RU104411U1

RU104411U1 - LINEAR RESONANCE ELECTRON ACCELERATOR

Info

Publication number: RU104411U1
Application number: RU2010147974/07U
Authority: RU
Inventors: Игорь Сергеевич Щедрин; Александр Петрович Кулаго; Владимир Алексеевич Дворников; Игорь Алексеевич Кузьмин
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2011-05-10

Abstract

1. Линейный резонансный ускоритель электронов, содержащий ускоряющую секцию фазовращатель, тракт резонатора бегущей волны, систему инжекции электронов, фокусирующую систему, источник СВЧ-мощности, вакуумную систему, систему высоковольтного питания, пульт дистанционного управления, выходные устройства для регистрации параметров пучка, систему охлаждения, отличающийся тем, что тракт резонатора бегущей волны выполнен в виде изогнутого волновода и последовательно установленных фазовращателя, двух плечей направленного ответвителя и источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, причем между плечом направленного ответвителя, входящим в резонатор бегущей волны, и фазовращателем установлена ускоряющая система, а в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка. ! 2. Линейный резонансный ускоритель заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что ускоряющая система выполнена в виде круглого диафрагмированного волновода. ! 3. Линейный резонансный ускоритель заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что источник СВЧ-мощности выполнен в виде магнетрона. ! 4. Линейный резонансный ускоритель заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что источник СВЧ-мощности выполнен в виде клистрона. ! 5. Линейный резонансный ускоритель заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что источник СВЧ-мощности выполнен в виде триода. 1. A linear resonant electron accelerator comprising an accelerating section of a phase shifter, a traveling wave resonator path, an electron injection system, a focusing system, a microwave power source, a vacuum system, a high-voltage power system, a remote control, output devices for recording beam parameters, a cooling system, characterized in that the path of the resonator of the traveling wave is made in the form of a curved waveguide and sequentially installed phase shifter, two shoulders of the directional coupler and the source chnika microwave power connected to one arm of the directional coupler, the directional coupler between the shoulder included in a traveling wave resonator and phase shifter is set accelerating system as in one of the outer arms of the directional coupler is set absorbing load. ! 2. The linear resonant accelerator of charged particles according to claim 1, characterized in that the accelerating system is made in the form of a circular diaphragmed waveguide. ! 3. The linear resonant accelerator of charged particles according to claim 1, characterized in that the microwave power source is made in the form of a magnetron. ! 4. The linear resonant charged particle accelerator according to claim 1, characterized in that the microwave power source is made in the form of a klystron. ! 5. The linear resonant charged particle accelerator according to claim 1, characterized in that the microwave power source is made in the form of a triode.

Description

Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована при создании линейных ускорителей электронов.The utility model relates to accelerator technology and can be used to create linear electron accelerators.

Известен линейный ускоритель электронов, содержащий форвакуумные и высоковакуумные насосы, накальный трансформатор инжектора, вакуумные задвижки, инжектор электронов, электромагнитные линзы, диафрагмированный волновод, фокусирующие катушки, вакуумный кожух, выпускное окно, высокочастотную поглощающую нагрузку, импульсный трансформатор, магнетрон (или клистрон) - источник СВЧ мощности, направленный измерительный ответвитель, фазовращатель, вакуумное волновое окно, модулятор СВЧ источника, пульт дистанционного управления. О.А.Вальднер. Линейные ускорители электронов. - М.: Атомиздат, 1966. С.12. Недостатком такой схемы построения линейного ускорителя электронов является невысокая энергия на выходе ускорителя, которая определяется в основном заданной мощностью СВЧ источника.A linear electron accelerator is known that contains fore-vacuum and high-vacuum pumps, an incandescent injector transformer, vacuum valves, an electron injector, electromagnetic lenses, a diaphragmed waveguide, focusing coils, a vacuum casing, an outlet window, a high-frequency absorbing load, a pulse transformer, a magnetron (or klystron) - source Microwave power, directional measuring coupler, phase shifter, vacuum wave window, microwave source modulator, remote control. O.A. Waldner. Linear electron accelerators. - M .: Atomizdat, 1966. P.12. The disadvantage of such a scheme for constructing a linear electron accelerator is the low energy at the output of the accelerator, which is determined mainly by the specified power of the microwave source.

