RU1653525C - Accelerator of charged particles - Google Patents

Accelerator of charged particles Download PDF

Info

Publication number
RU1653525C
RU1653525C SU4663703A RU1653525C RU 1653525 C RU1653525 C RU 1653525C SU 4663703 A SU4663703 A SU 4663703A RU 1653525 C RU1653525 C RU 1653525C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
spiral
accelerator
cathode
guns
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Г.И. Долгачев
Л.П. Закатов
А.Г. Ушаков
Original Assignee
Российский научный центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российский научный центр "Курчатовский институт" filed Critical Российский научный центр "Курчатовский институт"
Priority to SU4663703 priority Critical patent/RU1653525C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1653525C publication Critical patent/RU1653525C/en

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: acceleration equipment. SUBSTANCE: invention refers to generation of heavy-current fluxes of accelerated particles with energy exceeding 1 MeV. Accelerator of charged particles has power supply source 1, inductive accumulator 2, plasma current interrupter composed of two coaxial electrodes - cathode and anode, plasma guns 6 and spiral 5 coaxial to electrodes coupled in series. Spiral 5 is placed between plasma guns 6 and outer electrode of plasma interrupter and is manufactured from hollow conductor which houses power supply cables of plasma guns. Average radius of spiral, number of turns and number of starts are chosen in compliance with expressions given in description of invention. EFFECT: increased accelerating voltage and efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для получения сильноточных потоков ускоренных частиц с энергией более 1 МэВ. The invention relates to accelerator technology and can be used to obtain high-current flows of accelerated particles with an energy of more than 1 MeV.

Целью изобретения является увеличение ускоряющего напряжения и КПД ускорителя. The aim of the invention is to increase the accelerating voltage and efficiency of the accelerator.

На фиг.1 и 2 представлена схема ускорителя в двух проекциях. Figures 1 and 2 show an accelerator diagram in two projections.

Ускоритель содержит источник 1 питания, индуктивный накопитель 2, изолятор 3, наружный электрод - вакуумную камеру 4, спираль 5, плазменные пушки 6, высоковольтный электрод 7. The accelerator contains a power source 1, an inductive storage 2, an insulator 3, an external electrode - a vacuum chamber 4, a spiral 5, plasma guns 6, a high-voltage electrode 7.

Источник 1, накопитель 2, высоковольтный электрод 7, заполняемый плазмой зазор между электродом 7 и плазменными пушками 6, т.е. плазменными прерывателями тока (ППТ), спираль 5 и наружный электрод 4 образуют замкнутый электрический контур. Плазменные пушки 6 и электрод 7 являются катодом и анодом ППТ. Изолятор 3 служит опорой электрода 7. Плазменные пушки 6 сдвинуты по оси относительно спирали 5 на длину, примерно равную катод-анодному зазору ППТ. Питание плазменных пушек 6 осуществляется через кабели, проложенные внутри полого проводника (трубки), из которого изготовлена спираль 5. Source 1, drive 2, high-voltage electrode 7, a gap filled by plasma between the electrode 7 and plasma guns 6, i.e. plasma current choppers (PPT), the spiral 5 and the outer electrode 4 form a closed electrical circuit. Plasma guns 6 and electrode 7 are the cathode and anode of the PPT. The insulator 3 serves as a support for the electrode 7. The plasma guns 6 are shifted along the axis relative to the spiral 5 by a length approximately equal to the cathode-anode gap of the PPT. The plasma guns 6 are fed through cables laid inside the hollow conductor (tube) from which the spiral 5 is made.

Ускоритель работает следующим образом. The accelerator works as follows.

С помощью плазменных пушек 6 заполняют вакуумный зазор ППТ плазмой и после этого включают источник 1 питания. В контуре начинает протекать ток Iо, и в индуктивном накопителе 2 запасается энергия магнитного поля.Using plasma guns 6 fill the vacuum gap PPT plasma and then turn on the power source 1. A current I о begins to flow in the circuit, and magnetic field energy is stored in the inductive storage 2.

Осуществляется режим зарядки, сопротивление ППТ мало. Одновременно создается азимутальное магнитное поле Hφ вокруг высоковольтного электрода 7 и продольное поле Нz внутри спирали.The charging mode is carried out, the resistance of the PMT is small. At the same time, an azimuthal magnetic field H φ is created around the high-voltage electrode 7 and a longitudinal field H z inside the spiral.

