефлектора. Для получения импульсов тока пучка использовались фронтальные участки модулирующих напряжений. При этом длительность выходного импульса определялась крутизной фронта и получалась равной 1ч-2 не. Впервые для инжектора пикосекундного ускорителя разработан уникальный магнитный импульсный модулятор, работающий на основе метода однополярного намагничивания без изменения знака индукции. Частота следования импульсов равна 250 кГц в пакетном режиме при амплитуде напряжения 50 кВ и мощности 16 МВт. Длительность импульсов равна 15 не, длительность фронта - 2 не. Число импульсов в пакете 1^-30. Частоту следования пакетов можно менять от одиночных посылок до 10 Гц. Благодаря применению мощного оконечного каскада коммутатора на лампе ГМИ-14Б временная нестабильность задержки запуска не превышает 0,05 не.

Разработана фотоэлектронная 50 кВ диодная пушка с пирсовской геометрией с арсенид-галиевым катодом диаметром 1 см2. Для облучения полупроводникового катода используется твердотельный импульсный лазер с модуляцией добротности на алюмоиттрисвом гранате с неодимом (АИГ:Ыс13+) на основе модернизированного лазера ЛТИ-502. С фотокатода в импульсе 10 не получена эмиссия до 30 А/см2.

На инжекторном стенде исследована перспективная схема работы автоэмиссионного катода непосредственно в СВЧ-резонаторе. Фазовая протяженность сгустка электронов сформированного в резонаторе, составляет примерно 60°, величина тока эмиссии в сгустке равна 30 А, а соответственно плотность эмиссии около 10 А/см2.

3. Разработаны резонаторы на субкратных частотах 113, 200, 227, 454, 909 МГц. Изготовлены и испытаны резонаторы с волной ТЕМ типа коаксиальной линии нагруженной на емкость с напряжениями на зазоре до 50 кВ. Для формирования пучков перед ускорением разработаны цилиндрические Е0ю резонаторы различных видов на основных ускоряющих частотах 1818, 2450, 3200 МГц с мощностью питания до 2 МВт. Определены их геометрические и электрические параметры (Q„, Rlu, UycK) для использования в системах формирования для ускорителей, работающих в пикосекундном диапазоне. Разработаны и испытаны схемы ВЧ-питания резонаторов на основной (1818, 2450, 3200 МГц) и субкратных частотах (113, 227, 454, 909 МГц). Предварительные каналы собраны на мощных транзисторных усилителях, оконечные — на высокочастотных триодах ГИ-39Б. Созданы устройства ввода мощности в резонаторы - для подачи импульсной мощности до 30 кВт на субкратных и до 2 МВт на

основных частотах. Изучена фазовая нестабильность между усилительными каскадами на субкратных группирующих частотах и основной ускоряющей частоте и применены методы фазовой автоподстройки. Созданы фокусирующие системы субгармонических резонаторов, которые состоят из катушек Геймгольца надетых на субгармонический группирователь через определенные промежутки. Суперпозиция полей соседних катушек дает суммарное поле величиной 0,18 Тл по всей длине.

Разработаны магнитные груштирователи для выделения и компрессии одного сгустка из пакета сгустков общей длительностью 2,5 не на полувысоте импульса тока. Коэффициент группировки сгустка в магнитном группирователе определяется разбросом энергии электронов в сгустке, величиной магнитной индукции в зазоре и определяет конечную длительность сгустка в процессе компрессии. После выхода из ускорителя пучок электронов в виде пакета из 3+5 сгустков поступает в поворотный электромагнит, где пучок разворачивается в виде "веера". Выделенный сгусток пропускается через второй электромагнит для "очистки" от гамма-фона и выпускается в атмосферу через фольговое окно.

4. Разработаны схемы синхронизации работы магнитоламповых наносекундных модуляторов электронных пушек и дефлекторов с заданной фазой высокочастотных полей в резонаторах на субгармонических и основной частотах. Создан транзисторный делитель частоты 3200 МГц в 16 раз, работающий по принципу синхронизации автогенератора на субгармонике входного сигнала. Полоса деления 1,6 МГц. Делитель работает, как в импульсном режиме с длительностью импульса 2,5 мке, так и в непрерывном режиме. Максимальная импульсная мощность на выходе делителя 100 мВт. Впервые получены экспериментальные данные о работе быстродействующей схемы синхронизации пусковых импульсов модулятора дефлектора ускорителя с заданной фазой ВЧ-напряжения с частотой 200 МГц. Измеренная временная нестабильность между выходным пусковым импульсом схемы и входным в.ч.-напряжением <±0,05 не. Схема собрана на интегральных схемах эмиттерно-связанной логики серий К100 и К500; Схема работает как в импульсном (длительность импульса 3 мке, частота следования импульсов 400 Гц), так и в непрерывном режимах. Экспериментально получена заданная повторяемость параметров пикосекундного пучка при проведении прецизионных радиационных исследований различных быстропротекающих процессов. При радиационных исследованиях обеспечена повторяемость формы пикосскундных импульсов тока пучка при заданной частоте повторения. Сведена к минимуму возможность появления "паразитных" сопровождающих микроимпульсов тока, которые снижают точность проводимых измерений.

; ' 5. Разработана аппаратура для оптикоэлектронной диагностики с временным разрешеним - 6,5 пс и со спектральным разрешением не хуже 6

нм в диапазоне 300+1200 нм с использованием двух сменных решеток с Ы= 600 штрихов/мм. Спектральный блок установки с механизмом привода дифракционной решетки конструктивно объединен с электроннооптической камерой "Агат-СФ 3". Изображение развертки ЭОП считывается ТВ-камерой с высокой разрешающей способностью - изокон типа ЛИ-801 и регистрируется через блок канала на мониторе. Впервые разработаны спиральные световодные кюветы с использованием эффекта полного внутреннего отражения света для повышения чувствительности и точности измерений. Кювета выполнена в виде трубчатого световода, имеющего на торцах но два патрубка, два из которых соединены с линией подачи и линией сброса исследуемого вещества, а два других оптически связаны с источником света и монохроматором. Стенки кюветы выполнены двухслойными, внутренний слой которых изготовлен из кварца, а внешний слой - из кварца, легированного бором с меньшим показателем преломления по отношению к внутреннему слою.

Разработан и изучен новый класс измерительных приборов -электрооптические детекторы параметров тока пучка заряженных частиц. Разработаны, внедрены и исследованы детекторы параметров электронных пучков на эффектах Франца-Келдыша, Поккельса и Фарадея. Новые приборы обладают рекордной чувствительностью и помехозащищенностью при измерении параметров пучка заряженных частиц (формы, амплитуды и положения импульсов тока пучка) и не имеют отечественных и зарубежных аналогов. Полученные результаты являются уникальными и превосходят все известные методы измерений по совокупности следующих параметров: чувствительность, временное разрешение и помехозащищенность. Использование полученных результатов позволяет проводить ранее не доступные фундаментальные и прикладные экспериментальные исследования в области радиационной химии, физики и биологии. Показано, что электрооптические детекторы позволяют получать объективные данные о параметрах радиационного процесса и работе всех узлов установки при полном исключении электромагнитных наводок, шумов в измерительной аппаратуре и искажений сигналов в радиочастотных кабелях. В этом случае исследователи могут "забьггь" о таких неприятностях, как электронная "несовместимость" сигналов при одновременной работе различных радиоприборов. Электрооптические детекторы естественным образом стыкуются с волоконно-оптическими линиями передачи. Возможна прямая передача информации от детектора на работающем ускорителе в офис экспериментатора в любой стране мира. Электрооптические детекторы -ключ к полной компьютеризации ускорителя и экспериментальных устройств используемых для радиационно-химических и физических исследований.

Таким образом, решена крупная научно-техническая проблема, имеющая важнейшее фундаментальное значение для развития

ускорительной техники, радиационной физики и химии: разработаны, внедрены на ускорителях- и использованы в прикладных исследованиях системы формирования и диагностики пикосекундных электронных пучков.

ПУБЛИКАЦИИ

1. Павлов Ю.С. Системы формирования и метрики пикосекундных импульсов тока пучка на линейных ускорителях для изучения быстропротекающих процессов в радиобиологии и радиационной химии. Докл. 4-го Всес. Совещания по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве. Т. 2. Ленинград, НИИЭФА, 1982. с. 66-74.

2. Павлов Ю.С. Устройство для формирования сильноточных пикосекундных пучков заряженных частиц. Авт. свид. СССР № 793348, 1985.

3. Павлов Ю.С. Линейный ускоритель электронов для импульсного радиолиза в пикосекундном диапазоне. Тезисы докладов Всес. симпозиума по радиационной химии. Тбилиси, "Мецниереба", 1978, с. 271.

4. Павлов Ю.С. (отв. исп.). Система формирования пикосекундных импульсов тока пучка на ЛУЭ модели У-28 МИФИ. Отчет МИФИ: Госрег. 79079775; Инв. № Б 933738, 98 с. Сборник рефератов НИР; серия физ.-мат. науки, № 14. М„ ВНТИЦ, 1981, с. 23.

5. Павлов Ю.С. Пикосекундный линейный ускоритель электронов. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физ. эксперимента, вып. 1(1). Харьков, ХФТИ, 1978, с. 9-12.

6. Павлов Ю.С., Соловьев Н.Г. Экспериментальное исследование работы в ЛУЭ в режиме пикосекундных импульсов. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 1(5). Харьков, ХФТИ, 1981, с. 18.

7. Бойко В.А., Воронков P.M., Павлов Ю.С. Формирование пикосекундных импульсов тока пучка электронов на волноводных ускорителях. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 3 (15). Харьков, ХФТИ, 1983, с. 57-59.

8. Павлов Ю.С., Соловьев Н.Г. Формирование и измерение пикосекундных пучков заряженных частиц. Труды 8-го Всес. совещания по ускорителям заряженных частиц, т. 2. Дубна, ОИЯИ, 1983, с. 63-67.

9. Викулов В.Ф., Гармаш А.Г., Маленькое И.Г., Павлов Ю.С. ... Разработка системы измерения амплитуды и формы импульсов тока пучка линейного ускорителя. Отчет МИФИ: Госрег. № 81057530; Инв. № 02826033903, 106 с. Сборник рефератов НИР и ОКР, серия 19: электроника, радиотехника, связь, № 5. М., ВНТИЦ, 1983, с. 17.

