Резонансная система для ускорителя

 

Изобретение относится к ускоряющим системам для линейных ускорителей электронов и позволяет увеличить коэффициент связи между резонаторами 1 и уменьшить габариты последних. Заряженные частицы, пролетая вдоль оси резонансной системы и взаимодействуя с ускоряющим электрическим нолем. преобразуют энергию. Внутренний прог водник (П) 4 резонатора (Р) 2 связи L-образной формы выполнен сплошным, что позволяет уменьшить его.толщину. При этом зазоры между П 4 и 5 могут быть выполнены малыми. « Например, на частоте 2450 МГц они равны 2-4мм, т.к. вР2 возбуждаются сравнительно малые напряженности электрических полей между П 4 и 5. Высота собственно Р 2 становится меньше. В случае, когда один из соседних ускоряющих резонаторов имеет фазовую протяженность ft, к середине Р 2 подключен дополнительный коаксиальный отрезок 14, внутренний и внешний П 15 и 16 которого соединены с внутренним и внешним П 4 и 5 Р 2 связи. Противоположные концы П 15 и 16 образуют нагрузочную емкость. Использование предлагаемой резонанснойсистемы позволяет величине коэффициента связи достичь 14%. 1 з.п. ф-лы, 13 ил. (С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1) 4 Н 05 Н 9/00 йФ съФс ъ-.;, „ 9

1 г

С АГ! В

2 5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4056010/24-21 (22) 21.04.86 (46) 29.02.88. Бюл. № 8 (72) 10.В. Смирнов и В.М. Зорина (53) 621.384.6(088.8) (56) Патент США № 4006422, кл. 328-233, 1975.

Нэпп Е.А., Нэпп Б.С., Поттер. Ускоряющие структуры со стоячей волной для линейных ускорителей на большие энергии. Сб. Приборы для научных исследований, 1968, № 7, с.33-40, фиг.3 4, 7. i (54) РЕЗОНАНСНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ УСКОРИТЕЛЯ (57) Изобретение относится к ускоряющим системам для линейных ускорителей электронов и позволяет увеличить коэффициент связи между резонаторами ! и уменьшить габариты последних. Заряженные частицы, пролетая вдоль оси резонансной системы и взаимодействуя с ускоряющим электрическим полем, „„Я0„„1378О92 А1 преобразуют энергию. Внутренний про- водник (П) 4 резонатора (Р) 2 связи

L-aáðàçíoé формы выполнен сплошным, что позволяет уменьшить .его. толщину.

При этом зазоры между Л 4 и

5 могут быть выполнены малыми. ю

Например, на частоте 2450 МГц они равны 2 — 4 мм, т.к. в P 2 возбуждаются сравнительно малые напряженности электрических полей между П 4 и 5.

Высота собственно Р 2 становится меньше. В случае, когда один из соседних ускоряющих резонаторов имеет фазовую протяженность Pcl, к середине P 2 подключен дополнительный коаксиальный отрезок 14, внутренний и внешний П 15 и 16 которого соединены с внутренним и внешним П 4 и 5 P 2 связи, Противоположные концы П 15 и

16 образуют нагруэочную емкость. Использование предлагаемой резонансной системы позволяет величине коэффициента связи достичь 14Ж. 1 з.п. ф-лы, 13 ил.

1378092

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к ускоряющим системам для линейных ускорителей электронов.

Цель изобретения — увеличение коэффициента связи между резонаторами, уменьшение резонаторов резонансной системы.

На фиг.l изображен разрез А-А íà 10 фиг.7 (резонансная система для уско= рителя); на фиг.2 — разрез Б-Б на фиг.l (коаксиальные резонаторы Lобразной формы с прямоугольной формой проводников; на фиг.3 — разрез В-В 15 на фиг.l; на фиг.4 — предлагаемый резонатор связи L-образной формы со скругленной формой проводников; на фиг.5 — конструктивная схема полуволнового коаксиального резонатора с 20 распределением магнитных полей; на фиг.6 — резонатор связи Е-образной формы; на фиг.7 — разрез Г-Г на фиг.l (резонансная система для ускорителя1.

