RU118154U1

RU118154U1 - LINEAR RESONANCE ELECTRON ACCELERATOR

Info

Publication number: RU118154U1
Application number: RU2011149711/07U
Authority: RU
Inventors: Игорь Сергеевич Щедрин; Александр Петрович Кулаго; Владимир Алексеевич Дворников; Игорь Алексеевич Кузьмин
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 тракт резонатора бегущей волны выполненный в виде изогнутого волновода, двух плечей и фазовращателя, установленных последовательно, направленного ответвителя и источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, причем вход и выход ускоряющей секции соединены с плечами резонатора бегущей волны через шестиполюсные трансформаторы типа волн и Т-образные тройники с изогнутыми волноводами, а в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка. 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 path made in the form of a curved waveguide, two arms and a phase shifter installed in series, a directional coupler and a microwave power source connected to one arm of a directional coupler, and the input and output of the accelerating section are connected to the arms of the traveling wave resonator through six-pole wave-type transformers and T-shaped tees with curved waveguides, and an absorbing load is installed in one of the outer arms of the directional coupler.

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. Москва. Атомиздат, 1966. с.12. Недостатком 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. Moscow. Atomizdat, 1966.p.12. The disadvantage of 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. Москва. Энергоатомиздат, 1986. с.159. Недостатком данного ускорителя является масса системы СВЧ питания ускорителя, поскольку используется на порядок более мощный современный магнетрон и питание от сети 50 Гц, что 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. Moscow. Energoatomizdat, 1986. p. 159. The disadvantage of this accelerator is the 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 increases the power supply rack and the magnetron power rack and the dimensions of the coaxial magnetron itself.

Известен линейный ускоритель электронов, 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 that contains an accelerating section and a storage section connected through a phase shifter; a deflector is installed between the sections in the traveling wave resonator path; the accelerator also includes an electron injection system, a vacuum system, a focusing system, a modulator, a microwave generator, a high-voltage power system, and a remote control 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.

Техническим результатом полезной модели является увеличение коэффициента полезного действия, формирование аксиально симметричного электромагнитного поля в ускоряющей секции, увеличение СВЧ мощности в ускоряющей системе, увеличение ускоряющих токов заряженных частиц и темпов ускорения.The technical result of the utility model is to increase the efficiency, the formation of an axially symmetric electromagnetic field in the accelerating section, an increase in microwave power in the accelerating system, an increase in the accelerating currents of charged particles and acceleration rates.

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 тракт резонатора бегущей волны, выполненный в виде изогнутого волновода, двух плечей и фазовращателя, установленных последовательно, направленного ответвителя и источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, причем вход и выход ускоряющей секции соединены с плечами резонатора бегущей волны через шестиполюсные трансформаторы типа волн и Т-образные тройники с изогнутыми волноводами, а в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка.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 resonator path waves, made in the form of a curved waveguide, two arms and a phase shifter installed in series, a directional coupler and a microwave power source a connection connected to one arm of the directional coupler, the input and output of the accelerating section being connected to the arms of the traveling wave resonator through six-pole wave type transformers and T-shaped tees with curved waveguides, and an absorbing load is installed in one of the outer arms of the directional coupler.

Полезная модель поясняется чертежами на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.The utility model is illustrated by drawings in figure 1, figure 2 and figure 3.

На фиг.1 схематически изображен линейный резонансный ускоритель заряженных частиц, где:Figure 1 schematically shows a linear resonant accelerator of charged particles, where:

1, 2, 3, 4 - входные и выходные плечи направленного ответвителя, 5 - источник СВЧ мощности, 6 - направленный ответвитель, 7 - поглощающая согласованная нагрузка, 8 - ускоряющая секция, 9 - корректирующий фазовращатель, 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.1, 2, 3, 4 - input and output shoulders of a directional coupler, 5 - microwave power source, 6 - directional coupler, 7 - matched absorbing load, 8 - accelerating section, 9 - correcting phase shifter, 10 - focusing system, 11 - output devices, 12 - control devices for the envelope of the pulse of the microwave generator of the working frequency, 13 - high-voltage power system, 14 - electron injector, 15 - high-vacuum pumps, 16 - pulse modulator, 17 - power rack, 18 - control panel.

На фиг.2 представлен разрез по линии А-А, раскрывающий соединение входного Т-образного волноводного тройника с изогнутыми волноводами и шестиполюсного трансформатора типа волны (ТТМ), где 8 - ускоряющая секция.Figure 2 presents a section along the line aa, revealing the connection of the input T-shaped waveguide tee with curved waveguides and a six-pole wave type transformer (TTM), where 8 is the accelerating section.