10. Бехтев Б.В., ... Павлов Ю.С., Смекапин Н.Г. Линейный ускоритель электронов на энергию 10 МэВ с током 100 А в импульсе 50 пс. Отчет МРТИ: № Госрег. № У95669; Инв. № Г 37774. М, ВИМИ, 1983,48 с.

11. Викулов В.Ф., Гармаш А.Г., Маленькое И.Г., Павлов Ю.С. ... Разработка комплекса устройств для формирования и измерения импульсов тока пучка на ускорителе ЭЛУ-6Э. Отчет МИФИ: Госрег. № 80054636; Инв. № 02825042076, 111 с. Сборник рефератов НИР и ОКР, серия 19: электроника, радиотехника, связь, № 8. М., ВНТИЦ, 1983, с. 18.

12. Глазунов П.Я., ... Павлов Ю.С., Соловьев Н.Г. Исследование тонкой структуры импульсов тока пучка волноводного ускорителя электронов. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 2 (14). Харьков, ХФТИ, 1983, с. 86.

13. Антропов ГЛ., Завьялов Н.В., ... Павлов Ю.С., ... Мощный линейный ускоритель для нейтронной спектроскопии. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 2(23). М., ЦНИИатоминформ, 1985, с. 3-5.

14. Глазков A.A., Павлов Ю.С., Суслов И.М. Наносекундная отклоняющая система для линейного ускорителя электронов. Ускорители, вып.17. М., Атомиздат, 1979, с. 11-17.

15. Павлов Ю.С. Устройство для группировки электронов на частоте субкратной к ускоряющей частоте ЛУЭ. Ускорители, вып.17. М., Атомиздат, 1979, с. 32-37.

16. Павлов Ю.С., Селезнев В.Д. Ускоряющая секция односекционного линейного ускорителя на бегущей волне. Авт. свид. СССР № 534162, 1978.

17. Бехтев Б.В., Бойко В.А., Воронков P.M., Павлов Ю.С. Способ управления током автоэлектронного катода в СВЧ поле. Авт. свид. СССР № 1140186, 1985.

18. Павлов Ю.С. Синхронизация мощных сверхвысокочастотных генераторов на кратных частотах в импульсном режиме. Электронная техника. Сер. I. Электроника СВЧ, 1978, вып.7, с. 111-114.

19. Павлов Ю.С., Шараментов С.И. Транзисторный делитель частоты сверхвысокочастотных импульсов. Приборы и техника эксперимента, 1977, № 1, с. 134-136.

20. Павлов Ю.С., Соловьев Н.Г., Томников А.П. Схема синхронизации для формирования пикосекундных импульсов ускоренных электронов. Приборы и техника эксперимента, 1985, № 6, с. 93-96.

21. Павлов Ю.С., Соловьев Н.Г. Устройство для измерения параметров пучков заряженных частиц. Авт. свид. СССР № 859978, 1984.

22. Павлов Ю.С., Селезнев В.Д. Устройство для измерения длительности импульсов заряженных частиц. Авт. свид. СССР № 683557, 1980.

23. Алексеев Л.К., Викулов В.Ф., ... Павлов Ю.С., ... Многофункциональная система измерения параметров пучка ЛУЭ на малые энергии. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып.3(9). Харьков, ХФТИ, 1981, с. 34-35.

24. Павлов Ю.С., Соловьев Н.Г. Оптические методы измерения параметров пучков заряженных частиц: Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 1(7). Харьков, ХФТИ, 1981, с. 28.

25. Павлов Ю.С. Устройство для измерения длительности и заряда сгустков заряженных частиц. Авт. свид. СССР № 753339, 1981.

26. Павлов Ю.С., Соловьев Н.Г. Оптические датчики для измерения параметров пучков заряженных частиц. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 1(10). Харьков, ХФТИ, 1982, с. 15-17.

27. Павлов Ю.С. Способ оптической регистрации параметров пучка заряженных частиц. Авт. свид. СССР Л® 1119467, 1985.

28. Павлов Ю.С. Датчик для регистрации корпускулярного излучения. Авт. свид. СССР № 1074258, 1985.

29. Доброхотов В.В, Павлов Ю.С. Исследование параметров пучка пикосекундного ускорителя "Мальва-2", Тез. Докл. 6-го Всес. совещания по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве. М„ ЦНИИАтоминформ, 1988, с. 278.

30. Доброхотов В.В, Павлов Ю.С. Оптическая метрика параметров пикосекундного электронного пучка. Докл. 11 -го Всес. семинара по линейным ускорителям заряженных частиц. ЦНИИАтоминформ, 1989, с. 59-60.

31. Мешков А.Н., Павлов Ю.С., ... Доброхотов В.В. Наносекундный импульсный модулятор с частотой до 250 кГц в пакетном режиме. Приборы и техника эксперимента, 1989, № 5, с. 158-160.

32. Павлов Ю.С. Устройство для исследования веществ методом импульсного радиолиза. Авт. свид. СССР № 1191784, 1985.

33. Баранов А.П., Павлов Ю.С. Исследование эмиссионного катода в СВЧ поле. Докл. 11 Всес. семинара по линейным ускорителям заряженных частиц. ЦНИИАтоминформ, 1989, с. 29.

34. Доброхотов В.В, Павлов Ю.С. Оптическая метрика параметров пикосекундного электронного пучка. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Ядерно-физические исследования, вып. 5 (5). М., ЦНИИАтоминформ, 1989, с. 60-63.

35. Павлов Ю.С. Пикосекундный линейный ускоритель электронов "Мальва-2". Информационный листок № 90-0847. М., ВИМИ, 1990.

36. Глазунов П.Я., Павлов Ю.С., Пикаев А.К. Радиационный центр института физической химии АН СССР. Второе Всес. конф. по теоретической и прикладной радиационной химии. М., НИИ ТЭХИМ, 1990, с. 64-65.

37. Павлов Ю.С., Клшшшин В.П., Непомнящий О.Н., Пикаев А.К. Создание установки импульсного радиолиза с пикосекундным разрешением. Тез. докл. 15-ой Всес. науч.-техн. конф. "Высокоскоростная фотография, фотоника и метрология быстропротекающих процессов". М., "ВНИИОФИ", 1991, с. 50.

38. Л.AT. Pikaev, P.Ya. Glazunov, Yu.S. Pavlov. Radiation centre of institute of physical chemistry in Moscow. Radiat. Phys. Chem., 1993, Vol. 42. Nos 4-6, pp. 887-890.

39. Комаров В.Б., Александров И.В..... Павлов Ю.С. Способ получения

модифицированного целлюлозного материала. Патент РФ № 2026304, 1995.

40. Первильев ЮД., Афанасов М.И., Павлов Ю.С., Куликов Л.А. Радиационные эффекты в теллуровой кислоте. Химия высоких энергий, 1997, т. 31, №3, с. 192-196.

41. Климашин В.П., Павлов Ю.С. Кинетический спектрофотометр. Патент РФ №2100785, 1997.

42. Клычников О.И., ... Павлов Ю.С., ... Бабаков А.В. Организация рецептора фузикокцина в плазматической мембране высших растений: взаимосвязь между аффинностью и молекулярной массой. Биохимия, 1998, том 63, вып. 9, с. 1269-1278.

43. Бышевская-Конопко Л.О., Изынеев А.А., Павлов Ю.С., Садовский П.И. О роли церия в хром-иттербий-эрбиевом фосфатном стекле. Квантовая электроника, 2000, т. 30, № 9, с. 767-770.

44. Аулов В.А., Щербина М.А..... Павлов Ю.С. Моноклинная фаза в

реакторных порошках сверхвысокомолекулярного полиэтилена и ее изменение при компактировании и монолитизации. Высокомолекулярные соединения, 2004, серия А, том. 46, № 6, с. 1005-1013.

45. Павлов Ю.С., Доброхотов В.В., Непомнящий О.Н. Электрооптические методы измерения параметров мощных электронных пучков для радиационных технологий. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техническая физика и автоматизация, вып. 58. М., ЦНИИ информации по атомной науке и технике, 2004, с. 135-143.

46. Павлов Ю.С., ... Завьялов Н.В., ... Богданович Б.Ю., ... Пикосекундные электронные пучки для радиационно-химических и физических исследований. Тез. докл. международной конференции "Физико-химические основы новейших технологий XXI века". М., ИФХЭ РАН, 2005, с. 92.

47. Павлов Ю.С., Доброхотов В.В., Непомнящий О.Н., ... Электрооптическая диагностика пучков заряженных частиц в научных и прикладных исследованиях. Тез. докл. международной конференции "Физико-химические основы новейших технологий XXI века". М., ИФХЭ РАН, 2005, с. 90-91.

48. Аулов В.А., Синевич Е.А.....Павлов Ю.С. Влияние отжига на структуру и

механические свойства компактированных реакторных порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Высокомолекулярные соединения, 2005, серия Б, том. 47, № 11, с. 2037-2042.

49. Павлов Ю.С. Создание радиационного центра для проведения научных и технологических работ по радиационной химии, физике и биологии. Отчет ИФХЭ РАН: Госрсг. № 01.2.00303997; Инв. № 0220.0602455. М., ВНТИЦ, 2005, 63 с.

50. Павлов Ю.С., ... Завьялов Н.В., Богданович Б.Ю., Альбиков З.А. Пикосекундные электронные ускорители для радиационной химии и физики. Тез. докл. IV Баховская конференция по радиационной химии. М., ИФХЭ РАН, 2005, с. 90.

51. Павлов Ю.С., Доброхотов В.В., ... Москвичев В.А. Оптическая диагностика электронных пучков. Тез. докл. IV Баховская конференция по радиационной химии. М., ИФХЭ РАН, 2005, с. 91.

Оглавление.

Введение.

1. Комплекс систем формирования пикосекундных импульсов для линейных ускорителей электронов.

1.1. Субгармоническая группирующая система ускорителя У-28 для разработки многофункциональных систем измерения параметров пучка.

1.2. Экспериментальный инжекторный стенд "Левкой" для испытаний субгармонических систем формирования электронных пучков.

1.3. Инжектор и выходные устройства экспериментального стенда С-31 для изучения транспортировки короткоимпульсных пакетных пучков в разреженных газах.

