Линейный резонансный ускоритель электронов

Полезная модель относится к ускорительной технике. Техническим результатом полезной модели является многократное увеличение СВЧ мощности в ускоряющей системе, увеличение предельных ускоряющих токов заряженных частиц в 1,5-6 раз и предельных темпов ускорения без пробоев до 20 МэВ/м. Технический результат достигается тем, что линейный резонансный ускоритель электронов выполнен многосекционным, в котором тракт резонатора бегущей волны выполнен в виде изогнутого волновода и последовательно установленных фазовращателя, двух плечей направленного ответвителя и источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, тракт резонатора бегущей волны дополнительно содержит, по крайней мере, еще один резонатор бегущей волны в виде изогнутых волноводов и последовательно установленных фазовращателей, двух плечей направленных ответвителей, источник СВЧ-мощности, соединенный с плечом направленного ответвителя, а между плечами каждого направленного ответвителя, входящим в резонатор бегущей волны и фазовращателем установлена ускоряющая система, а в одном из каждых внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а в другом из каждых внешних плечей направленного ответвителя установлен источник-усилитель СВЧ мощности, фазовращатель, регулируемый ответвитель и поглощающая нагрузка, причем каждое основное плечо регулируемого ответвителя соединено с линией СВЧ тракта задающего генератора, на входе которого установлен задающий генератор мощности с источником СВЧ мощности, а на противоположном конце линии тракта задающего генератора установлена поглощающая нагрузка. 1 с.п.ф. 2 з.п.ф. 1 илл.

Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована при создании линейных ускорителей электронов.

Известен линейный ускоритель электронов, содержащий пульт управления, стабилизированный выпрямитель, электронный инжектор, диафрагмированный волновод, СВЧ генератор (магнетрон), генераторный блок, импульсный модулятор, высоковольтный выпрямитель, выпускное окно, систему развертки пучка на выходе, датчик тока, стойку питания, высоковакуумные насосы, фокусирующий соленоид. Е.А.Абрамян. Промышленные ускорители электронов. - М.: Энергоатомиздат, 1986. С.159. Недостатком данного ускорителя является значительно увеличенная масса системы СВЧ питания ускорителя, поскольку используется на порядок более мощный современный магнетрон и питание от сети 50 Гц, что многократно увеличивает стойку силового питания и стойку питания магнетрона и габариты самого коаксиального магнетрона.

Известен линейный ускоритель электронов с использованием энергии поля излучения пучка, содержащий ускоряющую секцию и соединенные через фазовращатель накопительную секцию, в тракте резонатора бегущей волны между секциями установлен дефлектор, ускоритель включает также так же систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему, модулятор, СВЧ генератор, систему высоковольтного питания, пульт дистанционного управления, выходные устройства для регистрации параметров пучка, систему охлаждения. Б.Ю.Богданович, В.А.Останин, А.В.Шальнов, В.В.Яненко. Линейный ускоритель электронов с использованием энергии поля излучения пучка. Сб. Ускорители. - М.: Энергоатомиздат, выпуск 20, 1981. С.72-76. Прототип. Недостатком данной схемы является низкий коэффициент полезного действия.

Техническим результатом полезной модели является многократное увеличение СВЧ мощности в ускоряющей системе, увеличение предельных ускоряющих токов заряженных частиц в 1,5-6 раз и предельных темпов ускорения без пробоев до 20 МэВ/м.

