Наносекундный ускоритель

 

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для генерации мощных импульсных пучков. Сущность изобретения: формирующая линия выполнена в виде набора полосковых линий коаксиального исполнения, с коммутацией четных линий через кабели, охватывающие общий ферромагнитный сердечник, размещением источника питания и разрядника во внутренней полости набора полосковых линий и подключением его через кабель, охватывающий ферромагнитный сердечник 2зпф-лы,4ия

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K ПАТЕНТУ

ЬЭ (Р сР

4:ь

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

1 (21) 4910932/21 (22) 13,02.91 (46) 15.11.93 Бюл. f4 41-42 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики лри Томском политехническом университете (72) Фурман 3.Г. (73) Научно-исследовательский институт ядерной физики лри Томском политехническом университете (54) НАНОСЕКУНДНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к ускорительной тех(в) RØU3 (1ц 2003243 С1 (51) 5 Н05Н5 00 нике и предназначено для генерации мощных импульсных пучков. Сущность изобретения: форми— рующая линия выполнена в виде набора полосковых линий коаксиального исполнения, с коммутацией четных линий через кабели, охватывающие общий ферромагнитный сердечник, размещением источника питания и разрядника во внутренней полости набора полосковых линий и подключением его через кабель, охватывающий ферромагнитный сердечник 2 з.п,ф-лы, 4 ил.

2003243

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для генерации мощных пучков заряженных частиц в наносекундной области, Наиболее мощные потоки заряженных частиц получают в случае, когда формирование идет непосредственно от одинарной формирующей линии, Для обострения импульса и повышения импульсной мощности используются обостряющие разрядники и согласующие линии, с тем, чтобы за время пробега золны вдоль линии передать ее в нагрузку, т.к, только в этом случаа обеспечив".eòcë максимальная скорость вывода энергии.

Целью изобретения является повышение импульсной мощности и уменьшение весогабаритных характеристик устройства, На фиг. 1 показана схема ускорителя; на фиг,2,4 — варианты электрических схем; на фиг.3 — эпюры действующих токов и напряжений в схемах, На фигурах обозначено: 1-0 — электроды полосковых формирующих лиг ий, 9 — 12— соединительные кабели-витки, 13 — ферромагнитный сердечник; 14 — разрядни:; 15— управляющий электрод; 16 — датчик нуля тока; 17 — импульсный трансформатор; 18— обостряющий разрядник; 19, 20 — катод— анодный промежуток; 21 — изолятор; 22— накопительный конденсатор; 23 — тиристор;

24-- реэ стор» L.ндуктив ость. Нэ ф f.3 показаны эпюры; 25 — напряжение накопительного конденсатор ; 26 — напряжение четных линий; 27 — напряжение нечетных линий; 28 — импульс датчика нуля тока; 29—

ЭЦС однбго витка сердечника 13; 30 — ток намагничивания сердечника 13; 31 — напряжение на обостряющем разряднике; 32— ток в катод — ан одном п ромежут ке.

Конструктивно ускоритель содержит полосковые формирующие линии коаксиального исполнения с электродами 1 — 8, которые через кабели 9 — 11, уложенные вокруг ферромагнитного сердечника 13, подключены к разряднику 14, кабель 12 подключает первичный источник энергии, расположенный вне корпуса ускорителя(накопительный конденсатор 22, тиристор 23), к импульсному трансформатору 17. ИMïóëüсный трансформатор 17, разрядник помещены во внутренней полости набора полосковых линий. Синхронизация разрядника осуществляется импульсоы с датчика нуля тока 16, подключенного к пусковому электроду 15. Внешний электрод 1 и внутренний электрод 0 чераз обостряющий разрядник 18 подключены к катод — анодному промежутку 19, 20, у которых изолятор 21 с одной стороны образует корпус обостряющего разрядника, а с другой — вакуумную камеру ускорителя. Работает устройство следующим образом, В исходном состоянии накопительный конденсатор 22 заряжен до требуемого напряжения, энергия в остальных элементах схемы отсутствует, При включении тиристора 23 накопительный конденаатор 22 через кабель 12 подключается к первичной обмотке импульсного трансформатора 17. ЭДС вторичной обмотки прикладывается к разряднику и через . кабели-витки 9, 10, 11 заряжаются. четные линии Cz, С4, С6, фиг.2.

Нечетные линии С1, Сз, Cs, Czзаряжают"5 ся через соседние кабели, например Су по оплетке кабеля 12 и центральной жиле кабеля 9, а Сз по оплетке кабеля 10 и центральной жиле кабеля 11. Поскольку кабели-витки

9 — 12 имеют разные числа витков вокруг сер20 дечника 13 (кабель-виток 11 — 1 виток; 10—

2 витка; 9 — 3 витка; 12 — 4 витка) при заряде нечетных линий возникают некомпенсированные ампер-витки, которые размагничивают сердечник 13. В момент времени 11, когда ток заряда емкостей C> — С7 полосковых формирующих линий переходит нулевое значение, а магнитное состояние сердечника характеризуется величиной остаточной магнитной индукции — Br, формируется импульс с датчика нуля тока 16 на запуск разрядника 14, При пробое разрядника четные линии

Cz, С4, С6 через кабели-витки и разрядник разряжаются и перезаряжаются. Нечетные линии С1, C3, Cs, С7 могут разряжаться только через виток, охватывающий ферромагнитные сердечники, например Cs, через оплетку кабеля 9 и центральную жилу кабеля 10, но, поскольку у кабелей 9 и 10 разное число витков, путь разряда С5 ограничен током витка, охватывающего ферромагнитный сердечник, который перемагничивается, Отметим, что напряжение на четных емкостях полосковых линий при их разряде

45 и переэаряде уравновешивается на индуктивности кабеля, и к виткам, образованным соседними, прикладывается напряжение, равное зарядному напряжению U< одной полосковой линии. Гсли емкости линий и длины кабелей-витков 9-11 равны, то четные емкости к моменту времени ц полностью перезаряжаются, Нечетные емкости разряжаются током перемагничивания сердечника, и напряжение на нечетных емкостях 27 уменьшается незначительно. В момент времени tz ЭДС всех емкостей линий С1-С7 складывается и набор полосковых линий можно представить как одинарную коаксиальную линию с внешним электродом 0 и внутренним 1, подклю2003243 (56) Кремнев В.В., Месяц Г.А. Методы умножения и трансформации импульсов в сильноточной электронике. Новосибирск, Наука, 1987, с.57 — 64.