1.4. Система формирования стенда "Мальва" для исследования узлов установок для времяпролетной нейтронной спектроскопии.

1.5. Магнитная формирующая система ускорителя "Мальва-2" для калибровки сверхбыстродействующих детекторов ионизирующих излучений.

1.6. Магнитный группирователь ускорителя У-003М для изучения флуоресценции и радиационно-оптических процессов.

1.7. Результаты внедрения систем формирования пикосекундных пучков на ускорителях.

2. Инжекторы для формирования короткоимпульсных электронных пучков.

2.1. Наносекундные электронные пушки.

2.1.1. Наносекундные пушки для пакетного резшма работы.

2.2. Модуляторы электронных пушек.

2.2.1. Модулятор электронной пушки инжекторного стенда.

2.2.2. Модуляторы с большой частотой повторения импульсов.

2.2.3. Модуляторы для пакетного резшма.

2.3. Исследование эмиссионных свойств автокатодов в сверхвысокочастотном поле формирующего резонатора.

2.3.1. Способ управления током автокатода в СВЧ-поле.

2.4. Фотоэлектронная пушка.

2.4.1. Фотокатоды.

2.4.2. Модуляция фотокатода лазерным лучом.

2.5. Дефлекторы для формирования коротких импульсов тока пучка.

2.5.1. Модуляторы дефлекторов.

2.5.2. Экспериментальные исследования дефлекторов.

2.6. Результаты разработок инжекторов.

3. Субгармонические и магнитные группирователи пикосекундных пучков.

3.1. Субгармонические резонаторы.

3.1.1. Резонатор для группировки электронов на частоте субкратной к ускоряющей частоте 3200 МГц.

3.2. Каскадная субгармоническая группировка.

3.3. Системы ВЧ-питания субгармонических резонаторов.

3.3.1. ВЧ-питание многорезонаторного субгармонического инжектора.

3.3.2. Фазовые нестабильности ВЧ-питания субгармонической системы.

3.4. Формирующие резонаторы.

3.5. Фокусирующая система.

3.5.1. Квадрупольная фокусировка.

3.6. Магнитные системы формирования.

3.6.1. Магнитный спектрометр.

3.7. Результаты разработок группирователей.

4. Синхронизация систем формирования, метрики и экспериментальных устройств.

4.1. Схемы деления и умножения частоты.

4.1.1. Синхронизация умнолсением частоты.

4.1.2. Синхронизация делением частоты.

4.2. Высокочастотная синхронизация систем формирования для ускорителей на магнетронах.

4.3. Система синхронизации на частотах 200 МГц.

4.4. Синхронизация инжекторов с СВЧ-полем ускорителя.

4.5. Экспериментальное изучение работы схем синхронизации.

4.6. Обсуждение результатов создания схем синхронизации.

5. Аппаратура для оптической диагностики электронных пучков.

5.1. Установка оптикоэлектронной диагностики.

5.2. Световодные кюветы для исследования флуоресцирующих веществ и сцинтилляторов.

5.3. Приборы для повышения точности регистрации кинетики спектров и расширения одновременно исследуемого участка спектра.

5.4. Оптическая регистрация по многократному нарушению полного внутреннего отражения света в объекте.

5.5. Радиационная стойкость оптических материалов применяемых в системах формирования и диагностики.

5.6. Обсуждение результатов разработок аппаратуры для оптической диагностики.

6. Детекторы для измерения параметров пикосекундных ускорителей.

6.1. Модуляционно-оптические полупроводниковые детекторы параметров импульсов тока.

6.2. Электрооптические детекторы с пикосекундным временным разрешением.

6.2.1. Детекторы нерелятивистских пучков пикосекундного диапазона.

6.3. Магнитооптические детекторы для измерения тока и положения пучка.

6.4. Перспективы электрооптических методов диагностики.

Актуальность проблемы. Успехи в развитии фундаментальных исследований быстропротекающих процессов в области радиационной химии и физики неразрывно связаны с прогрессом в создании систем получения сильноточных импульсов ускоренных электронов в пикосекундном временном диапазоне на линейных сверхвысокочастотных ускорителях.

От качества параметров экспериментальных пикосекундных установок зависит получение новых фундаментальных знаний в области радиационной химии (радиационной полимеризации, радиационного катализа, радиационной коррозии и радиационно-химических превращений материалов) и прогресс в разработке систем импульсного радиолиза [1]'[2], установок для создания новых наноматериалов и автокатализаторов. Пикосекундные импульсы тока электронов находят применение во времяпролетной нейтронной спектроскопии [3]' [4]' [5], в радиобиологии быстропротекающих реакций [6\ в физике полупроводников, в метрологии быстропротекающих радиационных процессов [7], в физике пучковой плазмы [8]' [9]. Пакеты пикосекундных импульсов используются для повышения эффективности инжекции в накопительные кольца [10]'[11], в установках на встречных электрон-позитронных пучках [п\ при создании лазеров на свободных электронах [13]'tl4]'[15]> [16]'[17]'[18], для создания токопроводящих каналов в атмосфере и транспортировке пучков на большие расстояния [19]' [20], в разрушении горных пород. Пикосекундные импульсы с заданной частотой повторения применяются для повышения эффективности исследования сверхбыстрых процессов [21], например, таких, как временная дисперсия вторичной эмиссии, для калибровки гамма и рентгеновских сверхбыстродействующих детекторов [22\

Пикосекундные импульсы тока пучка на волноводных ускорителях электронов можно получить следующими методами: облучение модулированным лазерным пучком фотокатода [23]; субгармоническая группировка [24]' [25]; группировка на дробно-кратных частотах [26]; метод "биений" пучка на близких частотах[27]; метод магнитной группировки [28]'[29]' [30]; компрессия энергии СВЧ-поля [311' [321' [33]; применение импульсных дефлекторов; использование коаксиальных двухэлектродных или трехэлектродных источников электронов с модуляцией пикосекундными импульсами напряжения. Выбор того или иного метода определяется стремлением получить минимальную длительность импульса, или максимальный импульсный ток, либо одновременно стремится обеспечить получение этих двух параметров. Важно отметить, что существенное значение при выборе метода приобретает вопрос об обеспечении стабильности формы и амплитуды тока от импульса к импульсу. Наибольшее число действующих в мире пикосекундных ускорителей (около 10) работают в США и Японии. Рекордным является ускоритель на энергию 35 МэВ Осакского университета (Япония), где с помощью субгармонического инжектора и магнитного компрессора получены импульсы длительностью 9,5 пс с зарядом 100 нКл (импульсный ток около 10 кА) [341

Для развития радиационной физики и химии требуются детекторы нового поколения: позволяющие получать сигналы для запуска экспериментальных устройств и анализа экспериментальных данных без возмущения мощных электронных пучков. Метрология ионизирующих излучений особенно актуальна для диагностики параметров: установок импульсного радиолиза [35]'[27]; установок для дожигания отходов топливного цикла; установок для создания новых наноматериалов; установок для создания автокатализаторов. Известны оптические способы измерения параметров тока пучка, основанные на получении и регистрации черенковского [36], [37]^ флуоресцентна f38l> [391? переходного[40], тормозного[41], спонтанного[42] и других видов излучений светового и рентгеновского диапазонов, возникающих при движении заряженных частиц в различных средах. Эти способы являются "непрозрачными" или "полупрозрачными" для исследуемого пучка и значительная часть пучка тратится на создание анализирующего излучения. Способы связанные с анализом синхротронного [43]' [44] и ондуляторного [45] излучений требуют установки специальных магнитных устройств изменяющих траекторию пучка, что приводит к "возмущению" и потерям тока исследуемого пучка. Способ лазерной диагностики обладает

461 малой чувствительностью и помехозащищенностью1 J.

Детекторы должны быть сверхбыстродействующими, помехозащищенными и обладать высокой чувствительностью. Все ранее созданные детекторы по совокупности параметров не обладают сформулированным требованиям. В системах импульсного радиолиза анализирующий свет получался от черенковских детекторов, которые устанавливались на пути пролета электронного пучка. При этом пучок теряет часть энергии в детекторе и, следовательно рассеивается. Такая схема неразумна по самой своей сути. Современные мощные электронные пучки требуют создания принципиально новых подходов в методологии построения измерительных схем. Анализирующие сигналы следует получать путем преобразования электромагнитных полей связанных с пучком в оптические сигналы [47]' [481 Это перспективное направление предложено и развито в представляемой работе.

Таким образом, применение систем формирования и метрики пикосекундных пучков является чрезвычайно перспективным направлением в радиационной химии и физике.

Работа выполнена в соответствии с планами важнейших научно-исследовательских работ, проводимых по шести Решениям Государственной комиссии по военно-промышленным вопросам, по семи договорам с предприятиями оборонно-промышленного комплекса Минпромэнерго РФ, по приоритетным научным направлениям Российской Академии Наук.

Цель работы и задачи исследований.

Разработка, создание и экспериментальные исследования новых систем формирования и диагностики пикосекундных электронных пучков.

Внедрение систем формирования на действующих ускорителях с питанием от магнетронов и клистронов, построение схем синхронизации делением и умножением частоты высокочастотных генераторов.

Оснащение ускорителей электрооптическими системами измерения параметров пучка для проведения радиационно-химических и физических исследований в пикосекундном диапазоне.

Научная новизна.

Впервые созданы и экспериментально исследованы системы формирования пикосекундных импульсов на электронных ускорителях с питанием от магнетронов на частоте 1888 и 3203 МГц и от клистронов на частоте 1818 и 2450 МГц. На шести линейных ускорителях электронов на энергии 1-ИЗ МэВ получены пикосекундные импульсы длительностью 30^50 пс с током 50-J-250 А.

Впервые получены пикосекундные импульсы электронов методом субгармонической группировки на ускорителях с питанием от магнетронов.

Впервые получены пикосекундные импульсы методом магнитного формирования на выходе наносекундного ускорителя работающего в режиме запасенной энергии.

Впервые разработаны новые субгармонические группирователи на частотах субкратных (113, 227, 454, 909 МГц) к основным ускоряющим частотам (1818, 2450, 3200 МГц). Определены их геометрические и электрические параметры (QH, Rw, UycK) для использования в системах формирования для ускорителей работающих в пикосекундном диапазоне.

