Линейный индукционный ускоритель

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советским

Ссщиалнстическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 200477(21) 2476908/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51)М. Кл.

Н 05 Н 9/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 050579 Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 0505.79 (53) УДК 621 384 6 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.C.Áóõàðîâ, A.È.Ãåðàñèìoâ и В.A.Tàíàíúêèí (71) Заявитель (54) ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц, а конкретнее — к линейным индукционным ускорителям-ЛИУ.

Известен ЛИУ, состоящий из беэ желеэных индукторов, расположенных вдоль общей оси и образующих ускоряющую систему. В каждом индукторе содержится кольцевой накопитель из сосредоточенных конденсаторов и четырехканальный управляемый разрядник с кольцевыми электродами, охватывающими область ускорения. Разрядные каналы распределены равномерно по окружности электродов разрядника и число их выбирается таким, чтобы общий магнитный поток и силовые линии магнитного поля каналов имитировали с допустимой погрешностью поток и линии поля кольцевого разряда. Для синхронного инициирования в каждом коммутаторе разрядных каналов подается на управляющие электроды коммутаторов импульс высокого напряжения с амплитудой в несколько десятков КВ с крутым передним фронтом. Этот импульс формируется во внешнем синхронизирующем генераторе и передается к индукторам по параллельно соединенным отрезкам коаксиальных кабелей равной длины, по два отрезка на один индуктор. Каждый кабелЬ через два раэводя- ьщх проводника присоединен к двум управляющим электродам. Для повышения надежности инициирования разрядных каналов удвоенная электрическая длина каждого разводящего проводника должна быть больше разброса времени задержки включения каналов (1).

Недостаток таких ЛИУ заключается в сложности конструкции синхрониэирующего генератора:в связи с большим числом соединительных. кабелей между генератором и каждым индуктором, а особенно при ускорении сильноточных импульсных пучков электронов, "для проводки которых необходимо увеличение диаметра области ускорения и увеличения числа разрядных каналов в разряднике каждого индуктора. Кроме того трудно обеспечить согласование волнового сопротивления кабеля с общим волновым сопротивлением разводящих проводников и одновременно обес- печить необходимую электрическую прочность проводников и узла их соединения с кабелем.

11аиболее близким техническим решением является линейный индукционный ускоритель, содержащий соо,".но распобб 1857 ложенные индукторы с распределенными накопителями энергии, генераторы импульсов пускового напряжения, волноволы, соединяющие генераторы с управляю.щими электродами коммутаторов индукторов, и источники для зарядки емкостных накопителей и генераторов (2) .

Н таком индукторе обеспечивается пь сравнению с индуктором с кабельной разводкой лучшее согласование волновых сопротивлений разветвлений 10 и более высокая электропрочность.

Кроме того, упрощается-конструкция каждого индуктора из-эа меньшего числа вводов в него фидерных линий от .внешнего генератора, особенно при 15 ускорении сильноточных пучков элект» ронов.

Недостатками такого индукционного ускорителя являются его боЛьшая осевая протяженность из-за сложной про-. странственной геометрии маслонапол». ненногб волновоца, больших его габаритон в каждом индукторе, большие поперечные размеры ЛИУ из-за размещения генераторов синхронизирующих импульсов вне ускоряющей системы ЛИУ и, как следствие этого, увеличение длины волновода а, следовательно, снижение его электрической прочности, рост затухания амплитуды и завала переднего фронта передаваемого пуско- 0 вого импульса; сложность конструкции

H изготовления герметичного волковода с пространственно профилированными поверхностями внешнего и внутреннего его проводников. 35

Целью настоящего изобретенйя является уменьшение габаритных размЕров ускорителя и упрощение его конструкции.

Поставленная цель достигается тем, 40 что в каждом индукторе размещен свой генератор накопитель которого и разводящий волновод выполнены в виде полосковых симметричных линий с потенциальными электродами, расположен- 45 ными между заземленными дисковыми электродайи, по меньшей мере один иэ. которых является электродом распределенного накопителя индуктора, и соединейы между собой управляемым разрядником.

Яакопитель генератора может быть выполнен и в виде двойной формирующей линии.

При этом участки разводящей полос.ковой линии, отстоящие на равной электрической длине от коммутатора накопителя индуктора, выполнены с увеличивающимся. волновым сопротивле" " нйем"в"направлении распространения пускового импульса к коммутатору, 60 а потенциальный электрод накопителя генератора соединен через импеданс с потенциальным электродом индуктора, подключенным к источнику напряжения зарядки.

