Изобретение относитс к области технической физики и может быть использовано при исследовании плазмы, дерной физике, в частности при решении проблемы уп11 вл емого термо дерного синтеза, при разработке кол . лективных методов ускорени ионов, генерации волн СВЧ и т.д. Известен метод определени параметров плазмы или электронного пучка путем исследовани спектрального состава рассе нного электромагнитного излучени от зондирующего иЬточника (метод томсоновского рассе ни ) , позвол ющий получить количественные результаты 1. В методе используетс пр Ла зависимость доплеровского уширени спектра рассе ни от температуры исследуемого объекта. Однако метод прИ меним только дл иизкотемпературной плазмы и нерел тивистских пучков или дл максвелловской изотропной ( EI том числе рел тивистской) плазмы, так как в противном случае величина уширени не может быть определена од нозначно. Способ не применим дл определени параметров плазмы, движущейс с рел тивистской скоростью и рел тивистских электронных пучков. Известен способ измерени парамет ров электронного пучка или плазмы по пол ризационным характеристикагЯ неколлективно рассе ного излучени , включающий зондирование объекта исследовани монохроматическим плоскопол ризованным электромагнитным излучением споследук цей математической обработкой известных зависимостей относительно измер емых параметров . 2 . . Недостатком известного способа в л етс то, что он применим только дл изотопной плазмы, Другим недостатком вл етс ого информативна ограниченность: за исключением одного параметра - темпе ратуры, данным способом невозможно определение в объекте никаких других параметров. Целью изобретени вл етс , определение параметров распределени электронов по направлени м и модул м скоростей в сильноточном рел тивистс ком электронном пучке (РЭП) или в движущейс с рел тивистской скоростью плазме.. Поставленна цель достигаетс тем что в способе измерени параметров электронного пучка или плазмы по пол ризационным характеристикам неколлективно рассе нного излучени , вклю чающем зондирование объекта исследоаани монохроматическим плоскопол рйзованным электромагнитным излучени ем с последухжцей математической обра боткой известных зависимостей относительно измер емых параметров, выби рают в спектре рассе ни частотные интервалы, число которых не меньше числа определ емых параметров; в каждом из выбранных интервалов измер ют угол между направлением максимальной пол ризации рассе нного излучени и плоскостью, содержащей электрический вектор падающей и волновой вектор рассе ной волны. / Суть способа заключаетс в следующем . Зондируют изучаемый объект мо ( нохроматическим (и плоскопол рйзованным излучением; определ ют направление электрического вектора 1 зондирующего излучени выбирают угол дл регистрации рассе нного излучени в ; получают развертку спектра рассе нного излучени ( ), выдел ют спектральные интервалы аш, в диапазонеГш . J в каждом выделенном интервале измер ют угол между направлением максимальной пол ризации и плоскостью f ; полученные значени /v подставл ют в систему уравнений iilZl С , 3|oj и решают относительно искомых парамеэ ров . j ; i 1, 2, 3, 4 - расчетные значени йнтенсивнрстей рассе нного под углом 0 излучени в j спектральном интервале , определ емые из (2) JL(uj.| лю.) 1 cJculdV lf ( 2, (-гН -(x;.x,;.X.;V;x(o-±X).bv. где Зд(п,У|- интенсивность зондирующего излучени , объем рассе ни , п безонцентраци электронов,ыг - . размерна частота рассе нного излучени , б () - завис щее от скорости сечение рассе ни на одиночном электроне , f (Х.Х,.- Х, :V ) - функци распределени электронов по скорост м, Х, Xj,... Х - .подлежащие определению параметры функции распределени , аргумент учитывает изменение частоты в каждом акте рассе ни , интегрирование ведетс по всему пространству скоростей, V, V - скорость и модуль скорости электронов, причем Сечение рассе ни 4V) ( l-v2)(l-Vcos9j. (3) (VbrJ ( -i-cosej) 1,2,3,4 где Гд классический радиус электр на. (41 .)(l.).s.(|.|, fcosefj; тильдой сверху (-) отмечены величины , относ щиес к системе отсчета п ко электрона ЧЯ COS бм-il:i: li± fi L (1-VCOS0J(1-VC0502) .(,,. f3/ -5 2yco52y/l cos2ot.J |5 -cos2y fj cos2y ( 7) y -S«n2y f j sin2y f -cos2y |J Sin2r f -Stn2y1 где угол у определ етс выражением V pi cos 0 -f 2co59 cose co 9-V(cOS© +00562) В задачах диагностики РЭП вид фун ции распределени зависит от условий лучени и транспортировани пучка. В каждом конкретном случае задают вид функции распределени и вид фун ции распределени и выбирают в ней т-подлежащих определению параметров св занных с разбросом электронов по модул м, или по модул м и направлени м скоростей. Например, дл РЭП, в котором все электроны имеют одинаковый угол раз лета Р к оси пучка, гауссовское (с температурой Т) распределение по модулю скорости и среднее значение скорости Vjj , функци распределени будет иметь вид г т. / .. V 2 (,T,V,)«.