RU135218U1

RU135218U1 - LINEAR RESONANCE ELECTRON ACCELERATOR

Info

Publication number: RU135218U1
Application number: RU2012157882/07U
Authority: RU
Inventors: Игорь Сергеевич Щедрин; Владимир Алексеевич Дворников; Игорь Алексеевич Кузьмин; Аркадий Николаевич Силенко; Виктор Алексеевич Сенюков
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2013-11-27

Abstract

Линейный резонансный ускоритель электронов, содержащий высокочастотную систему с диафрагмированным волноводом с входным и выходным трансформаторами типа волны, в которой прямоугольный волновод соединен с Т-образным волноводным тройником и через входной трансформатор типа волны соединен с входом ускоряющей секции, а выходы ускоряющей секции соединены через выходной трансформатор типа волны с волноводными поглощающими нагрузками, систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему, источник СВЧ-мощности и выходные устройства для регистрации параметров пучка, отличающийся тем, что трансформаторы типа волны выполнены десятиполюсными, а к указанным десятиполюсным трансформаторам подсоединены симметрично расположенные относительно оси системы четыре высоковакуумных насоса, два к входному трансформатору типа волны и два к выходному трансформатору типа волны.A linear resonant electron accelerator comprising a high-frequency system with a diaphragmed waveguide with input and output wave type transformers, in which a rectangular waveguide is connected to a T-shaped waveguide tee and connected to the input of the accelerating section through the input transformer of the wave type and the outputs of the accelerating section are connected through the output transformer type of wave with waveguide absorbing loads, electron injection system, vacuum system, focusing system, microwave power source and output stroystva for registering the beam parameters, characterized in that the wave-type transformers made desyatipolyusnymi and desyatipolyusnym to said transformers are connected symmetrically located relative to the system axis of the four high-vacuum pump, two to the input transformer and the two types of waves to the output transformer type wave.

Description

Полезная модель относится к классу 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 belongs to the class of 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 такой схемы подключения вакуумных насосов является значительное занижение скорости откачки за счет излишней протяженности вакуумных трубопроводов.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 this connection scheme for vacuum pumps is a significant underestimation of the pumping speed due to the excessive length of the vacuum pipelines.

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 низкая эффективность системы вакуумной откачки.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 low efficiency of the vacuum pumping system.

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. Москва. Энергоатомиздат, выпуск 20, 1981. С.72-76. Недостатком данной схемы является низкая скорость откачки вакуумной системы.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 Moscow. Energoatomizdat, issue 20, 1981. P.72-76. The disadvantage of this scheme is the low pumping speed of the vacuum system.

Известен линейный резонансный ускоритель электронов, содержащий высокочастотную систему с ускоряющей секцией, систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему и источник СВЧ-мощности, выходные устройства для регистрации параметров пучка, отличающийся тем, что высокочастотная система резонансного ускорителя электронов содержит диафрагмированный волновод с входным и выходным шестиполюсными трансформаторами типа волны, причем прямоугольный волновод соединен с Т-образным волноводным тройником и через входной трансформатор типа волны соединен с входом ускоряющей секции, а выходы ускоряющей секции соединены через выходной трансформатор типа волны с волноводными поглощающими нагрузками. Патент Российской Федерации на полезную модель №118156, МПК: Н05Н 9/00, 2011 г.Прототип.Known linear resonant electron accelerator containing a high-frequency system with an accelerating section, 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 of a resonant electron accelerator contains a diaphragmed waveguide with an input and output wave-type six-pole transformers, the rectangular waveguide being connected to the T-shaped waveguide tee and through the input sformator wave type coupled to an input of the accelerating section and the accelerating section outputs connected through an output transformer with a waveguide-type wavelength absorbing loads. Patent of the Russian Federation for utility model No. 118156, IPC: Н05Н 9/00, 2011 Prototype.