Кроме того, участок потенциального электрода разводящей линии, присоединенный через разрядник к генератору, выполнен с одним или несколькими разрядными промежутками.

На фиг. 1 изображен линейный индукционный ускоритель r-.ðè использовании в каждом ийдукторе одиночной симметричной полосковой линии в качестве накопителя синх1..низирующего генератора на фиг, 2 — при использовании полосковых линий, соединенных по схеме двойной формирующей линии.

В каждом индукторе 1 ЛИУ (фиг.1) потенциальный электрод 2 емкостного накопителя индуктора выполнен, например, в виде диска и присоединен к внешнему источнику напряжения за-, рядки, например к источнику импульсного напряжения, источник и соединения с ним не показаны. Электрод 2 образует относительно боковых дисковых заземленных электродов 3 и 4 индуктора распределенный накопитель— радиальную линию. Электроды 3 и 4 соединены с внешним металлическим корпусом 5 ускорителя. Пространство между 3 и 4 заполнено жидким диэлектриком, например, конденсаторным маслом. Между 2 и 4,размещен охватывающий область ускорения 6 кольцевой коммутатор 7, например, газонаполненный разрядник с симметрично расположенными по окружности основного электрода разрядника восемью управляюшими электродами В в виде цилиндрических стержней. Между 4 и боковым электродом 9, этим- электродом может служить одновременно электрод 3 левого (фиг1) индуктора, расположены плоские потенциальные электроды 10 и 11 соответственно накопителя генератора и разводящего фидера. Электрод 10 подключен к внешнему источнику напряжения зарядки накопителя.

Между 10 и 11 размещен симметрично относительно краев этих электродов управляемый разрядник 12 с изоляцией его электродов, образующих разрядный промежуток, например конденсаторным маслом. Электрод 11 соединен через резистор или катушку индуктивности с любой заземленной деталью индуктора для снятия остаточного заряда.

Электрод 11 на обоих краях разветвляется симметриЧно относительно разрядника 12 на два одинаковой длины плоских электрода 13, каждый из которых, в свою очередь раздваивается на проводники 14, соединенные с управляющими электродами 8. Положение потенциальных электродов 10 и ll зафиксировано относительно поверхностей электродов 4 и 9 при помощи изоляторов, например из полиэтилена, а пространство между 4 и 9 сообщается с объемом индуктора и тоже заполнено маслом. От разрядника 12 до каждого

Б 661857 6 управляющего электрода 8 электричес- чае является то, что он состоит иэ кие длины участков фидера равны меж- двух металлических полос, электричесду собой. Для уменьшения искажения ки соединенных у Разрядника 12 (сеформы подаваемого на электроды 8 чение Д-Д), который при его срабаимпульса управляющего напряжения son- тывании соединяет потенциальный элекновое сопротивление симметричной трод генератора с электродами 4 и 9, полосковой линии с участком потек- 5 а не соединяет между собо1 потенци" циального электрода 11 равно общему альные ЭЛектроды генератора и фндера. волновому сопротивлению двух одина- В связи с этим участок потенциального ковых параллельно соединенных линий электрода фидера, который по схеме с Потенциальными проводниками 13; (фиг.1) подключался через 12 к выховолновое сопротивление каждой линии f0 ду накопителя генератора, в данном с потенциальным проводником 13 рав- случае имеет большую длину и являетно общему волновому сопротивлению ся одновременно внутренним проводнидвух параллельно соединенных линий ком полоскового накопителя генератос проводниками 14. ра. Этот участок соединен через инВозможно иное Размещение разрядни- )5 дуктивность или резистор ". эаземленныка 12, в частности, он может быть ми электродами индукторов согласно вынесен к внешнему периметру корпуса принципа действия двойной формирую5, как это показано штриховыми линия- щей линии. ми на сечении A-A. Ускоритель работает следующим об-.

Выполнение участков разводящего разом. фидера с увеличивающимся волновым 1Накопители заряжаются от внеш". сопротивлением по мере прибли;кения них источников и по достижении опрефидера к электродам 8 прегставлено деленной разности потенциалов между на сечении Б-Б; ширина металлических электродами накопителей индукторов полос участков 13 и 14 потенциально- и генераторов срабатйваЮт одновременго электрода постепенно уменьшается 25 но или по заданной временной програм" по направлению к электродам 8. ме Разрядники 12, и в каждый разводяВариант конструкции лиу при нали- щий фидер подается импульс управляю-; чии одного ввода высокого напряжения щего напряжения, который, pacnpooTpiот внешнего йсточника в каждый индук- няясь по симметричным относительно