{-(-)j, c(v -Vsin.) , где V - перпендикул рна к оси РЭП составл юща .скорости; mg- масса электрона. Определению подлежат параметры Ф, Т / V. Дл этого подставл ют функ цию распределени в (2), наход т, в ную зависимость интенсивностей J ot параметров t , Т , VQ , подставл ют DJ в. (1) и получают систему уравнений ..v,). где слева сто т измеренные значени углов ftj, а справа - найденные из (1 - 7). Аналогично поступают и дл определени параметров плазмы, движущейс с рел тивистской скоростью. На фиг. 1-3 изображены векторные диаграммы используемых при измерени х полей излучени ; на фиг. 4 изображено устройство, с помснльюкоторого реализуетс данный способ. Устройство содержит лазер 1 дл генерации монохроматического зондирующе .го излучени под углом 0 к оси пучка; пол роид 2 дл пол ризации зондирующего излучени под углом о относительно нормали к плоскости рассе ни (плоскости П) (см. фиг.1); вакуумную камеру 3 с окнами 4, прозрачными дл зондирующего и рассе нного Излучений; генератор РЭП 5; объектив 6, оптическа ось которого составл ет угол е с направлением зондировани (дл выделени пучка рассе н ного под углом 0 излучени }) полупрозрачную пластинку 7 дл отражени части рассе нного излучени в опорный фотоприемник 8; отградуированный электрооптический элемент 9,дл поворота плоскости пол ризации | ассе нн6го излучени ; генератор 10 пилообразного напр жени дл управлени электрооптич ским элементом 9; пол роид M.L спектрограф 12 дл разделени пространстве излучени с различными длинами волн; диафрагмы 13 дл вьщвлени в спектре рассе нного излучени частотные интервалы Дшсветоводы 14 дл передачи рас- се нного излучени в выделенных частотных интервалах jujy на соответствующие фотоприемники 15;. многоканальный запоминающий осциллограф 16 дл записи сигналов с фотоприемНИКОВ 8 и 15. Устройство ра,ботает следующим об- . ра 3 ом. Выставл ют ось пол ризации пол роида 2 под углом oL к нормали плоскости рассе ни ; выставл ют ось пол ризации пол роида 11 под углом ot2 arcig-(cos ) к нормали плоскости рассе ни (см. фиг. 1); с помощью лазера 1 производ т зондирование электронного пучка импульсом монохроматического излучени с частотой и/ синхроимпульс от лазера ч, соответствующий началу зондировани , подают на з.апуск генератора 10 пилообразного напр жени и на запуск временной развертки осциллографа 16; из рассе нного-под угломб излучени при помощи объектива 6 выдел ют пучок, часть излучени пучка, отраженную полупрозрачной пластиной 7, подают в опорный приемник 8, сигнал С которого (соответствующий интенсив ности рассе нного в опорный приемник 8 излучени ) регистрируют с помощью осциллографа 16; друга часть выделенного объективом б излучени проходит полупрозрачную пластинку 7 и попадает на электрооптический элемент 9, который поворачивает .плоскость пол ризации рассе нного излучени на угол, пропорциональный приложенному к нему напр жению, что при водит к модул ции интенсивности проход щего через пол роид 11 излучени затем при помощи спектрографа 12 и диафрагм 13 выдел ют составл ющие этого излучени в частотных интервалах; вьщеленные составл ющие по световодам 14 поступают на соответствуюс11йе фотоприемники 15) сигналы с фотоприемников 15, пропорциональные изменению интенсивности излучений в каждом частотном интервале, за писывают на экране осциллографа 16; стро т график изменени во времени отношени интенсивности Излучени в каждом частотном интервале dtuj к интенсивности опорного сигнала; по графику определ ют момент времени ij от начала развертки, в который это.отношение максимально; определ ют .величину напр жени и- на электрооптическом элементе 9 в момент t где Т - врем нарастани напр жени на генераторе 10 от О должно быть меньие времени импульса зондировани ). Максимальное напр жение , должно обеспечивать поворот плоскости пол ризации излучени не менее, чем на 90); определ ют угол поворота плоскости пол ризации рассе нного излучени в частотном интервале Aui,} в момент времени t; ,., где ftj - искомый угол поворота, К, коэффициент пропорциональности между углом поворота и приложенным к электрооптическому элементу 9 напр жением от генератора 10 (берут из градуировочного графика на электрооптический элемент); подставл ют полученные значени /j; в систему уравнений (1), которую решают с учетом (2 - 7) относительно искомых параметров . Способ обеспечивает возможность одновременного измерени всех определ емых параметров.