/1 иа фиг. 8 — разрез Д-Д на фиг. 1; на фиг.9 — резонансная система для ускорителя; на.фиг.10 — сечение Е-Е на фиг.9; на фиг.ll — эпюра распределе-.. ния тока вдоль оси резонатора связи; на фиг.12 и 13 часть резонансной сис- ЗО темы для ускорителя;

Резонансная система для ускорителя (фиг.l) состоит иэ ускоряющих резонаторов l, боковых резонаторов 2 свЯэи ОкОК 3 между ускОрЯющими зонаторами и коаксиальными резонаторами связи, каждый иэ резонаторов связи содержит внутренний 4 и внешний 5 проводники, причем частью стерки внешнего проводника резонатора 40 связи является часть стенки ускоряющего резонатора 6, внешний и внутренний проводники выполнены L-образной формы и на обоих торцах между собой проводники закорочены проводящими пластинами (фиг.2), около которых располагаются окна 3 между смежными резонаторами. Ускоряющие резонаторы снабжены трубками 7 дрейфа и отверстиями 8 для пролета заряженных частиц, высокочастотная энергия в резонансную систему подается через ввод

9 и щель 1.0 в стенке ускоряющего резонатора.

На фиг.2 и 3 обозначены внешний

5 и внутренний 4 проводники, закора. чивающие проводящие пластины 11.

Пластина 12 является частью внешнего проводника и предназначена для частичного разделения объема резонатора связи. В частном случае пластину 12 можно не устанавливать.

Крестиками на фиг.5 обозначено направление магнитных силовых линий от нас, точками — к нам. У эакорачи- вающих проводящих пластин 11 на торцах направление магнитных силовых линий противоположное. В резонаторе связи L-образной формы (фиг.6) из-за наличия сгиба проводников у проводящих пластин 11 направление магнитных силовых линий одинаковое, что видно из расположения крестиков и точек.

Условие одинакового направления магнитных полей у окон 3, выполненных в стенках смежных ускоряющих резонаторов, является необходимым для возбуждения в резонансной системе колебаний типа ((/2.

Резонансная система для ускорителя (фиг.9) состоит из ускоряющих резонаторов 1, включающих в себя трубки 7 дрейфа с пролетным каналом, образованным отверстиями 8, окон 3, бокового резонатора 13 связи, который имеет форму резонатора связи, предс-; тавленного на фиг.l и 2 и состоящего из внутреннего 4 и внешнего 5 проводников L-образной формы, пластины 12 с подключенным к середине проводников дополнительным коаксиальным отрезком

14, состоящим иэ внешнего 15 и внутреннего 16 проводников, нагруэочной емкости 17, сформированной торцовыми пластинами этих проводников. Часть стенки ускоряющего резонатора 6 является одновременно частью стенки проводника 15.

Крестиками и точками на фиг.10 обозначено направление магнитных силовых линий. Сравнивая распределения магнитных силовых линий на фиг.6 и

10, видно, что у обеих закорачивающих проводящих пластин ll направление . магнитных силовых линий одинаковое.

Условие одинакового направления магнитных силовых линий у окон 3 является необходимым для возбуждения в резонансной системе колебаний типа ((/2.

Максимальные значения токов (фиг.ll) возбуждаются у закорачивающих пластин ll и имеют одинаковую фазу, величина амплитуды тока спадает по закону, близкому к косинусоидальному. После стыковки коаксиальных отрезков эпюра тока представлена в виде одной линии.,1378092

По конструкции и распределению тока резонаторы связи, представленные на фиг.6 и 10, различны. Резонатор, изображенный на фиг.б, представляет

5 собой коаксиальный резонатор с электрической длиной близкой к, в котором амплитуда тока имеет:максимальное значение у закорачивающих проводящих пластин, а минимальную амплитуду — в районе середины резонатора вдоль осевой линии. Резонатор связи, представленный на фиг.10, выполнен в виде разветвленной коаксиальной линии, два ответвления, которой объединяются и к ним подключается дополнительный коаксиальный отрезок 14. Максимальные . значения амплитуд токов — у закорачивающих пластин, минимальное — у нагрузочной емкости (фиг.11). Резонато-20 ры связи, представленные на фиг.10, целесообразно устанавливать на резонаторах с фазовой протяженностью меньше единицы, т.е. на резонаторах, предназначенных для группировки заря-25 женных.частиц, так как эти резонаторы имеют меньшие продольные размеры, чем резонаторы с фазовой протяженностью, равной единице. Резонатор связи, представленный,на фиг.10, имеет мень- 30 шие продольные размеры, чем резонатор связи, представленный на фиг.2, так как подключен коаксиальный отрезок с нагрузочной емкостью.

На фиг.12 представлена часть резо35 нансной системы для ускорителя с резонаторами 2 связи, представленными на фиг.2, и расположенными поочередно сверху и снизу. На фиг.12 обозначены ускоряющие резонаторы 1 и окна

3 между резонаторами связи и ускоря1 ющими резонаторами. Более длинные отрезки резонаторов связи направлены в противоположные стороны.

На фиг.13 представлена часть резо- 45 нансной системы для ускорителя, которая содержит ускоряющие резонаторы 1 с фазовой скоростью =1; резонаторы

2 связи, представленные на фиг.2; окна 3; резонатор 13 связи, представ- ленный на фиг.10; резонатор группирователя 18 с фазовой скоростью р а1.