:тор и зарядки его накопйтеля и -накоПй-2 разрядника 12 участкам фидера с потеля генератора от общего источника тенциальными электродами 11(и прохопоказан на примере левого индуктора . дя затем последовательно все раэветв" на фиг. 1, обозначения элементов в ления фидера, достигает одновременно котором принимаем аналогичными ука- . всех управляющих электродов 8.:Так занным выше для правого индуктора.;- 8 как волновое сопротивление каждого

B плоскости электрода 4 размещен изо- участка до его разветвления Равно лированный от него и соединенный с общему волновому сопротивлению паэлектродом 10 дополнительный элект- раллельно соединенйых разветвляющих род 15, например,.в виде диска, кото- его линий, то, если не считать порый относительно 2 имеет емкость 40 терь энергии при прохождении импульрассеивания 16. 17 — емкость накопи- са, его амплитуда у каждого электротеля генератора. Для воэможности из- да 8 будет равна, без учета .отражеменения полярности потенциала на,. ния от какой либо нагрузки у электэлектроде 10, его еМкость 17 может . рода S, амплитуде ймпульса на входе быть перезаряжена через индуктивность фидера с потенциальным электродом катушки 18 йри включении дополнитель- 11. Импульс напряжения на электродах .

45 ного разрядника 19. 8 инициирует развитие разрядных каналов в разряднике 7 каждого индукДлЯ обостРениЯ пеРеднего фРонта тора т.е. обеспечивае срабатывание пускового импульса участок потенциального электРода, отходЯщий от Раз- 50 В идеальном разряднике 12, в корядника 12 ° выполнен с разрядим rlpo- тором реэистивная фаза разряда измемежутком 20 (сечение Б-Б), заполнен- Qä тся скачком от QQ до 0 а разряд

HbMi напримеру конденсаторным маслом. агорается по всей длине электродов

ПРи этом Участок электРоДа межДУ промежутка, амплитуда импульса в фи12 и 20 должен быть соединен как и 55 цере оределяется по ф р уле электрод 11, через Резистор или ка- . -:. р, тушку с заземленной деталью индуктора., g 1 (1)

ЛИУ с использованием в каждом P Ъ индукторе двойной полосковой линии в где U2 — напряжение зарядки накопитекачестве накопителя генератора, по- ля генератора; казанный на фиг.2, конструктивно 60 р 2, ® — волновые сопротивления подобен описанному выше, поэтому оди- соответственно полоскового накопитенаково обозначенные на фиг. 1 и 2 ha генератора и разводящего фидера. элементы индукторов выполняют одина- Согласно (1) д. я повышения амплитуды новые функции. Отличием потенциально- импульса напряжения в разводящем фиго электрода накопителя в данном слу- 65 дере волновое сопротивление накопи881ЕЬ 8 теля генератора должно быть меньше волнового сопротивления фидера.

Если разводящий фидер или его участки выполнены с увеличивающимся волновым сопротивлением, как это показано на сечении Б-Б для участков с потенциальными электродами 13 и

14, то при прохождении по ним импульса управляющего напряжения его амплитуда будет расти согласно выранению К ;Д,„ pi„, гаер „,е „„значении волновых сопротйвлений соответственна на входе и выходе линии.

При наличии емкости 16 величиной

С между потенциальными электродами

2 и 10 и отсутствии утечек с электрода 10 подача напряжения U от источника на электрод 2 будет приводить нк "э арядке накопителя генератора, емкость которого равна С2 в связи с делением потенциала по этим емкостям; напряжение U на электроде 10 определяется по формуле

1r2«u,", (2)

1 2

Обычно электрическая емкость накопителя индуктора много больше емкости

С, амплитуда пускового напряжения и а0,1U с учетом возможности увеличения амплитуды пускового импульса при передаче ei о по разводящему фидеру, и выполнения .условия (1) просто осу"ществить зарядку накопителя генератора от общего источника при одном вводе высокого напряжения в каждый индуктор. В других вариантах возмож-. на зарядка накопителя генератора за счет деления потенциала U по резистивному или индуктивному делителю, размещаемому в индукторе. В рассмот ренных случаях импульс пускового напряжения будет той же полярности, что и полярность заряда на потенциальных электродах накопителей. Если необходимо изменить полярность импульса на обратную, то по истечении ин- . тервала времени t после включения разрядника 19

te / С (3) где Ь вЂ” величина индуктивности катуш ки 18, емкость С2 генератора будет перезаряжена. При срабатывании в этот момент времени разрядника 12 будет подан в фидер импульс напряжения с полярностью, противоположной полярности заряда на потенциальном электроде

, накопителя индуктора.