Ковальчук Б.Н. и др. Сильноточный наносекундный ускоритель для исследования быстропротекающих процессов. — ПТЭ, 1981, N4,,с.15 — 18, Формула изобретения помощью кабеля, охватывающего общий

1. НАНОСЕКУНДНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ, 50 ферромагнитный сердечник, числом витсодержащий катод-анодный промежуток, ков, определяющимся номером линии, обостряющий разрядник, формирующие подключена к разряднику. линии, источник питания, отличающийся 2. Ускоритель по п,1, отличающийся тем, что, с целью повышения импульсной тем, что первая четная линия расположена мощности и уменьшения массогабаритных 55 на внутреннем диаметре набора полоскохарактеристик, формирующая линия вы- вых линий, а источник питания располополнена в виде нечетного числа 2п + 1, где жен внутри набора полосковых линий, n = 1, 2, 3...Д полосковых линий коаксиаль- подключен к разряднику и внутренней об, ного исполнения, имеющих 2(п + 1) обкла- кладке и соединен с первичным источнидок, причем каждая четная линия с ком энергии кабелем, охватывающим ченную через обостряющий разрядник 18 и катод-анодному промежутке, В момент времени t< к обостряющему разряднику прикладывается напряжение О,, так как до момента времени t> четные и нечетные ли- 5 нии уравновешивают ЭДС друг друга, кроме одной. К моменту времени сз (окончание перезаряда четных линий) ЭДС на обостряющем разряднике достигает значения (2п + 1)

U<, в рассматриваемом случае и = 3, Обост- 10 ряющий разрядник пробивается в момент времени t2, и есЛи импеданс нагрузки соответствует волновому сопротивлению коаксиальной линии, образованной электродами 1 и 8, то за время двойного пробега волны по 15 длине линии 1, фиг.1, в катод-анодном промежутке формируется импульс длительностью г, амплитудой п0О. Если выполняется условие: пробой обостряющего разрядника происходит в момент времени (tz), отстоя- 20 щий от момента времени (тз) окончания перезаряда линии на время пробега волны по длине линии (т.е. z/2), то в согласованном режиме вся энергия линий С1 — С2 будет передана в нагрузку, за исключением потерь 25 при перезаряде четных линий, перемагничивании се рдеч н и ка 12. В витках-кабелях останется только ток перемагничивания 30 ферромагнитного сердечника 13.

На фиг,4 показана схема, у которой ис- 30 точник питания и разрядник имеют потенциал внешней обкладки набора полосковых линий, т.е. имеют потенциал корпуса ускорителя. При этом, число линий на фиг.4 равно 9 = 2п + 1, где n = 4, и число кабелей для 35 коммутации линий равно и. Для заряда линии Cg, расположенной на внутреннем диаметре набора полосковых линий, обкладка

2 (п + 1) = 10 и обкладка 2п = 8 соединены между собой резистором или индуктивно- 40 стью и емкость Cg заряжается параллельно емкости Св через кабель 12. Принцип работы схемы аналогичен выше рассмотренному, Таким образом, в предлагаемом наносе- 45 кундном ускорителе формирование импульса тока происходит от одинарной формирующей линии, напряжение на которой складывается от отдельных полосковых линий, и на этапе формирования используется деление высокого напряжения обкладками полосковых линий, т.е. используется эффективный емкостный метод деления потенциала. В отличие от известных импульсных ускорителей использована для сложения напряжения последовательных линий ЭДС самоиндукции, возникающая вокруг общего сердечника системы витков, и коммутация линий осуществляется в одной точке. Отсутствие в цепи формирования импульса тока в анод — катодном промежутке узлов коммутации, кроме обостряющего разрядника, позволяет исключить дополнительные импедансы коммутации, присущие ранее известным схемам, и тем самым повысить импульсную мощность, а размещение источника питания внутри набора полосковых линий позволяет уменьшить весогабаритные характеристики.

Использование конденсаторного метода деления потенциала обкладками полосковых линий позволяет значительно поднять напряженность электрического поля в изоляции коаксиальной линии, образованной крайними обкладками набора полосковых линий, работающей на катод— анодныи промежуток ускорителя, что достигнуто. применением гальванической развязки линий на ЭДС самоиндукции ферромагнитного сердечника и тем самым иметь удельные мощности в пучке, недостижимые в известных ускорителях прямого действия.

2003243

1 23 45678

tr$) ферромагнитный сердечник (n + 1)-м витком.

3, Ускоритель по п,1, отличающийся тем, что первая четная линия расположена на внешнем диаметре набора полосковых линий, источник питания непосредственно. подключен к разряднику и первому внешнему электроду, а внутренние электроды

2п и 2(n + 1) набора полосковых линий сое5 динены между собой резистором или индуктивностью.

2003243

2003243

Заказ 3238

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035,fAoc ea,Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель 3. Фурман

Редактор Н. Семенова Техред M,Moðãåíòàë Корректор П. Гереии