Линейный резонансный ускоритель электронов

Полезная модель относится к подклассу 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 достижение азимутальной симметрии ускоряющего поля в первой и последней ячейках ускоряющей секции, увеличении тока ускоренных электронов, увеличение СВЧ мощности в ускоряющей секции, увеличение ускоряющих токов заряженных частиц и темпов ускорения.

Технический результат достигается тем, что в линейном резонансном ускорителе электронов, высокочастотная система, содержит диафрагмированный волновод с входным и выходным шестиполюсными трансформаторами типа волны, причем прямоугольный волновод соединен с Т-образным волноводным тройником и через входной трансформатор типа волны соединен с входом ускоряющей секции, а выходы ускоряющей секции соединены через выходной трансформатор типа волны с волноводными поглощающими нагрузками. 1 с.п.ф. 3 илл.

Полезная модель относится к подклассу Н05Н 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. Москва. 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. - Москва. 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. Москва. Энергоатомиздат, выпуск 20, 1981. С.72-76. Прототип. Недостатком данной схемы является низкий коэффициент полезного действия.

Техническим результатом полезной модели является достижение азимутальной симметрии ускоряющего поля в первой и последней ячейках ускоряющей секции, увеличении тока ускоренных электронов, увеличение СВЧ мощности в ускоряющей секции, увеличение ускоряющих токов заряженных частиц и 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, высокочастотная система, содержит диафрагмированный волновод с входным и выходным шестиполюсными трансформаторами типа волны, причем прямоугольный волновод соединен с Т-образным волноводным тройником и через входной трансформатор типа волны соединен с входом ускоряющей секции, а выходы ускоряющей секции соединены через выходной трансформатор типа волны с волноводными поглощающими нагрузками. Ускоряющая система выполнена в виде круглого диафрагмированного волновода. Источник СВЧ мощности выполнен в виде магнетрона, клистрона или триода.

Полезная модель поясняется чертежами на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.

На фиг.1 схематически изображен линейный резонансный ускоритель заряженных частиц, где высокочастотная система включает: 1 - источник СВЧ мощности, 2 - поглощающие согласованные нагрузки, 3 - ускоряющая секция, 4 - входной и выходной трансформаторы типа волны, 5 - фокусирующая система, 6 - выходные устройства, 7 - приборы контроля огибающей импульса СВЧ генератора рабочей частоты, 8 - система высоковольтного питания, 9 - инжектор электронов, 10 - высоковакуумные насосы, 11 - импульсный модулятор, 12 - стойка питания, 13 - пульт управления.

На фиг.2 представлен разрез по линии А-А, где: 1 - магнетрон или клистрон с источником питания, Т-образный волноводный тройник, 4 - трансформатор типа волны (входной резонатор ускоряющей секции).

На фиг.3 представлен разрез по линии Б-Б, где: 4 - выходной трансформатор типа волны, 2 - волноводные поглощающие нагрузки.

Ускоритель электронов работает следующим образом.

СВЧ мощность от магнетрона или клистрона 1 источника питания вводят во входной трансформатор типа волны 4 через Т-образный тройник и изогнутые волноводы. При этом достигается идеальная аксиально симметричная структура поля относительно оси ускоряющей секции 3, а радиальная составляющая электрического поля равна нулю.

Неизрасходованная мощность в выходном трансформаторе типа волны 4 делится поровну и поглощается в волноводных поглощающих нагрузках 2. Источник СВЧ мощности 1 получает электроэнергию от стойки питания 12, через систему высоковольтного питания 8 и импульсный модулятор 11. Вакуум в ускоряющей секции 3 создают высоковакуумными насосами 10. Ускоряемый пучок из инжектора 9 ускоряют в ускоряющей секции 3 и удерживают на оси фокусирующей системой 5. Контроль параметров ускоренного пучка осуществляют выходными устройствами 6. Управление ускорителем выполняется дистанционно с пульта управления 13.

При этом на оси выходного трансформатора типа волны 4 достигается идеальная аксиальная симметрия поля и отсутствует радиальная составляющая электрического поля на оси ускоряющей секции 3 и входного и выходного трансформаторов типа волны 4.

В итоге повышается величина тока пучка ускоряемых электронов и в два раза снижается тепловая нагрузка оставшейся СВЧ мощности на каждой волноводной поглощающей нагрузке 2. 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, систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему и источник СВЧ-мощности, выходные устройства для регистрации параметров пучка, отличающийся тем, что высокочастотная система резонансного ускорителя электронов содержит диафрагмированный волновод с входным и выходным шестиполюсными трансформаторами типа волны, причем прямоугольный волновод соединен с Т-образным волноводным тройником и через входной трансформатор типа волны соединен с входом ускоряющей секции, а выходы ускоряющей секции соединены через выходной трансформатор типа волны с волноводными поглощающими нагрузками.