Впервые разработаны схемы синхронизации работы магнитоламповых наносекундных модуляторов для электронных пушек и дефлекторов с заданной фазой высокочастотных полей в резонаторах работающих на субгармонических и основной частотах.

Впервые разработаны кинетические спектрофотометры и высокочувствительные спиральные световодные кюветы для оптикоэлектронной диагностики со спектральным разрешением не хуже 6 нм. Измерены параметры и изучены характеристики оптикоэлектронных установок в диапазоне 300-И200 нм, при временном разрешении 6,5 пс.

Впервые разработан и изучен новый класс измерительных приборов под общим названием "электрооптические детекторы параметров тока пучка заряженных частиц". Новые приборы обладают рекордной чувствительностью и помехозащищенностью при измерении параметров пучка заряженных частиц (формы, амплитуды и положения импульсов тока пучка) и не имеют отечественных и зарубежных аналогов. Получены новые данные об оптических характеристиках модуляционно-оптических детекторов.

Практическая ценность.

В результате выполненной работы решена крупная научно-техническая проблема, имеющая фундаментальное важнейшее значение: разработаны, внедрены на ускорителях и использованы в прикладных исследованиях системы формирования и диагностики пикосекундных электронных пучков (приложение 2).

Системы формирования и диагностики пикосекундных импульсов тока пучка внедрены на ускорителях: У-28 (Московский инженерно-физический институт); "Левкой", С-31, "Мальва" (ФГУП "Московский радиотехнический институт РАН"); "Мальва-2" (ФГУП "НИИ импульсной техники"); У-003М (Институт физической химии и электрохимии РАН). Результаты работы использованы при создании узлов для ускорителя ЛУ-50 (РФЯЦ "ВНИИ экспериментальной физики").

Разработан и создан новый класс детекторов ионизирующих излучений -электрооптические детекторы заряженных частиц. Впервые разработаны, внедрены и исследованы детекторы параметров электронных пучков на эффектах Франца-Келдыша, Поккельса и Фарадея. Созданные пикосекундные системы формирования использовались для проведения комплексных прикладных исследований на ускорителях: У-28 - для разработки оптических методов измерений параметров электронных пучков; "Левкой" - для испытания субгармонических систем формирования пикосекундных пучков; С-31 - для изучения возможностей транспортировки короткоимпульсных пакетных пучков в разреженных газах; "Мальва" - для исследования узлов установок для времяпролетной нейтронной спектроскопии; "Мальва-2" - для калибровки полупроводниковых и других специальных сверхбыстродействующих детекторов ионизирующих излучений; У-003М - для изучения флуоресценции и быстропротекающих радиационно-оптических процессов.

Личный вклад автора явился основополагающим на всех стадиях проведения исследований и состоял в постановке задач, определении целей разработок, в предложении и реализации новых идей и методов формирования и диагностики электронных пучков, проведении расчетных, конструкторских и экспериментальных этапов работ, внедрении результатов на действующих ускорителях и в метрологическом обеспечении прикладных радиационно-химических и физических исследований.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту:

• Результаты разработки, создания и исследования систем формирования пикосекундных импульсов на электронных ускорителях с питанием от магнетронов на частоте 1886 и 3200 МГц и от клистронов на частоте 1818 и 2450 МГц на линейных ускорителях электронов на энергии 1-г13 МэВ для получения пикосекундных импульсов длительностью 30+50 пс с током 50+250 А в режиме одиночных посылок и в виде пакетов пикосекундных импульсов тока пучка. Результаты внедрения систем формирования и диагностики пикосекундных импульсов тока пучка на ускорителях: У-28 (МИФИ), "Мальва", "С-ЗГ, "Левкой" (МРТИ РАН), "Мальва-2" (НИИ импульсной техники), У-003М (ИФХЭ РАН). Результаты исследований, предложения по технической реализации и рекомендации для использования субгармонических и магнитных систем формирования одиночных и пакетных пучков для решения важнейших прикладных задач: обеспечения исследовательских работ по времяпролетной нейтронной спектроскопии; изучения быстропротекающих электрооптических процессов, возбуждаемых пучками заряженных частиц; создания систем транспортировки пучков в разреженных газах и изучения пучковой плазмы, аппаратуры для проведения исследований флуоресцентных сцинтилляторов, устройств калибровки сверхбыстродействующих детекторов ионизирующих излучений.

• Результаты разработки, создания и исследования синхронной работы наносекундной двухэлектродной электронной пушки и двухпластинчатого наносекундного дефлектора. Для получения импульсов тока пучка использовались фронтальные участки модулирующих напряжений. При этом длительность выходного импульса определялась крутизной фронта и получалась равной l-s-2 не. Впервые для инжектора пикосекундного ускорителя разработан уникальный магнитный импульсный модулятор, работающий на основе метода однополярного намагничивания без изменения знака индукции. Частота следования импульсов равна 250 кГц в пакетном режиме при амплитуде напряжения 50 кВ и мощности 16 МВт. Длительность импульсов равна 15 не, длительность фронта - 2 не. Число импульсов в пакете l-f-ЗО. Результаты разработки и создания и фотоэлектронной 50 кВ диодной пушки с пирсовской геометрией с арсенид-галиевым катодом диаметром 1 см2. Для облучения полупроводникового катода используется твердотельный импульсный лазер с модуляцией добротности на алюмоиттриевом гранате с неодимом (АИГ:Ш ) на основе модернизированного лазера ЛТИ-502. С фотокатода в импульсе 10 не получена эмиссия до 30 А/см2. Результаты разработки и создания и исследования на инжекторном стенде перспективной схемы работы автоэмиссионного катода непосредственно в СВЧ-резонаторе. Фазовая протяженность сгустка электронов сформированного в резонаторе, составляет примерно 60°, величина тока эмиссии в сгустке равна 30 А, а соответственно плотность эмиссии около 10 А/см .

• Результаты разработки, создания резонаторов на субкратных частотах 113, 200, 227, 454, 909 МГц и испытания резонаторов с волной ТЕМ типа коаксиальной линии нагруженной на емкость с напряжениями на зазоре до 50 кВ. Результаты разработки формирующих цилиндрических Еою резонаторов различных видов на основных ускоряющих частотах 1818, 2450, 3200 МГц с мощностью питания до 2 МВт; определение их геометрических и электрических параметров (Q„, Rm, UyCK) для использования в системах формирования для ускорителей, работающих в пикосекундном диапазоне. Результаты разработки и испытаний схем СВЧ-питания резонаторов на основной гармонике 1818, 2450, 3200 МГц и субкратных частотах 113, 227, 454, 909 МГц. Результаты изучения фазовой нестабильности между усилительными каскадами на субкратных группирующих частотах и основной ускоряющей частоте. Результаты создания фокусирующих систем субгармонических резонаторов, которые состоят из катушек Геймгольца надетых на субгармонический группирователь через определенные промежутки. Результаты разработки и экспериментальных исследований магнитных группирователей для выделения и компрессии одного сгустка из пакета сгустков общей длительностью 2,5 не на полувысоте импульса тока.

• Результаты разработки и экспериментальных исследований различных вариантов схем синхронизации работы магнитоламповых наносекундных модуляторов электронных пушек и дефлекторов с заданной фазой высокочастотных полей в резонаторах на субгармонических и основной частотах. Результаты разработки транзисторного делителя частоты

3200 МГц в 16 раз, работающий по принципу синхронизации автогенератора на субгармонике входного сигнала с полосой деления 1,6 МГц и максимальной импульсной мощностью 100 мВт. Результаты разработки быстродействующих схем синхронизации пусковых импульсов модулятора дефлектора ускорителя с заданной фазой ВЧ-напряжения с частотой 200 МГц с временной нестабильностью между выходным пусковым импульсом схемы и входным ВЧ-напряжением <3:0,05 не.

• Результаты разработки, создания и испытаний аппаратуры для оптикоэлектронной диагностики с временным разрешеним 6,5 пс и со спектральным разрешением не хуже 6 нм в диапазоне 300-И 200 нм с использованием двух сменных решеток с N = 600 штрихов/мм. Результаты разработки спиральных световодных кювет с использованием эффекта полного внутреннего отражения света для повышения чувствительности и точности радиационно-оптических измерений. Результаты создания и внедрения нового класса электрооптических детекторов с рекордной чувствительностью и помехозащищенностью для измерений параметров электронных пучков с пикосекундным разрешением.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложения. Объем диссертации составляет 303 страницы, включая 113 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 176 наименований.

Заключение

1. Разработаны системы формирования пикосекундных электронных пучков на волноводных ускорителях для изучения сверхбыстропротекающих процессов. Изложены результаты экспериментов по выделению одиночных сгустков на СВЧ волноводных ускорителях, работающим в режиме запасенной энергии. Впервые созданы и экспериментально исследованы системы формирования пикосекундных импульсов на электронных ускорителях с питанием от магнетронов на частоте 1886 и 3203 МГц и от клистронов на частоте 1818 и 2450 МГц. На шести действующих линейных ускорителях электронов на энергии 1-13 МэВ получены пикосекундные импульсы длительностью 30-50 пс с током 50-250 А в режиме одиночных посылок и в виде пакетов пикосекундных импульсов. Впервые получены пикосекундные импульсы электронов методом субгармонической группировки на ускорителях с питанием от магнетронов. Впервые получены пикосекундные импульсы методом магнитного формирования на выходе наносекундного ускорителя работающего в режиме запасенной энергии. Системы формирования и диагностики пикосекундных импульсов тока пучка внедрены на ускорителях: У-28 (Московский инженерно-физический институт); "Левкой", "С-31", "Мальва" (ФГУП "Московский радиотехнический институт РАН"); "Мальва-2" (ФГУП "НИИ импульсной техники"); У-003М (Институт физической химии и электрохимии РАН). Результаты работы использованы при создании узлов инжектора ускорителя ЛУ-50 (РФЯЦ "ВНИИ экспериментальной физики").

2. Впервые разработаны новые резонаторы на субкратных частотах (113, 200, 227, 454, 909 МГц). Изготовлены и испытаны резонаторы с волной ТЕМ - типа коаксиальной линии нагруженной на емкость с напряжениями на зазоре до 50 кВ. Для формирования пучков перед ускорением разработаны цилиндрические Еою резонаторы различных видов на основных ускоряющих частотах (1818, 2450, 3200 МГц) с мощностью питания до 2 МВт.

