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 формировании аксиально симметричного электромагнитного поля в ускоряющей секции в составе резонатора бегущей волны, и увеличить ток ускоряемых заряженных частиц. Технический результат достигается тем, что в высокочастотной системе резонансного ускорителя заряженных частиц, вход и выход ускоряющей секции соединены с плечами резонатора бегущей волны через шестиполюсные трансформаторы типа волн и Т-образные тройники с изогнутыми волноводами. 1 с.п.ф. 3 илл.

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

Известна высокочастотная система линейного ускорителя электронов с использованием энергии поля излучения пучка, содержащая ускоритель-инжектор, усилитель СВЧ-мощности, импульсный фазовращатель на входе усилителя СВЧ-мощности со сдвигом фазы я, задающий генератор и накопительного устройства, представляющего собой резонатор бегущей волны (РБВ), образованный замедляющей структурой и линией обратной связи с фазовращателем. Ю.Б.Богданович, В.А.Останин, А.В.Шальнов, В.В.Яненко. Линейный ускоритель электронов с использованием энергии поля излучения пучка. Сб. Ускорителя. М.: Энергоатомиздат, выпуск 20, 1981 г, с.72-76.

Известна высокочастотная система линейного ускорителя заряженных частиц, в которой на входе ускорителя установлен фазовращатель в дополнительном волноводе между двумя секциями накопительной и ускоряющей системами, а выход ускоряющей системы соединен через фазовращатель с входом накопительной системы, образуя двухсекционный резонатор бегущей волны, где в тракт для пролета пучка между секциями РБВ установлен дефлектор, обеспечивающий отсечку низкоэнергетичной части импульса пучка электронов. Ю.Б.Богданович, В.А.Останин, А.В.Шальнов, В.В.Яненко. Линейный ускоритель электронов с использованием энергии поля излучения пучка. Сб. Ускорителя. М.: Энергоатомиздат, выпуск 20, 1981 г, с.72-76. Недостатками данных схем является низкий коэффициент полезного действия, уменьшение почти на порядок, из-за использования малой части длительности импульса, 100 не против 4 мкс.

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. прототип.

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. Ускоряющая структура выполнена в виде круглого диафрагмированного волновода. Источник СВЧ-мощности выполнен в виде магнетрона. Источник СВЧ-мощности выполнен в виде клистрона. Патент Российской Федерации на полезную модель 94103, Н05Н 7/00, 2010 г. Прототип.

Техническим результатом полезной модели является формирование аксиально симметричного электромагнитного поля в резонаторе бегущей волны и увеличение тока заряженных частиц.

Технический результат достигается тем, что в высокочастотной системе резонансного ускорителя заряженных частиц, содержащей 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, 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, вход и выход ускоряющей системы соединены с плечами резонатора бегущей волны через шестиполюсные трансформаторы типа волн и Т-образные тройники с изогнутыми волноводами.

Существо полезной модели поясняется на фиг.1, фиг.2 и фиг.3. На фиг.1 схематически представлена высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц, где: 1 - источник СВЧ мощности, 2 - волноводный направленный ответвитель, 3 - волноводная поглощающая нагрузка, 4 - входной Т-образный волноводный тройник с изогнутыми волноводами, 5 - входной шестиполюсный трансформатор типа волны H₁₀ в волну E⁰₀₁, 6 - ускоряющая секция, 7 - выходной шестиполюсный трансформатор типа волны E⁰₀₁ в волну Н₁₀, 8 - выходной Т-образный волноводный тройник с изогнутыми волноводами, 9 - фазовращатель.

На фиг.2 представлен разрез по линии А-А, раскрывающий соединение входного Т-образного волноводного тройника с изогнутыми волноводами.

На фиг.3 представлен разрез по линии В-В, раскрывающий соединение выходного Т-образного волноводного тройника с изогнутыми волноводами.

К плечу волноводного направленного ответвителя 2 подводят энергию от источника СВЧ-мощности 1, а на плече волноводного направленного ответвителя 2 подключена волноводная поглощающая согласованная нагрузка 3, в которую поступает СВЧ мощность в начальный момент импульса. СВЧ мощность заполняет до окончания переходного процесса весь кольцевой резонатор бегущей волны, представляющий собой замкнутую систему.

По окончании переходного процесса амплитуды волн, поступающих в волноводный направленный ответвитель 2 при резонансном значении коэффициента связи волноводного направленного ответвителя 2 и достижении в кольце резонатора бегущей волны целого числа волн с помощью фазовращателя 9 сравнивают.

После этого мощность от магнетрона или клистрона 1 полностью поступает в кольцо резонатора бегущей волны.

Высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц работает следующим образом.

Через входной Т-образный волноводный тройник с изогнутыми прямоугольными волноводами подают СВЧ мощность во входной шестиполюсный трансформатор типа волны Н₁₀ в волну Е⁰₀₁ 5. СВЧ мощность поступает в ускоряющую секцию 6. Далее через выходной шестиполюсный трансформатор типа волны E⁰₀₁ в волны Н₁₀ СВЧ мощность поступает в выходной Т-образный волноводный тройник через изогнутые волноводы 8.

При этом выполняются следующие условия:

во первых, как во входном шестиполюсном трансформаторе типа волны H₁₀ в волну Е⁰₀₁ 5, так и в выходном шестиполюсном трансформаторе типа волны E⁰₀₁ в волну Н₁₀ 7 достигается идеальная симметрия СВЧ поля относительно оси круглого диафрагмированного волновода, как по электрической составляющей, так и по магнитной составляющей;

во-вторых, полностью отсутствует радиальная составляющая электрического поля на оси обоих шестиполюсных трансформаторах типа волны. Это позволяет значительно увеличить величину ускоряемого тока электронов.

При этом во всем диапазоне частот от 10 до 1 ГГц коэффициент увеличения мощности в резонаторе бегущей волны с ускоряющей секцией 6 достигает величины 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.

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, 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, отличающаяся тем, что вход и выход ускоряющей системы соединены с плечами резонатора бегущей волны через шестиполюсные трансформаторы типа волн и Т-образные тройники с изогнутыми волноводами.