При достижении током критической величины у катода образуется двойной слой - разрыв плазмы, который в результате ее эрозии расширяется в сторону анода. Сопротивление ППТ резко возрастает - осуществляется режим ускорения. Азимутальное поле приводит к дрейфу электронов вдоль оси в скрещенных Е х Н полях и выносу плазмы в этом направлении на длину, примерно равную катод-анодному зазору ППТ. Чтобы разрыв плазмы происходит в области продольного поля Н2 (под спираль), плазменные пушки 6 сдвинуты относительно спирали 5 в сторону источника 1 питания. С этой же целью спираль может быть сделана протяженной по оси. Наличие спирали приведет к существенному увеличению скорости эрозии плазмы, т.е. к увеличению эффективности работы ускорителя, если создаваемое ею продольное поле Нz на катоде превышает азимутальное поле Hφ, т.е., если вблизи катода, где образуется двойной слой, выполнено условие
Нz > Hφ (1)
Величину получаемого при этом напряжения можно оценить из условия
HZ

Figure 00000003
Hкр=
Figure 00000004
2-1)1/2 (2) где Нкр - критическая величина магнитного поля, определяемая эффективным зазором катод-анод dэф и напряжением на зазоре, точнее, соответствующим ему релятивистским фактором γ .When the current reaches a critical value, a double layer forms at the cathode — a rupture of the plasma, which, as a result of its erosion, expands toward the anode. The resistance of the PPT increases sharply - the acceleration mode is carried out. The azimuthal field leads to the drift of electrons along the axis in crossed E x H fields and the removal of plasma in this direction by a length approximately equal to the cathode-anode gap of the PPT. In order for the plasma rupture to occur in the region of the longitudinal field H 2 (under the helix), the plasma guns 6 are shifted relative to the helix 5 in the direction of the power supply 1. For the same purpose, the spiral can be made extended along the axis. The presence of a spiral will lead to a significant increase in the rate of plasma erosion, i.e. to increase the efficiency of the accelerator if the longitudinal field H z created by it at the cathode exceeds the azimuthal field H φ , i.e., if near the cathode, where a double layer is formed, the condition
H z > H φ (1)
The magnitude of the resulting voltage can be estimated from the condition
H z
Figure 00000003
H cr =
Figure 00000004
2 -1) 1/2 (2) where H cr is the critical value of the magnetic field, determined by the effective cathode-anode gap d eff and the voltage across the gap, more precisely, the corresponding relativistic factor γ.

Условие (1) приводит к следующей связи между числом витков спирали N, ее средним радиусом rср и радиусом катода rк:
если rк << rср, то
H

Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
Hφ=
Figure 00000008
(3)
если rк
Figure 00000009
rcp , то
Hz=
Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012
(4)
Таким образом, как следует из (3) и (4), условие (1) требует выполнения одного (более слабого из неравенств):
N
Figure 00000013
мин
Figure 00000014
Figure 00000015
;
Figure 00000016
- 1
Figure 00000017
(5)
При этом отпадают трудности с заполнением зазора ППТ плазмой, поскольку продольное поле Нz возникает после того, как зазор ППТ уже заполнен плазмой. Это позволяет оптимизировать параметры плазменных пушек (т.е. параметры плазмы в ППТ) и таким образом увеличить эффективность работы ППТ.Condition (1) leads to the following relationship between the number of turns of the spiral N, its average radius r sr and the radius of the cathode r to :
if r k << r cf then
H
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
H φ =
Figure 00000008
(3)
if r to
Figure 00000009
r cp then
H z =
Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012
(4)
Thus, as follows from (3) and (4), condition (1) requires the fulfillment of one (the weaker of the inequalities):
N
Figure 00000013
min
Figure 00000014
Figure 00000015
;
Figure 00000016
- 1
Figure 00000017
(5)
In this case, there is no difficulty in filling the PPT gap with plasma, since the longitudinal field H z arises after the PPT gap is already filled with plasma. This allows you to optimize the parameters of plasma guns (i.e., plasma parameters in the PMT) and thus increase the efficiency of the PMT.

Число витков N определяется как отношение длины проводника спирали к длине окружности. При N <1 для получения однородного по азимуту поля Нz спираль выполняется многозаходной, число заходов n > 1/N.The number of turns N is defined as the ratio of the length of the spiral conductor to the circumference. For N <1, in order to obtain an azimuthally uniform field H z, the helix is multi-start, the number of entries is n> 1 / N.