Определены их геометрические и электрические параметры (QH, RM, Uep) для использования в системах формирования для ускорителей, работающих в пикосекундном диапазоне. Впервые разработаны и испытаны схемы для возбуждения резонаторов на основных и субкратных частотах (113, 227, 454, 909, 1818, 2450, 3200 МГц). Предварительные каналы собраны на мощных транзисторных усилителях, оконечные - на высокочастотных триодах ГИ-39Б. Созданы устройства ввода мощности в резонаторы - для подачи импульсной мощности до 30 кВт на субкратных и до 2 МВт на основных частотах. Изучена фазовая нестабильность между усилительными каскадами на субкратных группирующих частотах и основной ускоряющей частоте и применены методы фазовой автоподстройки. Впервые созданы фокусирующие системы субгармонических резонаторов, которые состоят из катушек Геймгольца надетых на субгармонический группирователь через определенные промежутки. Промежутки между катушками определяются исходя из стремления сделать поле на оси субгармонической системы суммарно однородным по длине. Суперпозиция полей соседних катушек дает суммарное поле величиной 0,18 Тл по всей длине.

3. Впервые исследована синхронная работа наносекундной двухэлектродной электронной пушки и двухпластинчатого наносекундного дефлектора. Для получения импульсов тока пучка использовались фронтальные участки модулирующих напряжений. При этом длительность выходного импульса определялась крутизной фронта и получалась равной 1+2 не. Впервые для инжектора пикосекундного ускорителя разработан уникальный магнитный импульсный модулятор, работающий на основе метода однополярного намагничивания без изменения знака индукции. Частота следования импульсов 250 кГц в пакетном режиме при амплитуде напряжения 50 кВ, мощность 16 МВт. Длительность импульсов 15 не, длительность фронта - 2 не. Число импульсов в пакете 1+30. Частоту следования пакетов можно менять от одиночных посылок до 10 Гц.

Благодаря применению мощного оконечного каскада коммутатора на лампе ГМИ-14Б временная нестабильность задержки запуска не превышает 0,05 не.

4. Разработана фотоэлектронная 50 кВ диодная пушка с пирсовской л геометрией с арсенид-галиевым катодом диаметром 1 см . Для облучения полупроводникового катода используется твердотельный импульсный лазер с модуляцией добротности на алюмоиттриевом гранате с неодимом (АИГ:Ш ) на основе модернизированного лазера ЛТИ-502. С фотокатода в л импульсе 10 не получена эмиссия до 30 А/см . На инжекторном стенде исследована перспективная схема работы автоэмиссионного катода непосредственно в СВЧ-резонаторе. Фазовая протяженность сгустка электронов сформированного в резонаторе, составляет примерно 60°, следует, что величина тока эмиссии в сгустке составляет 30 А, а соответственно плотность эмиссии около 10 А/см .

5. Впервые разработаны магнитные группирователи для выделения и компрессии одного сгустка из пакета сгустков общей длительностью 2,5 не на полувысоте импульса тока. Коэффициент группировки сгустка в магнитном группирователе определяется разбросом энергии электронов в сгустке, величиной магнитной индукции в зазоре компрессора и определяет начальную и конечную длительность сгустка в процессе компрессии. После выхода из ускорителя пучок электронов в виде пакета из 3-5 сгустков поступает в поворотный электромагнит, где пучок разворачивается в виде "веера". Выделенный сгусток пропускается через второй электромагнит для "очистки" от гамма-фона и выпускается в атмосферу через фольговое окно.

6. Впервые разработаны схемы синхронизации работы магнитоламповых наносекундных модуляторов электронных пушек и дефлекторов с заданной фазой высокочастотных полей в резонаторах на субгармонических и основной частотах. Создан транзисторный делитель частоты 3200 МГц в 16 раз, работающий по принципу синхронизации автогенератора на субгармонике входного сигнала. Полоса деления 1,6 МГц. Делитель работает, как в импульсном режиме с длительностью импульса 2,5 мкс, так и в непрерывном режиме. Максимальная импульсная мощность на выходе делителя 100 мВт. Впервые получены экспериментальные данные о работе быстродействующей схемы синхронизации пусковых импульсов модулятора дефлектора ускорителя с заданной фазой ВЧ-напряжения с частотой 200 МГц. Измеренная временная нестабильность между выходным пусковым импульсом схемы и входным ВЧ-напряжением <±0,05 не. Схема собрана на интегральных схемах эмиттерно-связанной логики серий К100 и К500; Схема работает как в импульсном (длительность импульса 3 мкс, частота следования импульсов 400 Гц), так и в непрерывном режимах. Экспериментально получена заданная повторяемость параметров пикосекундного пучка при проведении прецизионных радиационных исследований различных быстропротекающих процессов. При радиационных исследованиях обеспечена повторяемость формы пикосекундных импульсов тока пучка при заданной частоте повторения. Сведена к минимуму возможность появления "паразитных" сопровождающих микроимпульсов тока, которые снижают точность проводимых измерений.

7. Разработана спектрофотометрическая установка для оптико-электронной диагностики с временным разрешеним - 6,5 пс и со спектральным разрешением не хуже 6 нм в диапазоне 300-1200 нм с использованием двух сменных решеток с N= 600 штрихов/мм. Спектральный блок установки с механизмом привода дифракционной решетки конструктивно объединен с электроннооптической камерой "Агат-СФ 3". Изображение развертки ЭОП считывается ТВ-камерой с высокой разрешающей способностью - изокон типа ЛИ-801 и регистрируется через блок канала на мониторе. Впервые разработаны спиральные световодные кюветы с использованием эффекта полного внутреннего отражения света для повышения чувствительности и точности измерений слабопоглощающих веществ. Кювета выполнена в виде трубчатого световода, имеющего на торцах по два патрубка, два из которых соединены с линией подачи и линией сброса исследуемого вещества, а два других оптически связаны с источником света и монохроматором. Стенки кюветы выполнены двухслойными, внутренний слой которых изготовлен из кварца, а внешний слой - из кварца, легированного бором с меньшим показателем преломления по отношению к внутреннему слою.

8. Открыт и изучен новый класс измерительных приборов под общим названием "электрооптические детекторы параметров тока пучка заряженных частиц". Разработаны, внедрены и исследованы детекторы параметров электронных пучков на эффектах Франца-Келдыша, Поккельса и Фарадея. Новые приборы обладают рекордной чувствительностью и помехозащищенностью при измерении параметров пучка заряженных частиц (формы, амплитуды и положения импульсов тока пучка) и не имеют отечественных и зарубежных аналогов. Полученные результаты являются уникальными и превосходят все известные методы измерений по совокупности следующих параметров: чувствительность, временное разрешение и помехозащищенность. Использование полученных результатов позволяет проводить ранее не доступные фундаментальные и прикладные экспериментальные исследования в области радиационной химии, физики и биологии. Показано, что электрооптические детекторы позволяют получать объективные данные о параметрах радиационного процесса и работе всех узлов установки при полном исключении электромагнитных наводок, шумов в измерительной аппаратуре и искажений сигналов в радиочастотных кабелях. В этом случае исследователи могут "забыть" о таких неприятностях, как электронная "несовместимость" сигналов при одновременной работе различных радиоприборов. Электрооптические детекторы естественным образом стыкуются с волоконно-оптическими линиями передачи. Возможна прямая передача информации от детектора на работающем ускорителе в офис экспериментатора в любой стране мира. Электрооптические детекторы

- ключ к полной компьютеризации ускорителя и экспериментальных устройств используемых для радиационно-химических исследований.

9. Созданные пикосекундные системы формирования использовались для проведения комплексных прикладных исследований: У-28 - для разработки оптических методов измерений; "Левкой" - для испытания субгармонических систем формирования пикосекундных пучков; С-31 - для изучения возможностей транспортировки короткоимпульсных-пакетных пучков в разреженных газах; "Мальва" - для исследования узлов установок для времяпролетной нейтронной спектроскопии; "Мальва-2" - для калибровки полупроводниковых и других специальных сверхбыстродействующих детекторов ионизирующих излучений; У-003М - для испытания электрооптических и сцинтилляционных детекторов. Результаты работы использованы при создании узлов ускорителя ЛУ-50 для исследований в области экспериментальной физики. На впервые разработанных установках проведены уникальные прикладные исследования по определению параметров пучковой плазмы в каналах транспортировки, изучению радиационной стойкости световодов и хром-иттербий-эрбиевых фосфатных стекол, радиационных эффектов в теллуровой кислоте, изучена взаимосвязь между аффинностью и молекулярной массой в плазматической мембране и многие другие важные научные и прикладные задачи. Всего на этих шести ускорителях к настоящему времени суммарно наработано в пикосекундном режиме более 15500 часов пучкового времени. Системы формирования показали надежность в работе и заинтересованность в них экспериментаторов.

Таким образом, решена научно-техническая проблема, имеющая важнейшее фундаментальное значение для развития ускорительной техники, радиационной химии и физики пучков заряженных частиц: разработаны, внедрены на ускорителях и использованы в прикладных исследованиях системы формирования и диагностики пикосекундных электронных пучков.

Автор выражает благодарность за полезные консультации, ценные советы и помощь в проведении экспериментальных исследований при выполнении работы на разных этапах: Б.Ю. Богдановичу, В.Ф. Викулову,

Н.Г. Соловьеву, В.М. Лубкову (МИФИ), [P.M. Воронкову), Г.И. Бацких, А.В. Мищенко, Н.А. Архангелову, В.А. Даниличеву (МРТИ РАН);

А.К. Пикаеву|, В.В. Доброхотову, В.П. Климашину, В.А. Павлову (ИФХЭ РАН); З.А. Альбикову, В.А. Москвичеву (НИИИТ); Н.В. Завьялову (ВНИИЭФ); А.Н. Мешкову, В.И. Шишко (НГТУ); В.Д. Селезневу, Б.В. Бехтеву, В.В. Еляну, О.Н. Непомнящему.

1. Ueda Т., Kobayashi Н., Kobayashi Т. et al. Design and Construction of 18 MeV Electron Linac. Res. Rept. Lab. Nucl. Sci. Tohoku Univ., 1985, vol. 18, No. 2, p. 126-129.