Недостатком прототипа является неполная симметрия электромагнитного поля относительно оси во входной и выходной ячейках ускоряющей секции и длительный период откачки вакуумной системы.The disadvantage of the prototype is the incomplete symmetry of the electromagnetic field relative to the axis in the input and output cells of the accelerating section and the long period of pumping of the vacuum system.

Техническим результатом полезной модели является достижение азимутальной симметрии ускоряющего поля в первой и последней ячейках ускоряющей секции, увеличении тока ускоренных электронов, увеличение СВЧ мощности в ускоряющей секции, увеличение ускоряющих токов заряженных частиц и темпов ускорения, увеличение скорости откачки вакуумной системы.The technical result of the utility model is to achieve the azimuthal symmetry of the accelerating field in the first and last cells of the accelerating section, increasing the current of accelerated electrons, increasing the microwave power in the accelerating section, increasing the accelerating currents of charged particles and the acceleration rate, increasing the pumping speed of the vacuum system.

Технический результат достигается тем, что в линейном резонансном ускорителе электронов, содержащем высокочастотную систему с диафрагмированным волноводом с входным и выходным трансформаторами типа волны, в которой прямоугольный волновод соединен с Т-образным волноводным тройником и через входной трансформатор типа волны соединен с входом ускоряющей секции, а выходы ускоряющей секции соединены через выходной трансформатор типа волны с волноводными поглощающими нагрузками, систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему, источник СВЧ-мощности и выходные устройства для регистрации параметров пучка, отличающийся тем, что трансформаторы типа волны выполнены десятиполюсными, а к указанным десятиполюсным трансформаторам подсоединены симметрично расположенные относительно оси системы четыре высоковакуумных насоса, два к входному трансформатору типа волны и два к выходному трансформатору типа волны.The technical result is achieved by the fact that in a linear resonant electron accelerator containing a high-frequency system with a diaphragmed waveguide with input and output transformers of the wave type, in which a rectangular waveguide is connected to a T-shaped waveguide tee and connected through the input transformer of the wave type to the input of the accelerating section, and the outputs of the accelerating section are connected through a wave-type output transformer with waveguide absorbing loads, an electron injection system, a vacuum system, focusing a system, a microwave power source and output devices for recording beam parameters, characterized in that the wave-type transformers are made of ten-pole, and four high-vacuum pumps symmetrically located relative to the axis of the system are connected to the said ten-pole transformers, two to the input wave-type transformer and two to the output wave type transformer.

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 высокочастотная система включает: 1 - источник СВЧ мощности, 2 - поглощающие согласованные нагрузки, 3 - ускоряющая секция, 4 - входной и выходной трансформаторы типа волны, 5 - фокусирующая система, 6 -выходные устройства, 7 - приборы контроля огибающей импульса СВЧ генератора рабочей частоты, 8 - система высоковольтного питания, 9 - инжектор электронов, 10 - высоковакуумные насосы, 11 - импульсный модулятор, 12 - стойка питания, 13 - пульт управления.Figure 1 schematically shows a linear resonant accelerator of charged particles, where the high-frequency system includes: 1 - source of microwave power, 2 - absorbing matched loads, 3 - accelerating section, 4 - input and output transformers of the wave type, 5 - focusing system, 6 - output devices, 7 - control devices for the envelope of the pulse of the microwave generator of the working frequency, 8 - high-voltage power system, 9 - electron injector, 10 - high-vacuum pumps, 11 - pulse modulator, 12 - power rack, 13 - control panel.

На фиг.2 представлен разрез по линии А-А, где: 1 - магнетрон или клистрон с источником питания, Т-образный волноводный тройник, 4 - трансформатор типа волны (входной резонатор ускоряющей секции), 10 - высоковакуумные насосы.Figure 2 shows a section along the line AA, where: 1 - a magnetron or klystron with a power source, a T-shaped waveguide tee, 4 - a wave type transformer (input resonator of the accelerating section), 10 - high-vacuum pumps.

