Линейный резонансный ускоритель электронов

Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована при создании линейных ускорителей электронов. 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 в линейном резонансном ускорителе заряженных частиц, тракт резонатора бегущей волны выполнен в виде изогнутого волновода, двух плечей и фазовращателя, установленных последовательно, 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. Ускоряющая система выполнена в виде круглого диафрагмированного волновода. Источник СВЧ мощности выполнен в виде магнетрона или клистрона, триода. 1 с.п.ф. 4 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 форвакуумные и высоковакуумные насосы, накальный трансформатор инжектора, вакуумные задвижки, инжектор электронов, электромагнитные линзы, диафрагмированный волновод, фокусирующие катушки, вакуумный кожух, выпускное окно, высокочастотную поглощающую нагрузку, импульсный трансформатор, магнетрон (или клистрон) - источник СВЧ мощности, направленный измерительный ответвитель, фазовращатель, вакуумное волновое окно, модулятор СВЧ источника, пульт дистанционного управления. О.А.Вальднер. Линейные ускорители электронов. - М.: Атомиздат, 1966. С.12. Недостатком такой схемы построения линейного ускорителя электронов является невысокая энергия на выходе ускорителя, которая определяется в основном заданной мощностью СВЧ источника.

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 в линейном резонансном ускорителе заряженных частиц, содержащем 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 и систему охлаждения, тракт резонатора бегущей волны выполнен в виде изогнутого волновода, двух плечей и фазовращателя, установленных последовательно, 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. Ускоряющая система выполнена в виде круглого диафрагмированного волновода. Источник СВЧ мощности выполнен в виде магнетрона или клистрона, триода.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически изображен линейный резонансный ускоритель заряженных частиц, где высокочастотная система включает 1, 2, 3, 4 - плечи направленного ответвителя, 5 - источник СВЧ мощности, 6 - направленный ответвитель, 7 - поглощающую согласованную нагрузку, 8 - ускоряющую систему, 9 - фазовращатель, где: 10 - фокусирующая система, 11 - выходные устройства, 12 - приборы контроля огибающей импульса СВЧ генератора рабочей частоты, 13 - систему высоковольтного питания, 14 -инжектор электронов, 15 - высоковакуумные насосы, 16 - импульсный модулятор, 17 - стойку питания, 18 - пульт управления.

К плечу 1 направленного ответвителя 6 подводят энергию от источника СВЧ мощности 5, а на плече 2 направленного ответвителя 6 подключена волноводная поглощающая нагрузка 7, в которую поступает СВЧ мощность в начальный момент импульса. СВЧ мощность поступает до окончания переходного процесса заполнения всего резонатора бегущей волны.

Из плеча 4 ответвителя 6 через ускоряющую систему 8 и волноводный фазовращатель 9 СВЧ мощность поступает в плечо 3 направленного ответвителя 6, основная часть которой поступает в плечо 4, а небольшая доля части переходит в плечо 2 направленного ответвителя 6 и поступает в поглощающую нагрузку 7 в противофазе с волной от магнетрона или клистрона 5.

По окончании переходного процесса амплитуды волн, поступающих в плечо 2 направленного ответвителя 6 из плеча 1 и из плеча 3 направленного ответвителя 6 при резонансном значении коэффициента связи направленного ответвителя 6 и достижении в кольце резонатора бегущей волны целого числа волн сравнивают фазовращателем 9. И мощность от магнетрона, триода или клистрона 5 полностью поступает в кольцо резонатора бегущей волны.

После окончания переходного процесса поступления СВЧ мощности в ускоряющую секцию включают импульс высокого напряжения на инжектор электронов 14. Затем инжектируемые электроны ускоряют.

При этом во всем диапазоне частот от 10 до 1 ГГц коэффициент увеличения мощности в резонаторе бегущей волны с ускоряющей системой 8 достигает величины от 2 до 40. Это позволяет увеличить предельные ускоряющие токи заряженных частиц в 1,5-6 раз и предельных темпов 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 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.

2. Линейный резонансный ускоритель заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что ускоряющая система выполнена в виде круглого диафрагмированного волновода.

3. Линейный резонансный ускоритель заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что источник СВЧ-мощности выполнен в виде магнетрона.

4. Линейный резонансный ускоритель заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что источник СВЧ-мощности выполнен в виде клистрона.

5. Линейный резонансный ускоритель заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что источник СВЧ-мощности выполнен в виде триода.