в широком диапазоне; исключает необходимость спектральной калибровки фотоприемников и св занные с этим погрешности; обеспечивает спектральный метод томсоновского рассе ни (дальнейшим развитием которого вл етс ) максимально возможное временное и пространственное разрешение.The invention relates to the field of technical physics and can be used in the study of plasma, nuclear physics, in particular in solving the problem of thermo-nuclear synthesis, in the development of col. lective methods of ion acceleration, microwave wave generation, etc. A known method for determining the parameters of a plasma or electron beam by studying the spectral composition of scattered electromagnetic radiation from a probe and source (Thomson scattering method) allows obtaining quantitative results 1. The method uses a direct dependence of the Doppler broadening of the scattering spectrum on the temperature of the object under study. However, the method is applicable only for high temperature plasma and nonrelativistic beams or for Maxwellian isotropic (EI including relativistic) plasma, since otherwise the value of the broadening cannot be determined unambiguously. The method is not applicable for determining plasma parameters moving with a relativistic speed and relativistic electron beams. The known method of measuring the parameters of an electron beam or plasma by the polarization characteristic of non-collectively scattered radiation, including probing the object of investigation by monochromatic plane-polarized electromagnetic radiation, followed by mathematical processing of known dependencies with respect to the measured parameters. 2 . The disadvantage of this method is that it is applicable only to isotopic plasma. Another disadvantage is its informative limitation: with the exception of one parameter - temperature, this method cannot determine any other parameters in the object. The aim of the invention is to determine the parameters of the distribution of electrons in the directions and moduli of velocities in a high-current relativistic electron beam (REB) or in a plasma moving with a relativistic velocity. The aim of the method is to measure the parameters of an electron beam or plasma by polarization characteristics of noncollectively scattered radiation, including the sensing of the object under investigation by monochromatic plane-polarized electromagnetic radiation with subsequent mathematics processing the known dependences with respect to the measured parameters, select in the scattering spectrum frequency intervals, the number of which is not less than the number of determined parameters; In each of the selected intervals, the angle between the direction of maximum polarization of the scattered radiation and the plane containing the electric vector of the incident wave and the wave vector of the scattered wave is measured. The essence of the method is as follows. The studied object is probed with monochromatic (and plane-polarized radiation; the direction of the electrical vector 1 of the probing radiation is determined; an angle is chosen to record the scattered radiation; a scan of the spectrum of the scattered radiation is obtained;) the spectral intervals, r, are separated. the selected interval measures the angle between the direction of maximum polarization and the f plane, the obtained values of / v are substituted into the system of equations iilZl С, 3 | oj and are solved with respect to the required parameters. j; i 1, 2 3, 4 are the calculated values of the intensities of the radiation scattered at an angle 0 in the j spectral interval, determined from (2) JL (uj. | Li.) 1 cJculdV lf (2, (- HH - (x; .x,;. X.; V; x (o- ± X) .bv. Where Zr (n, Y | is the intensity of the probing radiation, the scattering volume, n is the concentration-free of electrons, sj is the dimensional frequency of the scattered radiation, b () is dependent from the velocity, the cross section is scattered on a single electron, f (X.X.-X,: V) is the function of the distribution of electrons by velocity, X, Xj, ... X- in every way act scattering, vedets integration across the space velocity, V, V - speed and modulus of the electron velocity, and the scattering cross section 4V) (l-v2) (l-Vcos9j. (3) (VbrJ (-i-cosej) 1,2,3,4 where Gd is the classical radius of the electrons. (41.) (L.). S. (|. |, Fcosefj; tilde on top (-) are marked related to the reference system of n to an electron of a QW COS bm-il: i: li ± fi L (1-VCOS0J (1-VC0502). (,,. f3 / -5 2yco52y / l cos2ot.J | 5 -cos2y fj cos2y (7) y -S "n2y fj sin2y f -cos2y | J Sin2r f -Stn2y1 where the angle y is determined by the expression V pi cos 0 -f 2co59 cose co 9-V (cOS © +00562) of the distribution depends on the conditions of the beam and the beam are transported.In each case, define the type of the distribution function and the type of distribution function and select in it the t-pairs to be determined scattering electrons with moduli or moduli and directions of velocities, for example, for a REB, in which all electrons have the same angle of rotation P to the beam axis, the Gaussian (with temperature T) is the modulus of the velocity and the average the velocity value Vjj, the distribution function will be of the form r t. / .. V 2 (, T, V,) ". {- (-) j, c (v -Vsin.), where V is perpendicular to the REB axis speed; mg is the electron