2. Пикаев A.K. Радиационная химия и технология на рубеже веков. Современное состояние и перспективы развития. Химия высоких энергий, 2001, т. 35, №6, с. 403-426.

3. Tronc D., Salome J.M., Bockhoff К.Н. A New Pulse Compression System for Intense Relativistic Electron Beams. Nucl. Instrum. and Meth. Phys. Res. 1985, vol. 228, No. 2-3, p. 217-227.

4. Завьялов Н.В., Иванин И.А., Иньков В.И. и др. Получение электронного пикосекундного импульса на сильноточном линейном ускорителе. Приборы и техника эксперимента, 1990, № 3, с. 56-58.

5. Павлов Ю.С., Доброхотов В.В., Непомнящий О.Н., Пикаев А.К., Павлов В.А., Архангелов Н.А., Завьялов Н.В., Хохлов Ю.А., Варава В.П.,

6. Коваленко В.П., Пергаменщик В.М., Старков В.М. Эволюция заряженного сгустка, инжектируемого в плазму. Тез. докл. Всес. семинара "Плазменная электроника". Харьков, ХФТИ, 1983, с. 49-51.

7. Порхаев В.В., Завьялов Н.В., Пупин В.Т. и др. Условия формирования режима сверхизлучения в сгустке релятивистских электронов. Саров, Препринт РФЯЦ ВНИИЭФ, 2003, 12 с.

8. James М.В., Clendenin J.E., Ecklund S.D. et al. Update on the High Current Injector for the Stanford Linear Collider. IEEE Trans, on Nucl. Sci., 1983, vol. NS-30, No. 4, p. 2992-2994.

9. Смит Т. Получение пучков большой интенсивности с малым эмиттансом при помощи электронных ускорителей. Атомная техника зарубежом, 1987, № 11, с. 34-39.12

10. Гришанов Б.И., Кузнецов Г.И., Ульянов Ю.Н. и др. Система инжекции линейного ускорителя позитронного источника ВЭПП-4. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 1(18). М, ЦНИИАтоминформ, 1984, с. 10-12.

11. Bolotin V.P., Kayran D.A., Knyazev В.А. et al. Status of the Novosibirsk high power free electron laser. Proceedings of RuPac XIX, Dubna 2004, c. 33-34.

12. Antokhin E. A. et al. First experimental results at the high power free electron laser at Siberian center for photochemistry research. Preprint Budker INP, 2003, N 53, Novosibirck, 2003, p. 11.

13. Кобец B.B., Мешков КН., Селезнев И.А. и др. Инжектор линейного ускорителя для накачки лазеров на свободных электронах (проект ДЕЛСИ). Атомная энергия, 2003, 94, вып. 1, с. 42-45.

14. Юрков М.В. Создание лазеров на свободных электронах рентгеновского диапазона на тестовом ускорителе TESLA. Атомная энергия, 2003, т. 94, вып. 2, с. 148-152.

15. Adamski J.L., Gallagher W.J., Kennedy R.C. et al. The Boeing Double Subharmonic Electron Ingector Performance Measurements. IEEE Trans, on Nucl. Sci., 1985, vol. NS-32, No. 5, p. 2994-2996.

16. Stein W.E., Warren R.W., Winston J.G. et al. The Accelerator for the Los Alamos Free-Electron Laser-IV. IEEE Journal of Quantum Electrounics, 1985, vol. QE-21, N 7, p. 889-894.

17. Будник А.П., Свиркунов П.Н. К теории туннелирования пучков заряженных частиц в атмосфере. Труды ин-та экспериментальной метеорологии, 1983, вып. 30 (104), с. 25-32.

18. Кумар К., Пейтел Н., Блумберген Н. Стратегическая оборона и оружие направленной энергии. В мире науки, 1987, № 11, с. 4-11.91

19. Адуев Б.П., Вайсбурд Д.И., Кондратов А.А., Пальяиов П.А. Синхронизированные лазерные пикосекундные и электронные субнаносекундные плотные пучки для возбуждения прозрачных диэлектриков. Приборы и техника эксперимента, 1991, № 3, с. 155-158.

20. Watanabe Т., Sugahara J., Yoshimatsu Т. et al. Diagnostics subpicosecond electronic beams with the help polychromator, interferometer and femtosecond the strip chamber. Nucl. Instrum. and Meth. Phys. Res. A. 2002, vol. 480, N2-3, p. 315-327.23 • •

21. Sertore D., Schreiber S., Floettmann K. et al. First operation of cesium telluride photocathodes in the TTF injector RF gun. Nucl. Instrum. and Meth. Phys. Res. A. 2000, vol. 445, p. 422-426.

22. Mavrogenes G., Gallagher W, Kohe Т., Ficht D. High Charge Picosecond Pulses with a Double Gap Subharmonic Buncher. IEEE Trans, on Nucl. Sci., 1983, vol. NS-30, No. 4, p. 2989-2991.

23. Norris N.J., Detch J.L., Kocimski S.M. et al. EG&G electron linac modifications. 1986 Linear Accelerator Conf. Proceedings, SLAC-Report-303, p. 546-548.

24. Майоров Ю.К., Светлов B.M. Устройство для формирования одиночных сгустков ускоренных заряженных частиц. Авт. свид. СССР № 950172, 1980.

25. Черноусое Ю.Д., Шеболаев КВ., Анисимов О.А. О формировании импульсов тока пикосекундной длительности. Письма в журнал технической физики, 1983, т. 9, вып. 10, с. 630-633.

26. Pinel J. Shortening Device for Relativistic Electron Pulses Downstream of an Accelerator. USA Patent N 3,379,984.

27. Рябцов А.В. Способ формирования сгустков электронов. Авт. свид. СССР №484815, 1965.1. Л А

28. Гришаев И.А., Довбня А.Н., Петренко В.В. Способ получения сгустков заряженных частиц в линейных ускорителях. Авт. свид. СССР № 322138, 1972.

29. Богданович Б.Ю., Игнатьев А.П. Ускорение одиночных сгустков в ЛУЭ с компрессией энергии ВЧ-поля. Разработка линейных ускорителей и их применение в радиационном эксперименте. М., Энергоатомиздат, 1986, с. 33-36.

30. Аэюиппо В.А., Айзацкий Н.И., Гончар В.П. и др. Экспериментальные исследования сильноточного инжектора ускорителя ЛУЭ-300. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 1(27). М., ЦНИИАтоминформ, 1986, с. 9-11.33

31. Aotcunno В. А., Айзацкий Н.И., Иванов Г.М., Махненко JI.A. Автомодуляционные процессы в группирующей секции линейного ускорителя электронов с кольцом обратной связи. Журнал технической физики, 1988, т. 58, вып. 5, с. 895-901.

32. Kawanishi V., Hagashi К., Okada Т. et al. Development of high current injector for the Osaka University picosecond single bunch electron linear accelerator. Mem. Inst. And Ind. Res. Osaka Univ., 1986, 43, p. 3-12.

33. Павлов Ю.С. Линейный ускоритель электронов для импульсного радиолиза в пикосекундном диапазоне. Тез. докл. Всес. симпоз. по радиационной химии. Тбилиси, "Мецниереба", 1978, с.271.

34. Sheppard J.C., Clendenin J.E., James М.В. et al. Real Time Bunch Length Measurements in the SLC Linac. IEEE Trans. Nucl. Sci., 1985, Vol. NS-32, No 5, p. 2006-2008.

35. Репенко E.B., Стуков О.И. О возможности использования волоконных световодов как радиатора черенковского излучения. Приборы и техника эксперимента, 1980. № 3. с.72-73.

36. Жемеров А.В., Степанов Б.М. Физика импульсного радиационного возбуждения свечения воздуха. М., Энергоатомиздат, 1984, с.25-30.

37. Вайсбург Д.И., Месяц Г.А. Сильноточные импульсные электронные ускорители. Физика мощных радиационных воздействий. Вестник Академии наук СССР, 1983, № 1, с. 62-70.

38. Веретенников А.И., Горбачев В.М., Предеин Б.А. Методы исследования импульсных излучений. М., Энергоатомиздат, 1985.

39. Кумахов М.А. Излучение каналированных частиц в кристаллах. М., Энергоатомиздат, 1986, 160 с.

40. Meshkov O.I., Gurko V.F., Zhuravlev A.N. et al. Optical diagnostic of the VEPP-4M Collider. Proceedings of RuPac XIX, Dubna 2004, c. 103-105.

41. Богданов В.В., Коногонов СЛ., Новиков М.Ю., Решетникова КЛ. Вывододнократных пикосекундных электронных сгустков из синхротрона "Тролль". Труды 8 Всес. совещания по ускорителям заряженных частиц, т. 2. Дубна, ОИЯИ, 1983, с. 329-331.

42. Никитин М.М., Медведев А.Ф., Моисеев М.Б. и др. Экспериментальное исследование ондуляторного излучения релятивистских электронов. Журнал технической физики, 1981, т.51, вып. 3, с. 584-600.

43. Дубровский В.А., Зюрюхина О.В. Устройство для измерения концентрации электронов в пучках. Авт. свид. СССР № 665558,1977.

44. Бехтев Б.В., Бойко В.А., Воронков P.M., Доброхотов В.В., Павлов В.А., Павлов Ю.С. Экспериментальный линейный СВЧ ускоритель электронов стенда С-31. Отчет № В-218/102. М., МРТИ, 1982, 14 с.

45. Павлов Ю.С. Пикосекундный линейный ускоритель электронов "Мальва-2". Информационный листок № 90-0847. М., ВИМИ, 1990.

46. Павлов Ю.С. Синхронизация мощных сверхвысокочастотных генераторов на кратных частотах в импульсном режиме. Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ, 1978, вып.7, с. 111-114.

47. Павлов Ю.С., Шараментов С.И. Транзисторный делитель частоты сверхвысокочастотных импульсов. Приборы и техника эксперимента, 1977, № 1, с.134-136.

48. Глазунов П.Я., Павлов Ю.С., Пикаев А.К. Радиационный центр института физической химии АН СССР. 2 Всес. конф. по теоретической и прикладной радиационной химии. М., НИИ ТЭХИМ, 1990, с. 64-65.

