RU118152U1

RU118152U1 - LINEAR RESONANCE ELECTRON ACCELERATOR

Info

Publication number: RU118152U1
Application number: RU2011149704/07U
Authority: RU
Inventors: Игорь Сергеевич Щедрин; Аркадий Николаевич Силенко; Станислав Сергеевич Проскин
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-07-10

Abstract

Линейный резонансный ускоритель электронов, содержащий высокочастотную систему с ускоряющей секцией, корректирующий фазовращатель, систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему и источник СВЧ-мощности, выходные устройства для регистрации параметров пучка, отличающийся тем, что высокочастотная система содержит резонатор бегущей волны, выполненный в виде изогнутого волновода и последовательно установленных корректирующего фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, источник СВЧ-мощности, соединенный с одним плечом направленного ответвителя, причем в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а также содержит дополнительный контур из резонатора бегущей волны в виде изогнутого волновода и последовательно установленных фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, причем в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а на входе и выходе ускоряющей секции установлены шестиполюсные входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные с плечами направленных ответвителей и фазовращателями, а источник СВЧ-мощности через волноводный Т-образный тройник соединен с корректирующими фазовращателями и плечами резонатора. Linear resonant electron accelerator containing a high-frequency system with an accelerating section, a correcting phase shifter, an electron injection system, a vacuum system, a focusing system and a microwave power source, output devices for recording beam parameters, characterized in that the high-frequency system contains a traveling wave resonator made in in the form of a bent waveguide and a correcting phase shifter and two arms of a directional coupler installed in series, a microwave power source connected to one arm of a directional coupler, and an absorbing load is installed in one of the outer arms of the directional coupler, and also contains an additional circuit from a traveling wave resonator in the form of a bent a waveguide and a phase shifter and two arms of a directional coupler installed in series, and an absorbing load is installed in one of the outer arms of the directional coupler, and six are installed at the input and output of the accelerating section typical input and output wave-type transformers connected to the arms of directional couplers and phase shifters, and the microwave power source through a waveguide T-shaped tee is connected to the correcting phase shifters and the arms of the resonator.

Description

Полезная модель относится к подклассу Н05Н плазменная техника; получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов; получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов, конкретно к созданию линейных резонансных ускорителей электронов.The utility model relates to a subclass of H05H plasma technology; obtaining or accelerating electrically charged particles or neutrons; obtaining or accelerating beams of neutral molecules or atoms, specifically to the creation of linear resonant 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 injector glow 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 увеличенная масса системы СВЧ питания ускорителя, поскольку использован мощный 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 increased mass of the microwave power supply system of the accelerator, since a powerful magnetron and a 50 Hz mains power are used, 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 recording 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.

Технический результатом полезной модели является повышение коэффициента полезного действия, сохранение СВЧ мощности проходящей через ускоряющую секцию, уменьшение циркулирующей мощности в изогнутых волноводах и направленных ответвителях, обеспечение азимутальной симметрии ускоряющего поля во входной и выходной ячейках ускоряющей секции.The technical result of the utility model is to increase the efficiency, to preserve the microwave power passing through the accelerating section, to reduce the circulating power in curved waveguides and directional couplers, to ensure azimuthal symmetry of the accelerating field in the input and output cells of the accelerating section.

Технический результат достигается тем, что в линейном резонансном ускорителе электронов, содержащем высокочастотную систему с ускоряющей секцией, корректирующий фазовращатель, систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему и источник СВЧ-мощности, выходные устройства для регистрации параметров пучка, высокочастотная система содержит резонатор бегущей волны, выполненный в виде изогнутого волновода и последовательно установленных корректирующего фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, источник СВЧ-мощности, соединенный с одним плечом направленного ответвителя, причем в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а также содержит дополнительный контур из резонатора бегущей волны в виде изогнутого волновода и последовательно установленных фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, причем в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а на входе и выходе ускоряющей секции установлены шестиполюсные входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные с плечами направленных ответвителей и фазовращателями, а источник СВЧ-мощности через волноводный Т-образный тройник соединен с корректирующими фазовращателями и плечами резонатора. Ускоряющая система выполнена в виде круглого диафрагмированного волновода. Источник СВЧ мощности выполнен в виде магнетрона, клистрона или триода.The technical result is achieved in that in a linear resonant electron accelerator containing a high-frequency system with an accelerating section, a correcting phase shifter, an electron injection system, a vacuum system, a focusing system and a microwave power source, output devices for recording beam parameters, the high-frequency system contains a traveling wave resonator made in the form of a curved waveguide and sequentially installed corrective phase shifter and two shoulders of a directional coupler, source Microwave power connected to one arm of the directional coupler, and an absorbing load is installed in one of the outer arms of the directional coupler, and also contains an additional circuit from the traveling wave resonator in the form of a curved waveguide and sequentially installed phase shifter and two shoulders of the directional coupler, and in one of the external arms of the directional coupler have an absorbing load, and six-pole input and output transformers are installed at the input and output of the accelerating section ipa waves connected with shoulders directional couplers and phase shifters, and RF power source through a waveguide T-piece is connected to the adjusting phase shifters and shoulders of the cavity. 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, klystron or triode.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически изображен линейный резонансный ускоритель заряженных частиц, где: 1, 2, 3, 4 - плечи направленного ответвителя, 5 - источник СВЧ мощности, 6 - направленные ответвители, 7 - поглощающие согласованные нагрузки, 8 - ускоряющая система, 9 - корректирующие фазовращатели, 10 - фокусирующая система, 11 - выходные устройства, 12 - приборы контроля огибающей импульса СВЧ генератора рабочей частоты, 13 - система высоковольтного питания, 14 - инжектор электронов, 15 - высоковакуумные насосы, 16 - импульсный модулятор, 17 - стойка питания, 18 - пульт управления.The utility model is illustrated by a drawing, which schematically shows a linear resonant accelerator of charged particles, where: 1, 2, 3, 4 are the arms of a directional coupler, 5 is a microwave power source, 6 are directional couplers, 7 are absorbing matched loads, 8 is an accelerating system , 9 - correcting phase shifters, 10 - focusing system, 11 - output devices, 12 - control devices for the envelope of the pulse of the microwave operating frequency generator, 13 - high-voltage power supply system, 14 - electron injector, 15 - high-vacuum pumps, 16 - pulse mode Ulator, 17 - power rack, 18 - control panel.

