Высокочастотная система резонансного многосекционного ускорителя заряженных частиц

Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована при создании линейных ускорителей электронов. Технический результат полезной модели заключается в повышении мощности в каждой секции до предельных уровней и в повышении тока ускоренных частиц в многосекционной ускоряющей системе, в повышении СВЧ энергии в кольцевом резонаторе каждой секции для ускорения заряженных частиц. Технический результат достигается тем, что высокочастотная система ускорителя заряженных частиц дополнительно содержит, по крайней мере, еще один резонатор бегущей волны в виде изогнутых волноводов и последовательно установленных фазовращателей, двух плечей направленных ответвителей, источник СВЧ-мощности, соединенный с плечом направленного ответвителя. Между плечами каждого направленного ответвителя, входящим в резонатор бегущей волны и фазовращателем установлена ускоряющая система, например, в виде круглого диафрагмированного волновода. В одном из каждых внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка. В другом из каждых внешних плечей направленного ответвителя установлен источник-усилитель СВЧ мощности, последовательно установленный фазовращатель и поглощающая нагрузка, причем каждое внешнее плечо направленного ответвителя с источником-усилителем СВЧ мощности, последовательно установленным фазовращателем и поглощающей нагрузкой последовательно соединены с линией СВЧ тракта задающего генератора, на входе которого установлен задающий генератор мощности с источником СВЧ мощности, а на противоположном конце линии тракта задающего генератора установлена поглощающая нагрузка. Источники СВЧ мощности выполнены в виде магнетронных усилителей или в виде клистронов. 1 с.п.ф. 2 з.п.ф. 1 илл.

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

Известна высокочастотная система многосекционного ускорителя электронов, где питание каждой секции осуществлено от клистрона, на вход которого СВЧ мощность подана через направленный ответвитель и фазовращатель из волновода, питание которого осуществляется от клистрона с задающим генератором на входе. J.Decker. SLAC - 3-km Linac. Compendium of Scientific Linacs. J. Clendenin, L. Rinolfi, K. Takata, D.J. Warner. CERN-PS Division, EONR, Switzerland, November 1996, p.16.

Недостатком данной схемы является ограничение мощности поступающей в каждую секцию уровнем заданным питающим ее клистроном.

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

Известна высокочастотная резонансная система, 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. И.В.Лебедев. Техника и приборы сверхвысоких частот. Т.1. Техника сверхвысоких частот. Под ред. Академика Н.Д.Девяткова. Изд. 2-е, Учебник, М., «Высшая школа», 1970 г., с.354. Высокочастотная резонансная система позволяет лишь проводить испытания в кольцевом волноводе. Прототип.

Задачей полезной модели является создание многосекционной высокочастотной системы резонансного ускорителя заряженных частиц.

Технический результат полезной модели заключается в повышении мощности в каждой секции до предельных уровней и в повышении тока ускоренных частиц в многосекционной ускоряющей системе, в повышении СВЧ энергии в кольцевом резонаторе каждой секции для ускорения заряженных частиц.

Технический результат достигается тем, что высокочастотная система многосекционного резонансного ускорителя заряженных частиц, содержащая резонатор бегущей волны, в виде изогнутых волноводов и последовательно установленных фазовращателей, двух плечей направленных ответвителей, источник СВЧ-мощности, соединенный с плечом направленного ответвителя, дополнительно содержит, по крайней мере, еще один резонатор бегущей волны в виде изогнутых волноводов и последовательно установленных фазовращателей, двух плечей направленных ответвителей, источник СВЧ-мощности, соединенный с плечом направленного ответвителя, а между плечами каждого направленного ответвителя, входящим в резонатор бегущей волны и фазовращателем установлена ускоряющая система, а в одном из каждых внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а в другом из каждых внешних плечей направленного ответвителя установлен источник-усилитель СВЧ мощности, фазовращатель, регулируемый ответвитель и поглощающая нагрузка, причем каждое основное плечо регулируемого ответвителя соединено с линией СВЧ тракта задающего генератора, на входе которого установлен задающий генератор мощности с источником СВЧ мощности, а на противоположном конце линии тракта задающего генератора установлена поглощающая нагрузка. Ускоряющие секции выполнены в виде круглых диафрагмированных волноводов. Источники СВЧ мощности выполнены в виде магнетронных усилителей. Источники СВЧ мощности выполнены в виде клистронов.