49. А.К. Pikaev, P.Ya. Glazunov, Yu.S. Pavlov. Radiation centre of institute of physical chemistry in Moscow. Radiat. Phys. Chem., 1993, Vol. 42, Nos 4-6, p. 887-890.

50. Доброхотов В.В., Павлов Ю.С. Оптическая метрика параметров пикосекундного электронного пучка. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Ядерно-физические исследования, вып. 5 (5). М., ЦНИИАтоминформ, 1989, с. 60-63.

51. Павлов Ю.С., Соловьев Н.Г. Оптические методы измерения параметров пучков заряженных частиц.- Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 1(7). Харьков, ХФТИ, 1981, с. 28.en

52. Бойко В.А., Воронков P.M., Павлов Ю.С. Формирование пикосекундных импульсов тока пучка электронов на волноводных ускорителях. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 3 (15). Харьков, ХФТИ, 1983, с. 57-59.го

53. Бехтев Б.В., Бойко В.А., Воронков P.M., Доброхотов В.В., Павлов В.А., Павлов Ю.С., Смекалин В.Г. Разработка и исследование узлов и систем ускорителя "Мальва-2". Отчет № В-221/102. М., МРТИ, 1982, 25 с.

54. Павлов Ю.С. Устройство для формирования сильноточных пикосекундных пучков заряженных частиц. Авт. свид. СССР № 793348, 1985.

55. Павлов Ю.С. (отв. исп.). Система формирования пикосекундных импульсов тока пучка на ЛУЭ модели У-28 МИФИ. Сборник рефератов НИР, серия физ.-мат. науки, № 14. М., ВНТИЦ, 1981, с. 23. Отчет МИФИ № Б 933738, 98 с.

56. Павлов Ю.С. Пикосекундный линейный ускоритель электронов. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 1(1). Харьков, ХФТИ, 1978. с.9-12.

57. Павлов Ю.С. Устройство для группировки электронов на частоте субкратной к ускоряющей частоте ЛУЭ. Ускорители, вып. 17. М., Атомиздат, 1979, с.32-37.

58. Павлов Ю.С., Соловьев Н.Г. Экспериментальное исследование работы в ЛУЭ в режиме пикосекундных импульсов. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 1(5). Харьков, ХФТИ, 1981, с. 18.

59. Бехтев Б.В., Бойко В.А., Воронков P.M., Ломизе Л.Г., Павлов Ю.С. Линейный СВЧ ускоритель электронов с большой запасенной энергией. Отчет № В-235/102. М., МРТИ, 1983, 34 с.

60. Бехтев Б.В., Бойко В.А., Воронков P.M., Доброхотов В.В., Павлов В.А., Павлов Ю.С. Альтернативный вариант ускорителя стенда С-31. Отчет № В-307/102. М., МРТИ, 1984, 19 с.71

61. Доброхотов В.В., Павлов Ю.С. Исследование параметров пучка пикосекундного ускорителя "Мальва-2". Тез. Докл. 6 Всес. совещания по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве. М., ЦНИИАтоминформ, 1988, с. 278.

62. Молоковский С.И., Сушков АД. Интенсивные электронные и ионные пучки. Ленинград, Энергия, 1972, с. 133-136, 162-166.

63. Тараненко В.П. Электронные пушки. Киев, Техника, 1964, с. 82. 77 Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов, М "Советское радио", 1974, с. 151-170.по

64. Купер Э.А., Овчар В.К, Тарарышкин С.В., Шеингезихт А.А. Наносекундный модулятор электронной пушки. XVII Совещание по ускорителям заряженных частиц. Протвино, 2000, Т.1, с. 357-358.70

65. Birx D., Cook Е., Hawkins S. et al. The Application of Magnetic Switches as Pulse Sources for Induction Linacs. IEEE Trans. Nucl. Sci., 1983, Vol. NS-30, № 4, p. 2763-2768.

66. Мешков A.H., Павлов Ю.С, Шишко В.И. и др. Наносекундный импульсный модулятор с частотой до 250 кГц в пакетном режиме.

67. Приборы и техника эксперимента, 1989, № 5, с. 158-160.81

68. Меерович JI.A., Ватин И. М., Зайцев Э.Ф., Кандыкин В.М. Магнитные генераторы импульсов. М., Сов. радио, 1968, с. 475.

69. Липатов Н.Ф., Мешков А.Н. Вопросы радиоэлектроники. Сер. Радиоизмерительная техника. 1970. Вып. 5, с. 67.

70. Гарбер И.С. Магнитные импульсные модуляторы. М., Советское радио, 1964, с. 64.

71. Капишников Н.К Генератор пачек высоковольтных наносекундных импульсов. Приборы и техника эксперимента, 1986, № 4, с. 94-96.

72. Тучкевич В.М., Грехов КВ. Новые принципы коммутации больших мощностей полупроводниковыми приборами. Вестник Академии наук СССР, 1987, №4, с. 18-27.

73. Воронков P.M., Гасс В.Ф., Даниличев В.А., Смирнов И.А. Испытание инжектора-группирователя с автоэмиссионным катодом на ускорителе. Приборы и техника эксперимента, 1972, № 4, с. 18-20.

74. Шеболаев КВ., Черноусое Ю.Д., Попов В.И. Наносекундный инжектор электронов. Приборы и техника эксперимента, 1986, № 2 с. 29-31.

75. Westenskow G. A., Madey J.M.J. Microwave electron gun. Laser and Particle Beams, 1984, vol. 2, part 2, p. 223-225.

76. Баранов А.П., Павлов Ю.С. Исследование эмиссионного катода в СВЧ поле. Докл. 11 Всес. семинара по линейным ускорителям заряженных частиц. ЦНИИАтоминформ, 1989, с. 29.

77. Бехтев Б.В., Бойко В.А., Воронков P.M., Павлов Ю.С. Способ управления током автоэлектронного катода в СВЧ поле. Авт. свид. СССР № 1140186, 1985.

78. Бондаренко Б. В. и др. Автоэлектронные катоды и приборы на их основе. Обзоры по электронной технике. Сер. 4 "Электровакуумные и газоразрядные приборы", вып. 4, (814). М., ЦНИИЭлектротехника, 1981, с. 46-49.

79. Богомолов А. С., Закутов Е.М. Трехэлектродная пушка электронов с заземленным анодом и сверхвысокочастотной модуляцией пучка по сетке. ПТЭ, 1978, №3, с. 23-24.1. Q1

80. Ибрагимов А. О механизме холодной эмиссии оксидного катода. XIX Всесоюз. конф. по эмиссионной электронике. Тез. докл. Секция III. Ташкент, 1984, с. 72.

81. Шарбонье и др. Исследование природы и прикладных свойств холодной эмиссии на СВЧ. Труды института инж. по электронике и радиоэлектронике, 1963, № 7, с. 969-1004.

82. Lee C.H., Oettinger P.E., Pugh E.R. et al Electron Emission of Over 200 а/см2 from a Pulsed-Laser Irradiated Photocathode. IEEE Trans. Nucl. Sci., 1985, Vol. NS-32, No 5, p. 3045-3047.

83. Елисеев P.E., Менъков Д.А. Вопросы применения фотоэлектронной системы в импульсном электронном инжекторе. Теория, расчет и экспериментальные работы по ускорителям заряженных частиц. М., Энергоиздат, 1982, с. 29-34.

84. Bialowns W., Bremer H.D., Decker F.J. et al. Wake Field Acceleration. Procedings 1986 Linear Accelerator Conference Proceedings. Stanford, California, 1986, SLAC-Report-303, p. 398-404.1. Qfi

85. Saxon G. A compact and Economical Ingector for Free Electron Lasers. Preprint Daresbury Laboratory DL/SCI/P534A, Nov. 1986, 19 p.

86. Загаръянц M.H., Переведенцева А.Г., Сизова З.И. Временная зависимость чувствительности просветного фотокатода из GaAs при световых нагрузках. Тез. докл. XX Всес. конф. по эмиссионной электронике. Киев, 1987, т. 2, с. 52.

87. Зверев Г.М. Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом. М., Радио и связь, 1985.

88. Камилов В.Ф., Разживин А.П., Толеутаев Б.Н. и др. Лазерный субнаносекундный флуоресцентный спектрометр со счетом одиночных фотонов. Квантовая электроника, 1987, т. 14, № 6, с. 1303-1308.

89. Арутюнян И.Г., Ишханян С.П., Папазян Т.А. Синхронизация лазера на1 I

90. АИГ: Nd с модуляцией добротности с одиночным пикосекундным импульсом. Приборы и техника эксперимента, 1987, № 4, с. 179-180.

91. Глазков А.А., Павлов Ю.С., Суслов КМ. Наносекундная отклоняющая система для линейного ускорителя электронов. Ускорители, вып. 17. М., Атомиздат, 1979, с. 11-17.

92. Павлов Ю.С., Соловьев Н.Г. Формирование и измерение пикосекундных пучков заряженных частиц. Труды 8 Всес. совещания по ускорителям заряженных частиц, т. 2. Дубна, ОИЯИ, 1983, с. 63-67.

93. Вишняков В.А., Муфель В.Б., Пилюгина Г.И., Рудычев В.Г. О выборе параметров субгармонического группирователя для ускорителя ЛУЭ-2000. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 2(28). М., ЦНИИАтоминформ, 1986, с. 7-9.

94. Кацман Ю.А. Приборы СВЧ. М., Высшая школа, 1983, с. 98-196.

95. Клистроны. Под ред. Науменко Е.Д. М., Советское радио 1952, с. 81-83.1 ПС

96. Милованов О.С., Собенин Н.П. Техника сверхвысоких частот. М., Атомиздат, 1980, с. 413-418.

97. Орлов С.И. Расчет и конструирование коаксиальных резонаторов. М., "Советское радио", 1970, с. 23-26,45-47.

98. Мурин Б.П. Фазовые возмущения в усилителе ВЧ-тракта линейного ускорителя протонов, НТ2160-23. М„ РАИ АН СССР, 1960.

99. Мурин Б.П. Стабилизация и регулирование высокочастотных полей в линейных ускорителях ионов. М., "Атомиздат", 1971, с. 82-98.