Сначала к плечу 1 направленного ответвителя 6 подводят энергию от источника СВЧ мощности 5, которая поступает сначала в Т-образный волноводный тройник. В Т-образном волноводном тройнике, вводимая энергия делится пополам и через корректирующие фазовращатели 9 поступает в направленные ответвители 6.First, energy is supplied to the arm 1 of the directional coupler 6 from a microwave power source 5, which first enters the T-shaped waveguide tee. In the T-shaped waveguide tee, the input energy is divided in half and through the correcting phase shifters 9 enters the directional couplers 6.

На плече 4 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.On the arm 4 of the directional coupler 6, a waveguide absorbing load 7 is connected to which microwave power is supplied at the initial moment of the pulse. Microwave power arrives before the end of the transient filling process of the entire traveling wave resonator.

Из плеча 1 ответвителя 6 через ускоряющую систему 8 и корректирующий фазовращатель 9 СВЧ мощность поступает в плечо 3 направленного ответвителя 6. Основная часть СВЧ мощности поступает в плечо 2, а небольшая доля части переходит в плечо 4 направленного ответвителя 6 и поступает в поглощающую нагрузку 7 в противофазе с волной от магнетрона или клистрона 5.From the arm 1 of the coupler 6 through the accelerating system 8 and the correcting phase shifter 9, the microwave power is supplied to the arm 3 of the directional coupler 6. The main part of the microwave power enters the arm 2, and a small fraction of the part goes to the arm 4 of the directional coupler 6 and enters the absorption load 7 in out of phase 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, при резонансном значении коэффициента связи направленного ответвителя 6 и при достижении в кольце резонатора бегущей волны целого числа волн, сравнивают корректирующим фазовращателем 9. И СВЧ 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, when the coupling coefficient of the directional coupler 6 is resonant and when the traveling wave reaches an integer number of waves in the resonator ring, is compared with a corrective phase shifter 9. AND microwave power from a magnetron, triode or klystron 5 completely enters the traveling wave resonator ring.

После окончания переходного процесса поступления СВЧ мощности в ускоряющую систему 8 включают импульс высокого напряжения на инжектор электронов 14. Затем инжектируемые электроны проходят фокусирующую систему 10 и ускоряются. Контроль параметров пучка осуществляется выходными устройствами 11. Питание источника СВЧ мощности 5 осуществляется от стойки питания 17, системы высоковольтного питания 13 и импульсного модулятора 16. Вакуум обеспечивается высоковакуумными насосами 15. Управление ускорением осуществляется пультом управления 18.After the transition process, the receipt of microwave power in the accelerating system 8 includes a high voltage pulse to the electron injector 14. Then, the injected electrons pass through the focusing system 10 and are accelerated. The control of the beam parameters is carried out by the output devices 11. The microwave power source 5 is powered from the power rack 17, the high-voltage power supply system 13 and the pulse modulator 16. The vacuum is provided by high-vacuum pumps 15. The acceleration is controlled by the control panel 18.

При этом во всем диапазоне частот от 10 до 1 ГГц коэффициент увеличения мощности в резонаторе бегущей волны с ускоряющей системой 8 можно довести до 40.Moreover, in the entire frequency range from 10 to 1 GHz, the coefficient of increase in power in the traveling wave resonator with the accelerating system 8 can be brought up to 40.

Claims

A linear resonant electron accelerator containing a high-frequency system with an accelerating section, a correcting phase shifter, an electron injection system, a vacuum system, a focusing system and a microwave power source, output devices for recording beam parameters, characterized in that the high-frequency system contains a traveling wave resonator made in in the form of a curved waveguide and sequentially installed corrective phase shifter and two shoulders of a directional coupler, a microwave power source, connected absorbed with one shoulder of the directional coupler, and in one of the external shoulders of the directional coupler an absorbing load is installed, and also contains an additional circuit from the traveling wave resonator in the form of a curved waveguide and sequentially installed phase shifter and two shoulders of the directional coupler, and in one of the external shoulders of the directional coupler an absorbing load is installed, and at the input and output of the accelerating section six-pole input and output transformers of the wave type are connected, connected with the shoulders of the directional couplers and phase shifters, and the microwave power source is connected through the waveguide T-shaped tee to the correcting phase shifters and the cavity shoulders.