Известен линейный ускоритель электронов, содержащий пульт управления, стабилизированный выпрямитель, электронный инжектор, диафрагмированный волновод, СВЧ генератор (магнетрон), генераторный блок, импульсный модулятор, высоковольтный выпрямитель, выпускное окно, систему развертки пучка на выходе, датчик тока, стойку питания, высоковакуумные насосы, фокусирующий соленоид. Е.А.Абрамян. Промышленные ускорители электронов. - М.: Энергоатомиздат, 1986. С.159. Недостатком данного ускорителя является значительно увеличенная масса системы СВЧ питания ускорителя, поскольку используется на порядок более мощный современный магнетрон и питание от сети 50 Гц, что многократно увеличивает стойку силового питания и стойку питания магнетрона и габариты самого коаксиального магнетрона.A linear electron accelerator is known, comprising a control panel, a stabilized rectifier, an electronic injector, a diaphragm waveguide, a microwave generator (magnetron), a generator block, a pulse modulator, a high voltage rectifier, an outlet window, an output beam sweep system, a current sensor, a power rack, high vacuum pumps focusing solenoid. E.A. Abrahamyan. Industrial electron accelerators. - M .: Energoatomizdat, 1986. P.159. The disadvantage of this accelerator is the significantly increased mass of the microwave power supply system of the accelerator, since it uses an order of magnitude more powerful modern magnetron and 50 Hz mains power, which greatly increases the power supply rack and the magnetron power rack and the dimensions of the coaxial magnetron itself.

Известен линейный ускоритель электронов с использованием энергии поля излучения пучка, содержащий ускоряющую секцию и соединенные через фазовращатель накопительную секцию, в тракте резонатора бегущей волны между секциями установлен дефлектор, ускоритель включает также так же систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему, модулятор, СВЧ генератор, систему высоковольтного питания, пульт дистанционного управления, выходные устройства для регистрации параметров пучка, систему охлаждения. Б.Ю.Богданович, В.А.Останин, А.В.Шальнов, В.В.Яненко. Линейный ускоритель электронов с использованием энергии поля излучения пучка. Сб. Ускорители. - М.: Энергоатомиздат, выпуск 20, 1981. С.72-76. Прототип. Недостатком данной схемы является низкий коэффициент полезного действия.A linear electron accelerator is known using the energy of the beam radiation field, containing an accelerating section and a storage section connected through a phase shifter; a deflector is installed between the sections of the traveling wave resonator; the accelerator also includes an electron injection system, a vacuum system, a focusing system, a modulator, and a microwave generator , high-voltage power system, remote control, output devices for registering beam parameters, cooling system. B.Yu. Bogdanovich, V.A. Ostanin, A.V. Shalnov, V.V. Yanenko. Linear electron accelerator using the energy of the beam radiation field. Sat Accelerators - M .: Energoatomizdat, issue 20, 1981. P.72-76. Prototype. The disadvantage of this scheme is the low efficiency.

Техническим результатом полезной модели является многократное увеличение СВЧ мощности в ускоряющей системе, увеличение предельных ускоряющих токов заряженных частиц в 1,5-6 раз и предельных темпов ускорения без пробоев до 20 МэВ/м.The technical result of the utility model is a multiple increase in microwave power in an accelerating system, an increase in the limiting accelerating currents of charged particles by 1.5-6 times and the limiting acceleration rates without breakdowns to 20 MeV / m.

Технический результат достигается тем, что в линейном резонансном ускорителе заряженных частиц, содержащем ускоряющую секцию, фазовращатель, тракт резонатора бегущей волны, систему инжекции электронов, фокусирующую систему, источник СВЧ-мощности, вакуумную систему, систему высоковольтного питания, пульт дистанционного управления, выходные устройства для регистрации параметров пучка и систему охлаждения, тракт резонатора бегущей волны выполнен в виде изогнутого волновода, двух плечей и фазовращателя, установленных последовательно, направленного ответвителя и источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, причем между плечом направленного ответвителя, входящим в резонатор бегущей волны и фазовращателем установлена ускоряющая система, а в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка. Ускоряющая система выполнена в виде круглого диафрагмированного волновода. Источник СВЧ мощности выполнен в виде магнетрона или клистрона, триода.The technical result is achieved in that in a linear resonant charged particle accelerator comprising an accelerating section, a phase shifter, a traveling wave resonator path, an electron injection system, a focusing system, a microwave power source, a vacuum system, a high-voltage power system, a remote control, output devices for registration parameters of the beam and the cooling system, the path of the traveling wave resonator is made in the form of a curved waveguide, two arms and a phase shifter installed in series, n an directional coupler and a microwave power source connected to one arm of the directional coupler, and between the shoulder of the directional coupler entering the traveling wave resonator and the phase shifter, an accelerating system is installed, and an absorbing load is installed in one of the outer arms of the directional coupler. The accelerating system is made in the form of a circular diaphragmed waveguide. The microwave power source is made in the form of a magnetron or klystron, a triode.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически изображен линейный резонансный ускоритель заряженных частиц, где высокочастотная система включает 1, 2, 3, 4 - плечи направленного ответвителя, 5 - источник СВЧ мощности, 6 - направленный ответвитель, 7 - поглощающую согласованную нагрузку, 8 - ускоряющую систему, 9 - фазовращатель, где: 10 - фокусирующая система, 11 - выходные устройства, 12 - приборы контроля огибающей импульса СВЧ генератора рабочей частоты, 13 - систему высоковольтного питания, 14 -инжектор электронов, 15 - высоковакуумные насосы, 16 - импульсный модулятор, 17 - стойку питания, 18 - пульт управления.The utility model is illustrated by a drawing, which schematically shows a linear resonant accelerator of charged particles, where the high-frequency system includes 1, 2, 3, 4 — shoulders of a directional coupler, 5 — microwave power source, 6 — directional coupler, 7 — absorbing matched load, 8 — accelerating system, 9 - phase shifter, where: 10 - focusing system, 11 - output devices, 12 - pulse envelope control devices for the microwave operating frequency generator, 13 - high-voltage power system, 14 - electron injector, 15 - high-vacuum us wasps, 16 - pulse modulator, 17 - power rack, 18 - control panel.

