Линейный ускоритель электронов

 

ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕШ ЭЛЕКТРОНОВ по авт. свид. № 624546, отличающийся тем, что, с целью увеличения выходной энергии ускоряемых электронов,в него введены два симметрично расположенных высокодобротных резонатора, вклюЧенные в цепь обратной связи через высокочастотный мост, и устройства для ступенчатого изменения коэффициента связи.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 01) (з) Н 05 Н 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

СВЕФ -7

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Iö;.

К ABTOPCNOMV СаидатВЪСтви. (61) 624546

; (21) 3600245/18-21 (22) 03.06.83 (46) 15.11.85. Бюл. 9 42 (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-физический институт (72) Б.Ю.Богданович, А.П.Игнатьев и В.А.Останин (53) 621.384.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ó 624546 ° кл. Н 05 Н 7/02, 26.04.77, (54) (57) ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕ Ъ ЭЛЕКТРОНОВ IIo авт. свид. У 624546 ° отличающийся тем, что, с целью увеличения выходной энергии ускоряемых электронов,в него введены два симметрично расположенных высокодобротньм резонатора, вклю ченные в цепь обратной связи через высокочастотный мост, и устройства для ступенчатого изменения коэффициента связи.

1123524

Изобретение относится к ускорительной технике, конкретно - к сильноточным ускорителям заряженных частиц с малой длительностью им1 пульса тока, и предназначено.для S использования в ядерной физике, радиационной химии, активационном анализе, дефектоскопии и т.д.

Наиболее близким известным техническим решением является линейный 10 ускоритель электронов по основному авт.св. У 624546, содержащий инжек- а .тор, две ускоряющие секции, источник высокочастотной мощности, соединенный через волноводный тракт, вклю-15 чающий фазовый инвертор, с первой ускоряющей секцией, а высокочастотные вход и выход второй секции соединены с .цепью обратной связи, со.держащей фазовращатель (1) . 20

Вторая секция вместе с каналом обратной связи образует резонатор с бегущими волнами (РБВ), который выполняет функции накопительного и ускоряющего устройства. 25 Рабочии цикл ускорителя состоит из двух периодов. На первом происходит возбуждение РБВ сгруппированным релятивистским пучком, Причем поле во второй секции воздуждается в противофазе по отношению к фазе колебаний в первой секции. После установления стационарного режима инвертируется фаза колебаний на входе первой ускоряющей секции. При этом в оставшуюся часть импульса частицы будут ускоряться как в первой, так и во второй секциях.

В таком устройстве невозможно увеличить энергию заряженных частиц на выходе ускорителя более, 40 чем в два раза, по сравнению с энергией частиц инжекционного ускорителя, добротность используемого нако-, пителя. недостаточно высока.

Целью изобретения является уве личение выходной энергии ускоряемых электронов.

Поставленная цель достигается тем,, что в известный линейный ускоритель электронов по авт. св. У 624546 50 введены два симметрично расположенных высокодобротных резонатора, включенных в цейь обратной связи через высокочастотный мост и устройства для ступенчатого изменения коэффи- 55 циента связи.

Таким образом, поставленная цель достигается путем разделения функ2, ций накопительного и ускоряющего, устройств. Накопление энергии происходит в высокодобротных резонаторах, а отбор энергии пучка осущест вляется в секции замедляющей структуры.

Структурная схема ускорителя представлена на чертеже.

Ускоритель состоит. иэ инжектора

1, первый ускоряющей секции 2, питание которой осуществляется от генератора СВЧ-мощности 3 с фазовым инвертором в выходном каскаде, и накопительного устройства, включающего в себя вторую ускоряющую секцию - отрезок замедляющей структуры (например, круглого диафрагмированного волновода) 4, вход и выход которого соединены линией обратной связи с фазовращателем 5. В тракт обратной связи через высокочастотный мост 6 включены высокодобротные резонаторы 7 с устройствами 8 для ступенчатого изменения коэффициентов связи. При этом фазовращатель

5 настроен так, что электрическая длина тракта обратной связи от выхода второй ускоряющей секции 4 до устройств 8 для ступенчатого изменения коэффициентов связи и от данных устройств 8 до .входа во вторую ускоряющую секцию 4 выбирается равной 360 С.

Устройство работает следующим образом.

В течение первой (основной) части длительности импульса тока пучка происходит запасание энергии поля излучения в резонаторах 7.

Процесс запасания энергии в резонаторах можно интерпретировать следующим образом. В начальный момент времени почти вся энергия поля излучения отражается от резонаторов и накапливается в резонаторе с бегущими волнами, образованными второй ускоряющей секцией и трактом обратной связи, Вследствие этого мощность ВЧ-поля, падающего на аппаратуру связи резонатора 7, быстро возрастает. В стационарном режиме петля обратной связи оказывается разорванной, так как вся излученная во второй секции энергия ВЧ-поля поступает только в резонаторы 7, компенсируя омические потери в нем.

В переходном режиме амплитуда мощности ВЧ-пЬля, падающего на ре1123

Редактор Л.утехина Техред ЛМикеш Корректор Е.Рошко

Заказ 7026/3 Тираж 793 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская. наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4.зонаторы, превышает мощность поля, :поступающего в резонаторы в установившемся режиме. Это приводит к увеличению скорости нарастания амплитуды поля в резонаторах 7. Следовательно, возможно использовать высокодобротные резонаторы для на.— копления энергии поля излучения при тех же параметрах пучка, что и в прототипе.

В.течение второй части импульса тока энергия, накопленная в резонаторах, используется для ускорения заряженных частиц. Это осуществляется устройствами 8 для изменения коэффициента связи резонаторов 7, позволящими быстро перенести накопленную в резонаторах энергию во вторую ускоряющую секцию 4. При этом электрическая длина тракта обратной связи от резонаторов 7 до входа в секцию 4 выбрана так, чтобы поле, поступающее из резонаторов 7 в секцию 4, было ускоряющим для пучка. 25

Данное устройство имеет сущеетвенные преимущества по сравнению с ускорителями с накоплением энергии в РБВ.

Применение накопительного устрой ства, в котором разделены функции накопления и использования энергии, позволяет накапливать энергию в высокодобротных резонаторах, что дает

524 4 с возможность увеличить амплитуду тока пучка, пролетающего через накопительный элемент.

Это позволяет запасти больше энергии ВЧ-поля излучения пучка, чем в прототипе - базовом объекте, и обусловливает больший прирост энергии частиц в накопительном элементе.

Как показывают расчеты, прирост энер-. гии частиц в накопительном элементе заявляемого объекта в 1,5-2 раза больше, чем в .прототипе.

В качестве примера рассмотрим результаты расчета ускорителя с накопительным элементом с параметрами, которые являются типичными для ускорителей на малую энергию.

Длина ускоряющей секции 2 м.

Собственная добротность резонаторов

60000 а/g! = 0,14 °

При этих значениях длительность интервала времени, в течение которого амплитуда поля в резонаторах достигает своего максимального значения, составляет 2,3 мкс, что примерно соответствует времени возбуждения резонатора с бегущими волнами; образованного отрезком КДВ той же длины с линией обратной связи.

Для выбранных выше параметров предложенное устройство позволяет увели-. чить энергию на выходе ЛУЭ в 1,6 раза по сравнению с прототипом.