Высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц

Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована при создании резонансных ускорителей заряженных частиц. Технический результат полезной модели заключается в сохранении СВЧ мощности проходящей через ускоряющую секцию уменьшении циркулирующей мощности в изогнутых волноводах и направленных ответвителях в два раза и обеспечении азимутальной симметрии ускоряющего поля во входной и выходной ячейках ускоряющей секции, а соответственно и уменьшение потерь тока ускоряемых заряженных частиц. Технический результат достигается тем, что высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц содержит дополнительный контур из резонатора бегущей волны, в виде изогнутого волновода и последовательно установленных фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, причем в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а на входе и выходе ускоряющей секции установлены шестиполюсные входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные с плечами направленных ответвителей и фазовращателями, а источник СВЧ-мощности через волноводный Т-образный тройник соединен с корректирующими фазовращателями и плечами резонатора. 1 с.п.ф. 1 илл.

Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована при создании резонансных ускорителей заряженных частиц.

Известна схема высокочастотного питания с рекуперацией мощности, в которой мощность, оставшуюся на выходе подают на вход через волноводный мост. О.А.Вальднер, Н.П.Собенин, Б.В.Зверев, И.С.Щедрин. Диафрагмированные волноводы, 3-е издание перераб. и доп. М.: ЭАИ, 1991 г., с.8-9. Недостатком высокочастотной схемы является ограничение мощности поступающей в секцию уровнем заданным питающим ее клистроном, схема требует подстройки ее элементов СВЧ тракта при изменении режима работы.

Известна высокочастотная резонансная система, содержащая резонатор бегущей волны, выполненный в виде изогнутых волноводов и последовательно установленных фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, источник СВЧ-мощности, соединенный с одним плечом направленного ответвителя. И.В.Лебедев. Техника и приборы сверхвысоких частот. Т1. Техника сверхвысоких частот. Под ред. Академика Н.Д.Девяткова. Изд. 2-е, Учебник, М.: «Высшая школа», 1970 г., СВЧ. Высокочастотная резонансная система позволяет лишь проводить испытание в кольцевом волноводе.

Известна высокочастотная система питания, где ускоряющая секция с фазовращателем подключена к высокочастотному генератору в виде элемента резонатора бегущей волны через волноводный направленный ответвитель. В.А.Дворников, Е.Д.Жижин, Р.Г.Кузнецов и др. Исследование физических процессов ускорения запасенной энергией предельных плотностей зарядов в секциях круглого диафрагмированного волновода. Ядерная физика и инжиниринг, 2010, том 1, 5, с.14.

Известна высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц, содержащая резонатор бегущей волны, выполненный в виде изогнутого волновода и последовательно установленных фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, источник СВЧ-мощности, соединенный с одним плечом направленного ответвителя, в которой 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. Патент Российской Федерации на полезную модель 94103, Н05Н 7/00, 2010 г. Прототип. Полезная модель обеспечивает во всем диапазоне частот от 10 до 1 ГГц коэффициент увеличения мощности в резонаторе бегущей волны от 2 до 40. Это позволяет увеличить предельные ускоряющие токи заряженных частиц в 1,5-6 раз и предельные темпы ускорения без пробоев до 20 МэВ/м. Прототип.

Задачей полезной модели является создание высокочастотной системы резонансного ускорителя заряженных частиц в виде двойного резонатора бегущей волны.

Технический результат полезной модели заключается в сохранении СВЧ мощности проходящей через ускоряющую секцию уменьшении циркулирующей мощности в изогнутых волноводах и направленных ответвителях в два раза и обеспечении азимутальной симметрии ускоряющего поля во входной и выходной ячейках ускоряющей секции, а соответственно и уменьшение потерь тока ускоряемых заряженных частиц.

Технический результат достигается тем, что высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц с ускоряющей секцией, содержащая резонатор бегущей волны, выполненный в виде изогнутого волновода и последовательно установленных фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, источник СВЧ-мощности, соединенный с одним плечом направленного ответвителя, причем в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, содержит дополнительный контур из резонатора бегущей волны, в виде изогнутого волновода и последовательно установленных фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, причем в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а на входе и выходе ускоряющей секции установлены шестиполюсные входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные с плечами направленных ответвителей и фазовращателями, а источник СВЧ-мощности через волноводный Т-образный тройник соединен с корректирующими фазовращателями и плечами резонатора.

Ускоряющая секция выполнена в виде диафрагмированного волновода. Источник СВЧ мощности выполнен в виде магнетрона. Источник СВЧ мощности выполнен в виде клистрона.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически изображена высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц, где: 1 - СВЧ генератор, 2 - волноводный тройник, 3 - корректирующие фазовращатели, 4 - волноводные направленные ответвители, 5 - волноводные поглощающие нагрузки, 6 - входной шестиполюсный трансформатор типа волны Н₁₀ в волну E⁰₀₁, 7 - ускоряющая секция, 8 - выходной шестиполюсный трансформатор типа волны E⁰₀₁ в волну Н₁₀. Эту структуру мы назвали двойным резонатором бегущей волны.

От СВЧ генератора 1 мощность поступает в Т-образный волноводный тройник - 2, где делится пополам и через корректирующие фазовращатели 3 поступает в направленные ответвители 4. Мощность частично ответвляется в двойной резонатор бегущей волны, а оставшиеся части поглощаются волноводными поглощающими нагрузками 5.

После окончания переходного процесса в двойном резонаторе бегущей волны мощность, поступающая в нагрузки 5, стремится к нулю.

Из направленных ответвителей 4 в направлении распространения СВЧ мощности одинаковые доли ее поступают во входной шестиполюсный трансформатор типа волны Н₁₀ в волну E⁰₀₁ 6, складываются (достигается мощность питающего генератора 1) и поступают в ускоряющую секцию 7 двойного резонатора бегущей волны. Затем мощность поступает в выходной шестиполюсный трансформатор типа волны E⁰₀₁ в волну Н₁₀ 8, где делится поровну.

Равные доли СВЧ мощности через корректирующие фазовращатели 3 и изогнутые прямоугольные волноводы поступают в плечи направленных ответвителей 4.

При этом во всех диапазонах частот от 1 до 10 ГГц в двойном резонаторе бегущей волны циркулируют разные уровни мощности - в ускоряющей секции мощность превышает мощность генератора в 2-40 раз, а мощность циркулирующая в плечах прямоугольного волновода двойного резонатора бегущей волны повышаться не более чем в 1-20 раз. Это позволяет увеличить предельные токи в 1,5÷6 раз при темпе ускорения 20 МэВ/м и значительно снизить мощностную нагрузку на элементы и узлы волновых трактов от инжектора до ускоряющей секции.

Высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц с ускоряющей секцией, содержащая резонатор бегущей волны, выполненный в виде изогнутого волновода и последовательно установленных фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, источник СВЧ-мощности, соединенный с одним плечом направленного ответвителя, причем в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, отличающаяся тем, что она содержит дополнительный контур из резонатора бегущей волны в виде изогнутого волновода и последовательно установленных фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, причем в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а на входе и выходе ускоряющей секции установлены шестиполюсные входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные с плечами направленных ответвителей и фазовращателями, а источник СВЧ-мощности через волноводный Т-образный тройник соединен с корректирующими фазовращателями и плечами резонатора.