К плечу 1 направленного ответвителя 6 подводят энергию от источника СВЧ мощности 5, а на плече 2 направленного ответвителя 6 подключена волноводная поглощающая нагрузка 7, в которую поступает СВЧ мощность в начальный момент импульса. СВЧ мощность поступает до окончания переходного процесса заполнения всего резонатора бегущей волны.Energy from the microwave power source 5 is supplied to the arm 1 of the directional coupler 6, and a waveguide absorbing load 7 is connected to the arm 2 of the directional coupler 6, into which the microwave power is supplied at the initial moment of the pulse. Microwave power arrives before the end of the transient process of filling the entire resonator of the traveling wave.

Из плеча 4 ответвителя 6 через ускоряющую систему 8 и волноводный фазовращатель 9 СВЧ мощность поступает в плечо 3 направленного ответвителя 6, основная часть которой поступает в плечо 4, а небольшая доля части переходит в плечо 2 направленного ответвителя 6 и поступает в поглощающую нагрузку 7 в противофазе с волной от магнетрона или клистрона 5.From the arm 4 of the coupler 6 through the accelerating system 8 and the waveguide phase shifter 9, microwave power is supplied to the arm 3 of the directional coupler 6, the main part of which enters the arm 4, and a small fraction of the part goes to the arm 2 of the directional coupler 6 and enters the absorbing load 7 in antiphase with a wave from a magnetron or klystron 5.

По окончании переходного процесса амплитуды волн, поступающих в плечо 2 направленного ответвителя 6 из плеча 1 и из плеча 3 направленного ответвителя 6 при резонансном значении коэффициента связи направленного ответвителя 6 и достижении в кольце резонатора бегущей волны целого числа волн сравнивают фазовращателем 9. И мощность от магнетрона, триода или клистрона 5 полностью поступает в кольцо резонатора бегущей волны.At the end of the transition process, the amplitudes of the waves entering the arm 2 of the directional coupler 6 from arm 1 and from arm 3 of the directional coupler 6 when the coupling coefficient of the directional coupler 6 is resonant and the traveling wave reaches the integer number of waves in the resonator ring is compared with a phase shifter 9. And the power from the magnetron , triode or klystron 5 completely enters the traveling wave resonator ring.

После окончания переходного процесса поступления СВЧ мощности в ускоряющую секцию включают импульс высокого напряжения на инжектор электронов 14. Затем инжектируемые электроны ускоряют.After the end of the transition process, the arrival of microwave power in the accelerating section includes a high voltage pulse to the electron injector 14. Then, the injected electrons are accelerated.

При этом во всем диапазоне частот от 10 до 1 ГГц коэффициент увеличения мощности в резонаторе бегущей волны с ускоряющей системой 8 достигает величины от 2 до 40. Это позволяет увеличить предельные ускоряющие токи заряженных частиц в 1,5-6 раз и предельных темпов ускорения без пробоев до 20 МэВ/м.Moreover, in the entire frequency range from 10 to 1 GHz, the coefficient of increase in power in the traveling wave resonator with accelerating system 8 reaches a value from 2 to 40. This allows us to increase the limiting accelerating currents of charged particles by 1.5-6 times and the limiting acceleration rates without breakdowns up to 20 MeV / m.

Claims

1. A linear resonant electron accelerator comprising an accelerating section of a phase shifter, a traveling wave resonator path, an electron injection system, a focusing system, a microwave power source, a vacuum system, a high-voltage power system, a remote control, output devices for recording beam parameters, a cooling system, characterized in that the path of the resonator of the traveling wave is made in the form of a curved waveguide and sequentially installed phase shifter, two shoulders of the directional coupler and the source chnika microwave power connected to one arm of the directional coupler, the directional coupler between the shoulder included in a traveling wave resonator and phase shifter is set accelerating system as in one of the outer arms of the directional coupler is set absorbing load.

2. The linear resonant accelerator of charged particles according to claim 1, characterized in that the accelerating system is made in the form of a circular diaphragmed waveguide.

3. The linear resonant accelerator of charged particles according to claim 1, characterized in that the microwave power source is made in the form of a magnetron.

4. The linear resonant charged particle accelerator according to claim 1, characterized in that the microwave power source is made in the form of a klystron.

5. The linear resonant charged particle accelerator according to claim 1, characterized in that the microwave power source is made in the form of a triode.