100. Tsumori К., Takeda S., Yamamoto Т. et al. Improvement of the Beam Current Stability Using an Automatic Phase Controller for a RF System. Res. Report Lab. Nucl. Sci. Tohoku University, Jap., 1985, vol. 18, No. 2, p. 153-156.113

101. Зыков A.M., Князев Б.Р., Чернышов В.В. К вопросу выбора оптимальной длины ускоряющего СВЧ-резонатора. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 1(18). М., ЦНИИАтоминформ, 1984, с. 21-23.

102. Павлов Ю.С., Селезнев В.Д. Ускоряющая секция односекционного линейного ускорителя на бегущей волне. Авт. свид. СССР № 534162, 1978.

103. Миллиметровые и субмиллиметровые волны. Под ред. Р.Г. Мириманова. М., Иностранная литература, 1959, с. 301-314, 347.

104. Милованов О.С., Собенин ЕЛ. Техника сверхвысоких частот. М., Атомиздат, 1980, с. 244-248,413-418.

105. Карасик В.Р. Физика и техника сильных магнитных полей. М„ "Наука", 1964.

106. Козодаев М.С., Тяпкин А.А. Определение траекторий заряженных частиц в магнитном поле с помощью натянутого гибкого проводника с током. Приборы и техника эксперимента, 1956, № 1, с.21-24.

107. Демъянченко А.Г. Синхронизация генераторов гармонических колебаний М, "Энергия", 1976, с. 3-4, 120-131, 146-149.1 ЛЛ

108. Короновский А.А., Трубецков Д.И., Храмов А.Е. О сверхбыстройсинхронизации автоколебаний в распределенной активной средевинтовой электронный пучок встречная электромагнитная волна".

109. Доклады академии наук, 2003, т. 389, № 6, с. 749-752.

110. Павлов Ю.С., Соловьев Н.Г., Томников А.П. Схема синхронизации дляформирования пикосекундных импульсов ускоренных электронов.

111. Приборы и техника эксперимента, 1985, № 6, с. 93-96. 1

112. Пилъдон В.И. Полупроводниковые умножительные диоды. М., Радио и связь, 1981.

113. Андреев B.C. Теория нелинейных электрических цепей. М., Связь 1972.

114. Малорадский JI.A., Явич JI.P. Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях. М., Советское радио, 1972, с. 15-17.

115. Гончаров В.В. Делители частоты. М., Воениздат, 1964, с. 20-25.

116. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М., Советское радио, 1971, с. 510-516.

117. Дворников БД., Комаров В.М., Юдин Л.И. Приборы и техника эксперимента, 1972, № 5, с. 78.

118. Климов А.И., Мелешко Е.А., Морозов А.Г. М., Препринт ИАЭ-2375, 1974.

119. Григорянц В.М., Лозовой В.В., Черноусое ЮД. и др. Установка импульсного радиолиза с пикосекундным временным разрешением с временной привязкой к черенковскому свету. Доклады Академии наук СССР, 1988, т. 299, № 6, с. 1366-1370.1.7Л

120. Анохин М.В., Бондаренко Е.А. Детектор релятивистских заряженных частиц. Авт. свид. СССР № 772385, 1978.

121. Лидоренко Н.С., Комаров Ю.А., Крылов В.М. Устройство для измерения и наблюдения поля ионизирующего излучения. Авт. свид. СССР №695324,1978.

122. Бобров А.А., Гринкевич А.В., Касауров Б. С., Медведев А.В. Применение ПЗС-фотоприемников в системах промышленного телевидения. Электронная промышленность, 1988, вып. 3 (171), с. 35-37.

123. Воропай Е.С., Дмитриев С.М., Ермалицкий Ф.А. Интенсивная субнаносекундная газоразрядная лампа для флуорометрии. Приборы и техника эксперимента, 1985, № 3, с. 231.

124. Ипатовский В.А. Парадокс зеркального тупика. Наука в СССР, 1988, № 5, с. 73-77.

125. Уральский JI.H., Заморянский А.Н. Многоходовая оптическая кювета. Авт. свид. СССР № 842504, 1981.

126. Павлов Ю.С. Устройство для исследования веществ методом импульсного радиолиза. Авт. свид. СССР № 1191784, 1985.

127. Всес. науч.-техн. конф. "Современное состояние и перспективы развития высокоскоростной фотографии, кинематографии и метрологии быстропротекающих процессов". М., ВНИИОФИ, 1972, с. 55-56.

128. Патент США N 3.547.542.1970.

129. Климашин В.П., Павлов Ю.С. Кинетический спектрофотометр. Патент РФ № 2100785, 1997.

130. Бышевская-Конопко Л.О., Изынеев А.А., Павлов Ю.С., Садовский ИИ. О роли церия в хром-иттербий-эрбиевом фосфатном стекле. Квантовая электроника, 2000, т. 30, № 9, с. 767-770.

131. Павлов Ю. С. Создание радиационного центра для проведения научных и технологических работ по радиационной химии, физике и биологии. Отчет ИФХЭ РАН: Госрег. № 01.2.00303997; Инв. № 0220.0602455. М., ВНТИЦ, 2005, 63 с.

132. Первильев Ю.Д., Афанасов М.И, Павлов Ю.С., Куликов JI.A. Радиационные эффекты в теллуровой кислоте. Химия высоких энергий, 1997, т. 31, №3, с. 192-196.

133. Клычников О.И., Драбкин А.В., Василенко О.В., Павлов Ю.С. и др. Организация рецептора фузикокцина в плазматической мембране высших растений: взаимосвязь между аффинностью и молекулярной массой. Биохимия, 1998, том 63, вып. 9, с. 1269-1278.

134. Комаров В.Б., Александров ИВ., Гаврилов Ю.В., Ершов Б.Г., Тюрин КВ., Войтковский Ю.Б., Карташов И.И., Павлов Ю.С. Способ получения модифицированного целлюлозного материала. Патент РФ №2026304,1995.

135. Павлов Ю.С., Доброхотов В.В., Климашин В.П. и др. Оптическая диагностика электронных пучков. Тез. докл. IV Баховская конференция по радиационной химии. М., ИФХЭ РАН, 2005, с. 91.

136. Lumpkin А.Н., Feldman R.B., Feldman D.W., Stein W.E. On-line electronbeam measurements for the Los Alamos Free-Electron Laser. Proceedings,1987, IEEE Particle Accelerator Conference, Washington, DC, 1987,1.-UR-87-925. 1

137. Доброхотов В.В, Павлов Ю.С. Оптическая метрика параметров пикосекундного электронного пучка. Докл. 11-го Всес. семинара по линейным ускорителям заряженных частиц. ЦНИИАтоминформ,1989, с. 59-60.1 ^

138. Чепелев В.В., Крицкий А.В. Флуоресцентный преобразователь рентгеновского и гамма излучения в видимое. Авт. свид. СССР № 708805, 1978.

139. Алиханян А.И. Переходное излучение релятивистских частиц. М., труды ФИАН, т. 140, Наука, 1982, с. 92-95.

140. Fend В., Oyamada М., Hinode F. et al. Electron bunch shape measurement using coherent diffraction radiation. Nucl. Instrum. and Meth. Phys. Res. A. 2001, vol. 475, No. 1-3, p. 492-497.

141. Бабыкин M.B., Байгарин K.A., Бартов А.В. и др. Использование вакуумного ультрафиолетового излучения для исследования нагрева фольг сфокусированным электронным пучком. Физика плазмы, 1982, т. 8, вып. 2, с. 415-421.

142. Бессонов Е.Г. О странном и квазиондуляторном излучении. Журнал технической физики, 1983, т. 53, вып. 7, с. 1368-1371.

143. Wilke /., MacLeod A.M., Gillespie W.A. et al. Real-time single-shot electron bunch length measurements. Nucl. Instrum. and Meth. Phys. Res. A. 2002, vol. 483, No. 1-2, p. 282-285.

144. Журавлев B.A., Музалевский B.E., Петров Г.Д. Поляризационные и спектральные характеристики излучения, рассеянного сильноточным электронным пучком. Физика плазмы, 1981, т.7, вып. 3, с.540-546.

145. Викулов В.Ф., Гармаш А.Г., Соловьев Н.Г. Высокочастотные структурыдля возбуждения электрооптического преобразователя параметров пучкапикосекундного линейного ускорителя электронов. Журнал технической физики, 1986, т. 56, вып. 1, с. 77-82.

146. Пищулин И.В., Соловьев Н.Г. Измерение энергетических параметров ускоренного пучка электрооптическим методом. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Ядерно-физические исследования, вып. 6(6). М., ЦНИИАтоминформ, 1989, с. 91-93.

147. Павлов Ю.С. Способ оптической регистрации параметров пучка заряженных частиц. Авт. свид. СССР № 1119467,1985.

148. Белов А.В., Гурьянов А.Н., Гусовский Д.Д. и др. Одномодовые волоконные световоды с потерями менее 1 дБ/ км. Квантовая электроника, 1987, т. 14, №6, с. 1309-1310.

149. Павлов Ю.С. Датчик для регистрации корпускулярного излучения. Авт. свид. СССР № 1074258, 1985.

150. Павлов Ю.С. Устройство для измерения длительности и заряда сгустков заряженных частиц. Авт. свид. СССР № 753339, 1981.

151. Аверин В.И., Дмитриев В.А. Ефимов С.П. и др. Электроннооптический фотохронограф "Агат-СФЗ". Приборы и техника эксперимента, 1986, №4, с. 223.

152. Репринцев JI.B., Сюмак В.Н., Щербаков А.А. Использование конической линии для диагностики пучка заряженных частиц субнаносекундной длительности. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 2(6). Харьков, ХФТИ, 1980.171

153. Павлов Ю.С., Соловьев Н.Г. Оптические датчики для измерения параметров пучков заряженных частиц. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 1(10). Харьков, ХФТИ, 1982, с. 15-17.

154. Павлов Ю.С., Соловьев Н.Г. Устройство для измерения параметров пучков заряженных частиц. Авт. свид. СССР № 859978, 1984.1 *71

155. Доля С.Н., Красных А.К., Тихомиров В.В. Группирование трубчатого пучка коаксиальным резонатором. Препринт Р9-81-71. Дубна, 1981, 5 с.

156. Павлов Ю.С., Селезнев В.Д. Устройство для измерения длительности импульсов заряженных частиц. Авт. свид. СССР № 683557, 1980.