Технический результат достигается тем, что линейный резонансный ускоритель электронов, содержащий ускоряющую секцию фазовращатель, тракт резонатора бегущей волны, систему инжекции электронов, фокусирующую систему, источник СВЧ-мощности, вакуумную систему, систему высоковольтного питания, пульт дистанционного управления, выходные устройства для регистрации параметров пучка, систему охлаждения, выполнен многосекционным, в котором тракт резонатора бегущей волны выполнен в виде изогнутого волновода и последовательно установленных фазовращателя, двух плечей направленного ответвителя и источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, причем между плечом направленного ответвителя, входящим в резонатор бегущей волны и фазовращателем установлена ускоряющая система, а в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, тракт резонатора бегущей волны дополнительно содержит, по крайней мере, еще один резонатор бегущей волны в виде изогнутых волноводов и последовательно установленных фазовращателей, двух плечей направленных ответвителей, источник СВЧ-мощности, соединенный с плечом направленного ответвителя, а между плечами каждого направленного ответвителя, входящим в резонатор бегущей волны и фазовращателем установлена ускоряющая система, а в одном из каждых внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а в другом из каждых внешних плечей направленного ответвителя установлен источник-усилитель СВЧ мощности, фазовращатель, регулируемый ответвитель и поглощающая нагрузка, причем каждое основное плечо регулируемого ответвителя соединено с линией СВЧ тракта задающего генератора, на входе которого установлен задающий генератор мощности с источником СВЧ мощности, а на противоположном конце линии тракта задающего генератора установлена поглощающая нагрузка. Ускоряющие секции выполнены в виде круглых диафрагмированных волноводов. Источники СВЧ мощности выполнены в виде магнетронных усилителей или в виде клистронов.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически изображен многосекционный линейный резонансный ускоритель заряженных частиц, где: 1 _i - ускоряющие секции, 2₀ - источник СВЧ мощности тракта задающего генератора, 2₁, 2₂,, 2_N - источники-усилители СВЧ мощности (например, клистроны) каждого резонатора бегущей волны, 3₁, 3 ₂,, 3_N - фазовращатели; 4 - задающий генератор СВЧ мощности общего тракта; 5₁, 5₂,, 5_N - фазовращатели СВЧ тракта задающего генератора; 6₁, 6₂,, 6_N - направленные ответвители резонаторов бегущей волны; 7₁, 7₂,, 7_N - регулируемые ответвители СВЧ мощности линии задающего генератора; 8 - линия СВЧ тракта задающего генератора; 9 - поглощающие согласованные СВЧ нагрузки; высокочастотная система содержит 10, 11, 12, 13 - плечи направленного ответвителя, 14 - фокусирующие системы; 15 - выходные устройства; 16 - система питания; 17 - система инжекции электронов; 18 - высоковакуумные насосы; 19 - пульт управления.

От задающего генератора 4 общего тракта через источник-усилитель СВЧ мощности 2₀ , мощность поступает в СВЧ тракт линии задающего генератора 8. Из линии задающего генератора 8 через регулируемые ответвители 7₁,, 7_N и через фазовращатели 5₁,, 5_N СВЧ мощность подают на вход каждого клистрона 2₁,, 2_N, а через направленные ответвители 6 ₁,, 6_N в резонаторы бегущей волны, в которых последовательно, с фазовращателями 3₁,, 3_N включены ускоряющие секции 1₁ , 1₂,, 1_N многосекционного ускорителя заряженных частиц. Момент включения высокого напряжения системы инжекции электронов 17 подбирают из условий оптимального спектра ускоренных электронов. При этом во всем диапазоне частот от 1 до 10 ГГц в резонаторах бегущей волны каждой ускоряющей секции 1₁ , 1₂,, 1_N СВЧ мощность накапливается и увеличивается в 2÷40 раз. Это позволяет увеличить предельные ускоряющие токи заряженных частиц в 1,5÷6 раз и достичь предельного темпа ускорения без пробоев до 20 МэВ/м.

1. Линейный резонансный ускоритель электронов, содержащий ускоряющую секцию фазовращатель, тракт резонатора бегущей волны, систему инжекции электронов, фокусирующую систему, источник СВЧ-мощности, вакуумную систему, систему высоковольтного питания, пульт дистанционного управления, выходные устройства для регистрации параметров пучка, систему охлаждения, отличающийся тем, что линейный резонансный ускоритель электронов выполнен многосекционным, в котором тракт резонатора бегущей волны выполнен в виде изогнутого волновода и последовательно установленных фазовращателя, двух плечей направленного ответвителя и источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, причем между плечом направленного ответвителя, входящим в резонатор бегущей волны, и фазовращателем установлена ускоряющая система, а в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, тракт резонатора бегущей волны дополнительно содержит, по крайней мере, еще один резонатор бегущей волны в виде изогнутых волноводов и последовательно установленных фазовращателей, двух плечей направленных ответвителей, источник СВЧ-мощности, соединенный с плечом направленного ответвителя, а между плечами каждого направленного ответвителя, входящими в резонатор бегущей волны, и фазовращателем установлена ускоряющая система, а в одном из каждых внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а в другом из каждых внешних плечей направленного ответвителя установлен источник-усилитель СВЧ-мощности, фазовращатель, регулируемый ответвитель и поглощающая нагрузка, причем каждое основное плечо регулируемого ответвителя соединено с линией СВЧ-тракта задающего генератора, на входе которого установлен задающий генератор мощности с источником СВЧ-мощности, а на противоположном конце линии тракта задающего генератора установлена поглощающая нагрузка.

2. Высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц по п.1, отличающаяся тем, что ускоряющие секции выполнены в виде круглых диафрагмированных волноводов.

3. Высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц по п.1, отличающаяся тем, что источники СВЧ-мощности выполнены в виде магнетронных усилителей или в виде клистронов.