Более длинные отрезки резонаторов 2 связи направлены в одну сторону (в отличие от фиг.12).

Резонансная система для ускорителя работает следующим образом.

Через ввод 9 высокочастотной (ВЧ1 мощности в систему подается ВЧ-энергия и между трубками дрейфа возбуждается ускоряющее электрическое поле. Заряженные частицы, пролетая вдоль оси резонансной системы, взаимодействуют с электрическими полями и приобретают энергию.

Резонансная система работает на типе колебаний М/2, в смежных ускоряющих резонаторах в заданный момент времени электрические поля находятся в противофазе, что может быть достигнуто, если силовые линии магнитных полей у окон 3 в резонаторе связи имеют одинаковые направления. Иода колебаний в коакснальных отрезках резонатора связи — тем. В предлагаемой конструкции резонатора связи резонансной системы последнее условие выполнено, что и показано на фиг.6.

В случае, когда один из соседних ускоряющих резонаторов имеет фазовую протяженность р (1, используются резонаторы связи, представленные . на фиг.10. Тип колебайий в системе с таким резонатором связи так же /2, так как у окон в резонаторе связи магнитные силовые линии имеют одинаковое направление, следовательно, выполнено условие для возбуждения этого типа колебаннй. Расчет предлагаемой резонансной системы для ускорителя может быть проведен по известной методике работы.

По эффективному шунтовому сопро-: тивлению предлагаемая резонансная система и резонансная система-прототип практически равнозначны, так как этот радиотехнический параметр резонансной системы определяется значениями шунтового сопротивления и коэффициента пролетного времени ускоряющих резонаторов в отдельности, которые в сравниваемых резонансных системах практически одинаковые. В плане подстройки резонансной системы после пайки возможности предлагаемой системы и системы-прототипа также практически одинаковые, так как в предлагаемой системе эта подстройка может быть осуществлена путем прогиба стенки внешнего проводника резонатора связи»

Однако по высоте предлагаемый резонатор связи меньше, чем резонатор связи Н-образной формы в системе-прототипе, что достигается за счет уменьшения толщины внутреннего проводника, которая ограничивается механической

1378092 его прочностью, и зазоров между проводниками, которые ограничены электрической прочностью. Но эти зазоры могут быть выполнены малыми, например на частоте колебаний 2450 ИГц они равны 2-4 мм, так как в резонаторах связи возбуждаются сравнительно малые напряженности электрических полей между проводниками и могут достигать всего нескольких кВ/см. Уменьшение толщины внутреннего проводника в резонаторе связи системы-прототипа наоборот приводит к увеличению диаметра резонатора связи.

Конструктивно щель связи может быть выполнена с азимутальной протяженностью, близкой к 90, С большей азимутальной протяженностью проводники выполнить затруднительно, ввиду того, что они имеют 1 -образную форму и электрическая длина резонатора связи близка к й. Ограничение азимутальной протяженности щели вызывается и другими причинами: требованием к однородности ускоряющего электрического поля между трубками дрейфа, так как щели искажают электрические поля в зазоре, и.возбуждением паразитных. типов колебаний в области щели, которые отбирают часть энергии из резонатора и т.д.

В предлагаемой резонансной системе коэффициент связи может быть достигнут порядка 147. Коэффициент связи в резонансной системе-прототипе достигает (5-7X). Более высокий коэффициент связи в предлагаемой системе позволяет снизить требования к изготовлению и, следовательно, снизить стоимость изготовления резонансной системы в сравнении со стоимостью системы-прототипа.

Формула изобретения

1. Резонансная система для ускорителя, выполненная в виде ускоряющих

15 резонаторов и боковых резонаторов связи, содержащих коаксиальные внешний и внутренний проводники, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения коэффициента связи между

20 резонаторами и сокращения поперечных размеров, внутренний проводник резонатора связи выполнен сплошным, а резонатор связи выполнен L-образным.

2. Резонансная система по п.1, 25 отличающаяся тем, что, с целью уменьшения продольных размеров резонатора связи, к середине последнего подключен коаксиальный отрезок, внутренний и внешний проводники кото30 рого одним концом подключены соответственно к коаксиальным внутреннему и внешнему проводникам резонатора связи, а противоположные концы коаксиального отрезка образуют нагрузочную емкость.

4,1378092

11

r-r

5 2

1З

15 рце. а. l378092

4ие. 1f

1378092

18

Составитель И. Зацепина

Редактор Т. Парфенова Техред Л.Сердюкова Корректор С, Черни

Заказ 894/58 Тираж 833 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4