При создании на электроде 1 1 разрядного промежутка .20 происходит укорочение длительности переднего фронта пускового Импульса. После срабатывания разрядника 12 импульс пускового напряжения достйгает по фидеру промежутка 20 и, отражаясь от него как от разомкнутого конца, начинает удваиваться по.амплитуде, создавая перенапряжение промежутка 20. Перенапряжение способствует быстрому развитию

/пробоя промежутка 20 и передаче в последующий участок фидера пускового импульса с более крутым передним фронтом.

Принцип действия ЛИУ с использованием в каждом индукторе двойной

5 полосковой линии в качестве накопителя генератора (фиг.2) аналогичен описанному выше за исключением того, что для получения такой же амплитуды импульса пускового напряжения, )Q: как в ЛИУ на фиг.1, накопитель генератора должен заряжаться меньшей в два раза разностью потенциалов. Кроме того, для получения импульса пускового напряжения с обратной полярностью заряда от источника накопителя генератора не требуется перезаряжать через индуктивность емкость накопителя генератора, достаточно присоединить разрядник .12 так, как показано на фиг.2. Если же необходимо иметь полярность пускового напряжения одинаковую с полярностью заряда на потенциальном электроде накопителя генератора, то разрядник 12 должен быть размещен у этого же конца накопителя, но между электродом 10 и участком электрода 11. В данном

ЛИу также применимы, участки разводящего фидера-с переменным по их длине волновым сопротивлением, зарядка

30 накопителя генератора от общего источника через импеданс внутри индуктора, применение обостряюЩих фронт пускового импульса разрядных промежутков в фидере.

35 Таким образом, в данном линейном индукционном ускорителе обеспечива l ется сокращение длины ускорителя в связи с выполнением разводящего фидера в каждом индукторе в виде полос4О .ковой линии, протяженность которой по направлению продольной оси ускорителя меньше аналогичной протяженности коаксиального профилированного фидера в ранее известных устройствах, уменьшается занятый ускорителем объем в поперечном направлении в связи с размещением в каждом индукторе накопителя синхроннэирующего генератора и выполнением накопителя в виде полосковой линии, а также в связи с

50 использованием одного источника для зарядки одновременно накопителя индуктора и генератора, упрощается конструкция и технология изготовления согласованного по длине и электпопрочного разводящего фидера, снижаются затухание амплитуды импульса управ.ляющего напряжения и искажение его формы из-эа сокращения длины соединительного участка между синхрониэирующим генератором и разводящим фидером.

Формула изобретения

1. Линейный индукционный ускоритель, содержащий соосно расположен« ч

661857

2 3

11 12 д

13 ные индукторы с распределенными накопителями энергии, генераторы импульсов пускового напряжения, волноводы, соединяющие генераторы с управляющими электродами коммутаторов индукторов, и источники для зарядки емкостных накопителей индукторов и генераторов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритных размеров ускорителя и упрощения его конструкции, в каждом индукторе размещен свой генератор, накопитель которого и разводящий волновод выполнены в виде полосковых симметричных линий с потенциальными электродами, расположенными между заземленными дисковыми электродами, по меньшей мере один из которых является электродом распределенного накопителя индуктора, и соединены между собой управляемым разрядником.

2. Линейный индукционный ускори-. тель по п.1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения напряжения зарядки накопителя генератора„ накопитель генератора выполнен по схеме с двойной формирующей линией.

3, Линейный индукционный ускоритель по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что участки разводящей полосковой линии, отстоящие на равной электрической длине от коммутатора накопителя индуктора, выполнены с увеличивающимся волновым сопротивлением в направлении распространения пускового импульса к ком5 мутатору °

4. Линейный индукционный ускоритель по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что потенциальный электрод накопителя генератора соединен через импеданс, например через емкость, с потенциальным электродом индуктора, подключенным к источнику напряжения. зарядки.

5. Линейный индукционный ускоритель по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что участок потенциального электрода разводящей линии, присоединенный через разрядник к генератору, выполнен с одним или несколькими разрядныМи промежутками.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Павловский A.È. и др. Безжелезный индукционный линейный ускоритель, 25 A.3., 1970, т.28, 95 с.432 °

2. К.P.Prestwich "IEEE Trans Se"

1975, V.NS-22, РЗ, р. 975.

Составитель Е.Громов

Техред О.Андрейко Корректор Н.Стец

Редактор A.Àáðàìîa

Заказ 2543/69 Тираж 943 Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4