На фиг.3 представлен разрез по линии Б-Б, раскрывающий соединение выходного Т-образного волноводного тройника с изогнутыми волноводами и шестиполюсного трансформатора типа волны (ТТМ), где 8 - ускоряющая секция.Figure 3 presents a section along the line BB, revealing the connection of the output T-shaped waveguide tee with curved waveguides and a six-pole wave type transformer (TTM), where 8 is the accelerating section.

Ускоритель работает следующим образом.The accelerator works as follows.

К входному плечу 1 направленного ответвителя 6 подводят энергию от источника СВЧ мощности 5. На выходном плече 4 направленного ответвителя 6 подключена волноводная поглощающая нагрузка 7, в которую поступает СВЧ мощность в начальный момент импульса.Energy is supplied to the input arm 1 of the directional coupler 6 from the microwave power source 5. At the output arm 4 of the directional coupler 6, a waveguide absorbing load 7 is connected, into which the microwave power is supplied at the initial moment of the pulse.

СВЧ мощность поступает до окончания переходного процесса заполнения всего тракта резонатора бегущей волны.Microwave power arrives before the end of the transition process of filling the entire path of the traveling wave resonator.

Из плеча 1 ответвителя 6 СВЧ мощность поступает в ускоряющую систему 8 и корректирующий фазовращатель 9, а затем в плечо 3 направленного ответвителя 6. Основная часть СВЧ мощности поступает в плечо 2, а небольшая доля части СВЧ мощности 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, the microwave power is supplied to the accelerating system 8 and the correcting phase shifter 9, and then 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 microwave power passes to the arm 4 of the directional coupler 6 and comes in the absorbing load 7 in antiphase with a wave from a magnetron or klystron 5.

Амплитуды волн, поступающих в плечо 2 направленного ответвителя 6 из плеча 1, а также амплитуды волн, поступающих из плеча 3, после окончания переходного процесса и при резонансном значении коэффициента связи направленного ответвителя 6 и возникновении в кольце резонатора бегущей волны целого числа волн, сравнивают корректирующим фазовращателем 9. А затем СВЧ мощность от магнетрона, триода или клистрона 5 полностью поступает в кольцо резонатора бегущей волны.The amplitudes of the waves entering the arm 2 of the directional coupler 6 from the arm 1, as well as the amplitudes of the waves arriving from the arm 3, after the end of the transition process and when the coupling coefficient of the directional coupler 6 is resonant and an integer number of waves appear in the traveling ring of the resonator, are compared with the corrective phase shifter 9. And then the microwave power from the magnetron, triode or klystron 5 is completely fed into the traveling wave resonator ring.

После окончания переходного процесса и поступления СВЧ мощности в ускоряющую секцию 8 включают импульс высокого напряжения на инжекторе электронов 14. Параметры пучка на выходе контролируют выходным устройством 11. Стойка питания 17 обеспечивает снабжение электроэнергией основные функциональные системы ускорителя. Система высоковольтного питания 13 через импульсный модулятор 16 подает энергию к источнику СВЧ мощности 5, параметры выходной СВЧ мощности контролируют приборами контроля огибающей СВЧ импульса и контроля рабочей частоты на выходе источника СВЧ мощности 12. Вакуум в ускорителе обеспечивают высоковакуумными насосами 15. Фокусирующая система 10 обеспечивает проводку ускоряемого пучка по оси ускоряющей системы 8 без потерь. Запуск и эксплуатация ускорителя осуществляют с пульта управления 18.After the end of the transient process and the arrival of microwave power in the accelerating section 8, a high voltage pulse is turned on at the electron injector 14. The output beam parameters are controlled by the output device 11. The power stand 17 provides the main functional systems of the accelerator with electricity. The high-voltage power system 13 through a pulse modulator 16 supplies energy to a microwave power source 5, the parameters of the output microwave power are controlled by microwave envelope control devices and operating frequency control at the output of the microwave power source 12. The vacuum in the accelerator is provided by high-vacuum pumps 15. The focusing system 10 provides wiring accelerated beam along the axis of the accelerating system 8 without loss. The launch and operation of the accelerator is carried out from the control panel 18.

При этом во всем диапазоне частот от 10 до 1 ГГц коэффициент увеличения мощности в резонаторе бегущей волны с ускоряющей секцией 8 возрастает до 40. Это позволяет увеличить предельные ускоряющие токи заряженных частиц до 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 section 8 increases to 40. This allows us to increase the limiting accelerating currents of charged particles up to 6 times and the limiting acceleration rates without breakdowns to 20 MeV / m.

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 path made in in the form of a curved waveguide, two arms and a phase shifter installed in series, a directional coupler and a microwave power source connected to one with the shoulder of the directional coupler, the input and output of the accelerating section being connected to the shoulders of the traveling wave resonator through six-pole wave type transformers and T-shaped tees with curved waveguides, and an absorbing load is installed in one of the external shoulders of the directional coupler.