Система инжекции бетатрона

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(58 Н 05 Н 7 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

+ill и! .

I (21) 3389693/18-21 (22) 08. 02. 82 (46) 30.06.84. Бюл. 9 24 (72) В.П. Зворыгин, В.С. Пушин и В.л. Чахлов (71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при Томском ордена Октябрьской революции и ордена Трудового Красного, Знамени политехническом институте им. С.И. Кирова (53) 621.384.6(088.8) (56) 1. Л.И. Ананьев и др. Индукционный ускоритель электронов — бетатрон. И., Госатомиздат, 1961, с, 4245.

2. Ю.Н. Бельтяев, В.С. Пушин. Выбор параметров системы инжекции малогабаритного бетатрона с повьппенной частотой возбуждения. Труды

НИИЯФ при ТПИ, вып. 3, Атомиздат, 1973, с. 15-17 (прототип).

„„SU„„10298.18 А (54) (57) 1 . СИСТИНА, HHEEKQHH БЕТАТРОНА содержащая источник питания, состоящий из зарядного устройства, накопительного конденсатора и коммутатора, импульсный трансформатор и инжектор, включающий катод и управляющий электрод и анод, подключенный к общей шине, отличающаяся тем, что, с целью повышения энергии инжектируемых электронов и упрощения схемы формирования фронтов импульса тока, в нее введен конденсатор, одной обкладкой подключенный к управляющему электроду инжектора, а другой — к общей шине, при этом один из выводов

O высоковольтной обмотки импульсного ф трансформатора подключен к катоду инжектора, а другой — к его аноду.

1029818

2. Система инжекции по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что конденсатор выполнен в виде металличесИзобретение относится к ускорительной технике.

Известна система инжекции бетатрона, включающая генератор высоковольтных импульсов напряжения отрицательной полярности и инжектор (1 j. Генератор импульсов напряжения включает источник заряда накопительной емкости, емкость (или формирующая линия), коммутатор (тиратрон или тиристор) и

1О импульсный трансформатор со стальным сердечником. Инжектор состоит из катода, фокусирующего электрода, соединенных между собой электрически, и анода. Сформированный генератором

15 инжекции импульс напряжения колоколообразной формы подается на катод инжектора. Инжектор, являясь неуправляемым элементом системы инжекции, форми-. рует импульс тока инжекции, повторяю20 щий в некоторой степени форму импульса напряжения инжекции.

Недостатком описанной системы является формирование импульса тока инжек25 ции длительностью, превышающей длительность интервала захвата за счет относительно пологих фронтов и большие тепловые нагрузки на электроды инжектора.

Известна также система инжекции

4 бетатрона, содержащая источник питания, состоящий из зарядного устройства, накопительного конденсатора и коммутатора, импульсный трансформатор и инжектор, включающий катод, управляю- 35, щий электрод и анод, подключенный к общей шине (2).

Система работает следующим образом.

Формируемые генератором импульсы напряжения с пологими фронтами дли- 411 тельностью 3 1 0 отрицательной полярности с конца и отвода высоковольтной обмотки подаются соответственно на управляющий электрод и катод. Разность потенциалов между ними выбрана 45 таким образом, чтобы инжектор на протяжении всего импульса напряжения был заперт, В требуемый момет времени кой пластины, укрепленной на изоляторе внутри корпуса импульсного трансформатора, соединенного с общей шиной. с генератора управления подается на управляющий электрод импульс напряжения положительной полярности с крутыми фронтами и открывает инжектор. Благодаря крутым фронтам управляющего импульса напряжения с амплитудой в а. раз меньшей амплитуды -,.мпульса напряжения (р. — статистический коэффициент усиления управляемого инжектора) в прототипе формируется импульс тока инжекции с фронтами длительностью

-1 -10 с j2 3 что позволяет существенно снизить тепловые нагрузки на электроды инжекторы и увеличить захваченный заряд на 50-757. по сравнению с описанной системой инжекции.