Такое исполнение позволяет создать многосекционный линейный ускоритель заряженных частиц (например, электронов) с питающей мощностью превышающей мощность каждого отдельного питающего клистрона (в 2÷40 раз).

Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически изображена высокочастотная система резонансного многосекционного ускорителя заряженных частиц, где: 1₁ , 1₂,, 1_N ускоряющие секции; 2₀ - источник СВЧ мощности тракта задающего генератора, 2₁, 2 ₂,,2_N -источники-усилители СВЧ мощности (например, клистроны) каждого резонатора бегущей волны, 3₁, 3 ₂,, 3_N - фазовращатели; 4 - задающий генератор СВЧ мощности 5₁, 5₂,, 5_N - фазовращатели СВЧ тракта задающего генератора; 6₁, 6₂,,6_N - направленные ответвители резонаторов бегущей волны; 7₁, 7₂,, 7_n - регулируемые ответвители СВЧ мощности линии задающего генератора; 8 - линия СВЧ тракта задающего генератора; 9 - поглощающие СВЧ нагрузки.

От задающего генератора 4 через источник-усилитель СВЧ мощности 2₀, мощность поступает в СВЧ тракт линии задающего генератора 8.

Из линии задающего генератора 8 через регулируемые ответвители 7₁,, 7_N и через фазовращатели 5₁,, 5_N СВЧ мощность подают на вход каждого клистрона 2₁,, 2_N, а через направленные ответвители 6 ₁,,6_N в резонаторы бегущей волны, в которых последовательно с фазовращателями 3₁,, 3_N включены ускоряющие секции 1₁ , 1₂,, 1_n многосекционного ускорителя заряженных частиц.

При этом во всем диапазоне частот от 1 до 10 ГГц в резонаторах бегущей волны каждой ускоряющей секции 1₁, 1₂,, 1_N СВЧ мощность накапливается и увеличивается в 2÷40 раз. Это позволяет увеличить предельные ускоряющие токи заряженных частиц в 1,5÷6 раз и достигать предельного темпа ускорения без пробоев до 20 МэВ/м.

1. Высокочастотная система многосекционного резонансного ускорителя заряженных частиц, содержащая резонаторы бегущей волны в виде изогнутых волноводов и последовательно установленных фазовращателей, двух плечей направленных ответвителей, источник СВЧ-мощности, соединенный с плечом направленного ответвителя, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по крайней мере, еще один резонатор бегущей волны в виде изогнутых волноводов и последовательно установленных фазовращателей, двух плечей направленных ответвителей, источник СВЧ-мощности, соединенный с плечом направленного ответвителя, а между плечами каждого направленного ответвителя, входящим в резонатор бегущей волны и фазовращателем установлена ускоряющая система, а в одном из каждых внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а в другом из каждых внешних плечей направленного ответвителя установлен источник-усилитель СВЧ мощности, фазовращатель, регулируемый ответвитель и поглощающая нагрузка, причем каждое основное плечо регулируемого ответвителя соединено с линией СВЧ тракта задающего генератора, на входе которого установлен задающий генератор мощности с источником СВЧ мощности, а на противоположном конце линии тракта задающего генератора установлена поглощающая нагрузка.

2. Высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц по п.1, отличающаяся тем, что ускоряющие секции выполнены в виде круглых диафрагмированных волноводов.

3. Высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц по п.1, отличающаяся тем, что источники СВЧ мощности выполнены в виде магнетронных усилителей или в виде клистронов.