mass. The parameters Φ, T / V are to be determined. To do this, the distribution function in (2) is substituted, the intensity dependencies J ot of the parameters t, T, VQ are found to be in dependence, the DJ are substituted. (1) and get the system of equations ..v,). where on the left are the measured values of the angles ftj, and on the right the values found from (1-7). Similarly, they are used to determine plasma parameters moving at a relativistic speed. FIG. 1-3 depict vector diagrams used in measuring radiation fields; in fig. 4 shows a device with which this method is implemented. The device comprises a laser 1 for generating a monochromatic probing radiation at an angle of 0 to the beam axis; polaroid 2 for polarizing probe radiation at an angle about relative to the normal to the scattering plane (plane P) (see Fig. 1); vacuum chamber 3 with windows 4 transparent for probe and scattered radiation; generator REP 5; a lens 6, whose optical axis is an angle e with a direction of sounding (to separate a beam scattered at an angle of radiation}) a translucent plate 7 to reflect a part of the scattered radiation into the reference photodetector 8; graduated electro-optical element 9, to rotate the plane of polarization | radiation spectrum; sawtooth generator 10 for controlling the electro-optic element 9; Polaroid M.L. spectrograph 12 for the separation of radiation space with different wavelengths; aperture 13 for raising in the spectrum of scattered radiation frequency intervals X-ray conductors 14 for transmitting the scattered radiation in selected frequency intervals jujy to the corresponding photodetectors 15 ;. a multichannel storage oscilloscope 16 for recording signals from photodetectors 8 and 15. The device is working as follows. ra 3 ohm The polarization axis of the polaroid 2 is set at an angle oL to the normal of the scattering plane; expose the polarization axis of polaroid 11 at an angle ot2 arcig- (cos) to the normal of the scattering plane (see Fig. 1); using laser 1, the electron beam is probed with a monochromatic radiation pulse with a frequency and / sync pulse from the laser h, corresponding to the start of sounding, is fed to the starter generator 10 of the sawtooth voltage and to start the time sweep of the oscilloscope 16; From the scattered radiation angle using a lens 6, a beam is separated, part of the beam radiation reflected by the semitransparent plate 7 is fed to the reference receiver 8, the signal C of which (corresponding to the intensity of the radiation scattered to the reference receiver 8) is recorded with an oscilloscope 16 ; Another part of the radiation selected by the lens passes a semi-transparent plate 7 and hits an electro-optical element 9, which rotates the polarization plane of the scattered radiation by an angle proportional to the voltage applied to it, which leads to a modulation of the intensity of the radiation passing through the polar 11. then using the spectrograph 12 and the diaphragms 13, the components of this radiation are separated in frequency intervals; The selected components of the optical fibers 14 are fed to the corresponding photodetectors 15) the signals from the photodetectors 15, which are proportional to the change in the intensity of radiation in each frequency interval, are recorded on the screen of the oscilloscope 16; plotting the time variation of the intensity ratio of the radiation in each frequency interval dtuj to the intensity of the reference signal; the time point ij from the beginning of the sweep, at which this ratio is maximal, is determined according to the schedule; determine the magnitude of the voltage and - on the electro-optical element 9 at the moment t (where T is the rise time of the voltage on the generator 10 from O should be less than the time of the sounding pulse). The maximum voltage must ensure rotation of the polarization plane of the radiation by at least 90); determine the angle of rotation of the plane of polarization of the scattered radiation in the frequency interval Aui,} at time t; ,., where ftj is the desired angle of rotation, K, coefficient of proportionality between the angle of rotation and the voltage applied to the electro-optical element 9 from the generator 10 (taken from the calibration graph to the electro-optical element); the obtained values of i are substituted; into the system of equations (1), which is solved taking into account (2-7) with respect to the desired parameters. The method provides the possibility of simultaneous measurement of all determined parameters in a wide range; eliminates the need for spectral calibration of photodetectors and associated errors; provides the Thomson scattering spectral method (the further development of which is) the maximum possible temporal and spatial resolution.
фиг.г fig.g
(рогЪ(horn
tttt
nn