К недостаткам схемы с управлением параметрами импульса тока инжекции следует отнести наличие дополнительного генератора формирования управляющих импульсов и понижение амплитуды

1 импульса напряжения на — ° 1007 за

Pсчет того, что катод управляемого инжектора подключен не к потенциальному концу высоковольтной обмотки, а к ее отводу. Снижение амплитуды приводит к снижению на такую же величину захваченного заряда °

Целью изобретения является повышение энергии инжектированных электронов и упрощение схемы формирования фронтов импульса тока.

Поставленная цель достигается тем, что в систему инжекции бетатрона, содержащую источник питания, состоящий из зарядного устройства, накопительного конденсатора и коммутатора, импульсный трансформатор и инжектор, включающий катод и управляющий электрод и анод, подключенный к общей шине, введен конденсатор, одной обкладной подключенный к управляющему электроду инжектора, а другой — к об-, щей шине. Один вывод высоковольтной обмотки импульсного трансформатора подключен к катоду инжектора, а другой — к его аноду.

20 з 1029

Этот конденсатор может быть выпол- нен в виде металлической пластины, укрепленной на изоляторе внутри корпуса импульсного трансформатора, соединенного с общей шиной.

На фиг. 1 приведена система инжекции; на фиг. 2 — диаграммы напряжений на катоде, управляющем электроде инжектора и тока инжекции; на фиг. 3 — эквивалентная схема системы инжекции.

Генератор 1 импульсов напряжения инжекции состоит из зарядного устt5 роиства, накопительной емкости, коммутатора и импульсного трансформатора 2. Управляемый инжектор включает в себя катод 3, анод 4 и управляющий электрод.5.

Потенциальный конец высоковольт.ной обмотки импульсного трансформатора 2 подключен к катоду инжектора, а заземленный конец — к аноду 4 и к управляющему электроду 5 через конденсатор (емкость 6). Межэлектрод25 ные емкости управляющий электрод— анод и управляющий электрод-катод обозначены соответственно 7 и 8. Параллельно высоковольтной обмотке импульсного трансформатора 2 включена шунтирующая активная нагрузка 9.

На фиг. 2 обозначены диаграмма напряжений на катоде (кривая 10) и на управляющем электроде инжектора (кривая 11). Импульс тока инжекции (кривая 12) соответствует работе инжектора с электрически соединенными катодом и управляющим электродом (как в описанном аналоге), импульс тока (кривые 13, 14) с крутым спадом получен в результате работы описанной схемы с использованием емкости б, включенной между управляющим электродом и заземленным йонцом высоковольтной обмотки. 45

На эквивалентной схеме (фиг. 3) обозначен вакуумный диод 15, образованный катодом 3 (катод диода 15) и управляющим электродом 5.(анод диода 15) — внутреннее сопротивление

16 диода 15. Цепь 15, 16 является цепью заряда емкостей б и 7. Диод

17 образован управляющим электродом 5 (катод диода 17) и анодом 4 (анод диода 17) с, внутренним сопротивлением 18. Диод 19 образован управляющим электродом 5 (катод диода 19) и катодом 3 (анод диода 19) с внут818 ф ренним сопротивлением 20, Цепи диодов

17 и 19 являются цепями разряда 6 н 7.

Система инжекции работает следующим образом.

В исходном состоянии катод 3 нагрет до номинальной температуры. Емкости

7, 8 и 6 разряжены. При формировании импульса напряжения на высоковольтной обмотке 2, например, синусоидальной формы (кривая 10 фиг. 2), между катодом 3 и управляющим электродом 5 возникает разность потенциалов (потечциал катода отрицательный). В результате появившейся разности потенциалов между катодом 3 и управляющим электродом 5 возникает термоэмиссия электронов с катода 3, которые, дости,гая управляющего электрода 5, начинают заряжать емкости б и 7 по цепи 15, 16.

В результате заряда емкостей 6 и 7 отрицательный относительно земли потенциал управляющего электрода начинает автоматически расти, повторяя с некоторой задержкой закон изменения потенциала на катоде. В момент времени и (фиг. 2), когда потенциал катода

3 перейдет максимум и кривые 10 и 11 (фиг. 2) пересекутся, заряд емкостей

6 и 7 прекратится. Начиная с момента емкости 6 и 7 начинают разряжаться, например, по закону, представленному на фиг. 2 (кривая 14). Эти емкости разряжаются по цепи 17, 18 уп-равляющий электрод 5 — анод 4 за счет термоэмиссии с нагретого тепловым излучением катода 3 управляющего электрода 5, изготовленного из тантала.

