Линейный резонансный ускоритель электронов
Полезная модель относится к подклассу H05H плазменная техника; получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов; получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов, конкретно к созданию линейных резонансных ускорителей электронов.
Техническим результатом полезной модели является, увеличение коэффициента полезного действия сохранение СВЧ мощности проходящей во входных трактах прямоугольных волноводов от каждого из источников СВЧ мощности, увеличение мощности, циркулирующей в ускоряющей секции, уменьшение мощности в прямоугольных волноводах двойного резонатора бегущей волны, а так же увеличении предельных ускоряющих токов заряженных частиц и предельных темпов ускорения.
Технический результат достигается тем, что в линейном резонансном ускорителе электронов, установлен задающий СВЧ генератор, а высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц с ускоряющей секцией выполнена двухконтурной, каждый из которых состоит из резонатора бегущей волны, в виде изогнутого волновода и последовательно установленных корректирующего фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, причем в одном из выходных плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а на входе и выходе ускоряющей секции установлены входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные с плечами направленных ответвителей и фазовращателями, источники СВЧ-мощности последовательно соединены с корректирующими фазовращателями и через волноводный Т-образный тройник с задающим СВЧ генератором.
1 с.п.ф. 1 илл.
Полезная модель относится к подклассу H05H плазменная техника; получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов; получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов, конкретно к созданию линейных резонансных 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, увеличение коэффициента полезного действия сохранение СВЧ мощности проходящей во входных трактах прямоугольных волноводов от каждого из источников СВЧ мощности, увеличение мощности, циркулирующей в ускоряющей секции, уменьшение мощности в прямоугольных волноводах двойного резонатора бегущей волны, а так же увеличении предельных ускоряющих токов заряженных частиц и предельных темпов ускорения.
Технический результат достигается тем, что в линейном резонансном ускорителе электронов, содержащем высокочастотную систему с ускоряющей секцией, корректирующий фазовращатель, систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему и источник СВЧ-мощности, выходные устройства для регистрации параметров пучка, установлен задающий СВЧ генератор, а высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц с ускоряющей секцией выполнена двухконтурной, каждый из которых состоит из резонатора бегущей волны, в виде изогнутого волновода и последовательно установленных корректирующего фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, причем в одном из выходных плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а на входе и выходе ускоряющей секции установлены входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные с плечами направленных ответвителей и фазовращателями, источники СВЧ-мощности последовательно соединены с корректирующими фазовращателями и через волноводный Т-образный тройник с задающим СВЧ генератором. Ускоряющая система выполнена в виде круглого диафрагмированного волновода. Источник СВЧ мощности выполнен в виде магнетрона, клистрона или триода.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически изображен линейный резонансный ускоритель заряженных частиц, где:
1, 2, 3, 4 - входные и выходные плечи направленного ответвителя, 5 - источник СВЧ мощности, 6 - направленные ответвители, 7 - поглощающие согласованные нагрузки, 8 - ускоряющая секция, 9 - корректирующий фазовращатель, 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, 19 - задающий генератор.
Линейный резонансный ускоритель работает следующим образом.
От задающего генератора СВЧ мощности 19 сигнал подают на вход Т-образного волноводного тройника, через корректирующие фазовращатели 9 сигналы подают на входы двух источников СВЧ мощности 5 и далее во входные плечи 1 направленных ответвителей 6, к выходам которых подсоединены волноводные поглощающие нагрузки 7. К входному плечу 1 направленного ответвителя 6 подводят энергию от источника СВЧ мощности 5. На выходном плече 4 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 входного плеча 1 ответвителя 6 через ускоряющую секцию 8 и волноводный фазовращатель 9 СВЧ мощность поступает в плечо 3 направленного ответвителя 6, основная часть которой поступает в плечо 2, а небольшая доля части переходит в плечо 4 направленного ответвителя 6 и поступает в поглощающую нагрузку 7 в противофазе с волной от магнетрона или клистрона 5.
Амплитуды волн, поступающих в плечо 2 направленного ответвителя 6 из плеча 1, а также амплитуды волн, поступающих из плеча 3, после окончания переходного процесса и при резонансном значении коэффициента связи направленного ответвителя 6 и возникновения в кольце резонатора бегущей волны целого числа волн, сравнивают корректирующим фазовращателем 9. А затем СВЧ мощность от магнетрона, триода или клистрона 5 полностью поступает в кольцо резонатора бегущей волны.
После окончания переходного процесса и поступления СВЧ мощности в ускоряющую секцию 8 включают импульс высокого напряжения на инжекторе электронов 14. В процессе ускорения электроны удерживаются на оси ускоряющей секции 8 фокусирующей системой 10. Выходные устройства 11 контролируют параметры ускоренного пучка. Контроль подводящей СВЧ мощности осуществляют приборы контроля огибающей импульса и рабочей частоты СВЧ генератора 12. Система высоковольтного питания 13 и импульсный модулятор 16 обеспечивают энергией источники СВЧ мощности 5 и задающего генератора 19. Электропитание осуществляется стойкой питания 17. Управление ускорителем проводится с пульта управления 18.
При этом во всем диапазоне частот от 10 до 1 ГГц коэффициент увеличения мощности в резонаторе бегущей волны с ускоряющей системой 8 возрастает 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.
Линейный резонансный ускоритель электронов, содержащий высокочастотную систему с ускоряющей секцией, корректирующий фазовращатель, систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему и источник СВЧ-мощности, выходные устройства для регистрации параметров пучка, отличающийся тем, что установлен задающий СВЧ генератор, а высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц с ускоряющей секцией выполнена двухконтурной, каждый из которых состоит из резонатора бегущей волны, в виде изогнутого волновода и последовательно установленных корректирующего фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, причем в одном из выходных плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а на входе и выходе ускоряющей секции установлены входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные с плечами направленных ответвителей и фазовращателями, источники СВЧ-мощности последовательно соединены с корректирующими фазовращателями и через волноводный Т-образный тройник - с задающим СВЧ генератором.