На фиг.3 представлен разрез по линии Б-Б, где: 4 - выходной трансформатор типа волны, 2 - волноводные поглощающие нагрузки, 10 - высоковакуумные насосы.Figure 3 presents a section along the line BB, where: 4 - output transformer of the wave type, 2 - waveguide absorbing loads, 10 - high-vacuum pumps.

Ускоритель электронов работает следующим образом.The electron accelerator works as follows.

СВЧ мощность от магнетрона или клистрона 1 источника питания вводят во входной трансформатор типа волны 4 через Т-образный тройник и изогнутые волноводы. При этом достигается идеальная аксиально симметричная структура поля относительно оси ускоряющей секции 3, а радиальная составляющая электрического поля равна нулю.Microwave power from a magnetron or klystron 1 of the power source is introduced into the input transformer of the wave 4 type through a T-shaped tee and curved waveguides. In this case, an ideal axially symmetric field structure is achieved with respect to the axis of the accelerating section 3, and the radial component of the electric field is zero.

Неизрасходованная мощность в выходном трансформаторе типа волны 4 делится поровну и поглощается в волноводных поглощающих нагрузках 2. Источник СВЧ мощности 1 получает электроэнергию от стойки питания 12, через систему высоковольтного питания 8 и импульсный модулятор 11. Вакуум в ускоряющей секции 3 создают высоковакуумными насосами 10. Ускоряемый пучок из инжектора 9 ускоряют в ускоряющей секции 3 и удерживают на оси фокусирующей системой 5. Контроль параметров ускоренного пучка осуществляют выходными устройствами 6. Управление ускорителем выполняется дистанционно с пульта управления 13.The unspent power in the wave 4 type output transformer is divided equally and absorbed in the waveguide absorbing loads 2. The microwave power source 1 receives electricity from the power rack 12, through the high-voltage power system 8 and the pulse modulator 11. The vacuum in the accelerating section 3 is created by high-vacuum pumps 10. Accelerated the beam from the injector 9 is accelerated in the accelerating section 3 and held on the axis by the focusing system 5. The parameters of the accelerated beam are controlled by output devices 6. The accelerator is controlled performed remotely from the control panel 13.

При этом на оси выходного трансформатора типа волны 4 достигается идеальная аксиальная симметрия поля и отсутствует радиальная составляющая электрического поля на оси ускоряющей секции 3 и входного и выходного трансформаторов типа волны 4.In this case, on the axis of the output transformer of wave 4 type, ideal axial field symmetry is achieved and there is no radial component of the electric field on the axis of the accelerating section 3 and of input and output transformers of wave 4 type.

В итоге повышается величина тока пучка ускоряемых электронов и в два раза снижается тепловая нагрузка оставшейся СВЧ мощности на каждой волноводной поглощающей нагрузке 2, в два раза увеличивается скорость откачки вакуумной системы. Это позволяет увеличить предельные ускоряющие токи заряженных частиц в 1,5-6 раз и предельных темпов ускорения без пробоев до 20 МэВ/м.As a result, the magnitude of the current of the beam of accelerated electrons increases and the thermal load of the remaining microwave power at each waveguide absorbing load 2 decreases twice, and the pumping speed of the vacuum system doubles. This makes it possible to increase the limiting accelerating currents of charged particles by 1.5–6 times and the limiting acceleration rates without breakdowns to 20 MeV / m.

Claims

A linear resonant electron accelerator comprising a high-frequency system with a diaphragmed waveguide with input and output transformers of the wave type, in which a rectangular waveguide is connected to a T-shaped waveguide tee and is connected to the input of the accelerating section through the input transformer of the wave type and the outputs of the accelerating section are connected through the output transformer type of wave with waveguide absorbing loads, electron injection system, vacuum system, focusing system, microwave power source and output stroystva for registering the beam parameters, characterized in that the wave-type transformers made desyatipolyusnymi and desyatipolyusnym to said transformers are connected symmetrically located relative to the system axis of the four high-vacuum pump, two to the input transformer and the two types of waves to the output transformer type wave.