Второй цепью разряда емкостей 6 и 7 с момента времени и, когда потенциал

1ь катода 3 становится по абсолютной величине меньше потенциала управляющего электрода 5, будет заряд межэлектродной емкости 8. И третья цепь разряда емкостей б и 7 и диода 19 с сопротивлением 20 за счет термоэмиссии электронов с управляющего электрода 5 на катод 3.

Начиная с момента времени t воз/

1 никает отрицательное смещение на управляющем электроде 5 относительно катода 3, которое подзагирает управляемый инжектор. В момент времени с.

2 (фиг. 2), когда разность потенциалов между управляющим электродом 5 и катодом 3 станет равной напряжению запирания инжектора, т.е. равной

1 — И, инжектор полностью запирается.

1029818

На фиг. 2 видно, что длительность спада импульса тока определяется временным интервалом t<-t2 и зависит от величины статического коэффициента усиления инжектора,4.и формы импульса 5 напряжения на катоде. Чем быстрее разность потенциалов катода и управляющего электрода достигает напряжения запирания (момент времени фиг. 2), тем круче будет спад импуль- О са тока инжекции.

Подбирая величину емкости 6 и меняя, таким образом, время разряда емкостей 6 н 7 возможно формирование крутого фронта импульса тока инжек- 1 ции (фиг. 2, кривая 14), длительность которого соответствует интервалу з

Для исключения нестабильности длительности спада импульса тока инжек- рп ции, которая может возникнуть при смене ускорительной камеры на другую, величина емкости 6 выбирается из условия: емкость 6 много больше емкости управляющий электрод-анод,прибли- 25 зительно равной емкости управляющий электрод-катод.

Нестабильность момента открытия инжектора (момент времени t> фиг.2), которая может возникнуть в результа- .1О те замены ускорительной камеры на другую или при изменении мощности накала катода 3, не влияет на эффективность захвата, так как фронт импульса тока инжекции формируется до вре- менного интервала захвага электронов в ускорение.

"В качестве базового объекта, с которым сравниваются показатели изобретения, принята система инжекции бетатрона типа MHB-4.

Предложенная система инжекции, формирующая импульсы тока с крутыми фронтом и спадом, отличается от базо. вой существенным упрощением схемы инжекции и позволяет автоматически стабилизировать мсчент начала спада импульса тока инжекции и его длительность, которая определяется, как было показано выше, в основном формой импульса напряжения и величиной емкости С.

Кроме того,.в предложенной системе для ускорения электронов в инжекторе используется полное напряжение инжекции, снимаемое с потенциального конца высоковольтной обмотки импульсного трансформатора, а в базовом объекте — только его часть, так как катод в нем подключен не к концу высоковольтной обмотки, а к ее отводу. Такое решение позволяет при прочих равных условиях в предложенной системе инжекции увеличить захваченный заряд в ускорение.

Экспериментальные исследования предложенной системы инжекции показали, что подключение управляющего электрода к заземленйому концу высоковольтной обмотки через емкость 6 позволяет формировать фронт импульса тока инжекции длительностью

5 ""10 с и спад длительностью 2 10 с

При этом наблюдалась высокая стабильность моментов отпирания и запирания инжектора. Использование полного напряжения инжекции позволило на 10-15Х увеличить по сравнению с базовым объектом захваченный заряд.

Таким образом, предлагаемая система инжекции позволяет без применения дополнительных .управляющих работой инжектора схем формировать импульс тока инжекции с крутыми фронтами, что обеспечивает повышение эффективности захвата электронов в бетатронное ускорение и снижение тепловых нагрузок на анод инжектора при повышении частоты циклов ускорения бетатрона.

Филиал HQQ "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

1029818

Фи7.2

ЗБИИПИ Заказ 4041/4 Тиваж 783

Подписное