Таким образом, такое конструктивное выполнение ускорителя позволяет не только создать в межэлектродном зазоре ППТ необходимое для отсечки электронов и увеличения напряжения магнитное поле, но и обеспечить возможность оптимизации параметров плазмы в ППТ и таким образом повысить эффективность работы ускорителя. Thus, such a design of the accelerator allows not only to create the magnetic field necessary for electron cutoff and increase the voltage in the interelectrode gap of the PPT, but also to provide the opportunity to optimize the plasma parameters in the PPT and thus increase the efficiency of the accelerator.

Сильноточные ускорители на основе ППТ ввиду ограничений на плотность разрываемого тока имеют большие габариты, поэтому создание в межэлектродном зазоре магнитного поля от внешнего источника требует больших энергозатрат, превышающих энергозатраты на зарядку индуктивного накопителя, что делает применение спирали целесообразным и с экономической точки зрения. Due to the restrictions on the density of the rupture current, high-current accelerators based on PPT are large in size, therefore, the creation of a magnetic field in an interelectrode gap from an external source requires large energy expenditures that exceed the energy expenditures for charging an inductive storage ring, which makes the use of a spiral economically feasible as well.

Данная схема позволяет увеличить напряжение и КПД ускорителя более чем в 1.,5 раза. This scheme allows you to increase the voltage and efficiency of the accelerator more than 1., 5 times.

Claims (1)

УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий последовательно соединенные источник питания, индуктивный накопитель и плазменный прерыватель тока, включающий в себя два коаксиальных электрода - катод и анод, плазменные пушки и соосную с электродами спираль, отличающийся тем, что, с целью увеличения ускоряющего напряжения и КПД ускорителя, спираль включена между плазменными пушками и внешним электродом плазменного прерывателя и выполнена из полого проводника, внутри которого размещены кабели питания плазменных пушек, при этом средний радиус спирали rс р, м, число витков N и число заходов n выбраны согласно выражениям
Figure 00000018

где rк - радиус катода, м.
CHARGED PARTICLE ACCELERATOR, comprising a power supply connected in series, an inductive storage device and a plasma current chopper, including two coaxial electrodes - a cathode and anode, plasma guns and a spiral coaxial with the electrodes, characterized in that, in order to increase the accelerating voltage and the efficiency of the accelerator, the spiral is connected between the plasma guns and the external electrode of the plasma chopper and is made of a hollow conductor, inside which the power cables of the plasma guns are located, with the average radius spiral r with p , m, the number of turns N and the number of entries n are selected according to the expressions
Figure 00000018

where r to is the radius of the cathode, m
SU4663703 1989-03-20 1989-03-20 Accelerator of charged particles RU1653525C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4663703 RU1653525C (en) 1989-03-20 1989-03-20 Accelerator of charged particles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4663703 RU1653525C (en) 1989-03-20 1989-03-20 Accelerator of charged particles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1653525C true RU1653525C (en) 1995-01-27

Family

ID=30441279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4663703 RU1653525C (en) 1989-03-20 1989-03-20 Accelerator of charged particles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1653525C (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Быстрицкий В.М. и др. Связь полярного эффекта с параметрами коаксиального плазмоэрозионного размыкателя. - "Физика плазмы", в.12, п.5(8), 1987, с.3399. *
Голованов Ю.П. и др. Применение плазменных прерывателей тока в индуктивных накопителях для создания тераваттных генераторов с большой энергетикой. - "Физика плазмы", т.14, в.7, 1988, с.880-885. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bokhan et al. Generation of high-current electron beam in a wide-aperture open discharge
US2820142A (en) Charged-particle accelerator
Rej et al. Microsecond pulse width, intense, light‐ion beam accelerator
RU187270U1 (en) PULSE NEUTRON GENERATOR
RU1653525C (en) Accelerator of charged particles
JPH0213900A (en) Sealed high beam flux neutron tube
Korobkov et al. A simple design erosional plasma gun made of a coaxial cable with polyethylene insulation
US3873930A (en) Magnetically insulated capacitor, process for electrostatic energy storage and its applications
RU2297117C1 (en) Device for producing impulse roentgen and neutron radiation
Zhou et al. A compact nanosecond pulse generator for x-ray radiographies
Golden et al. Magnetic insulation of an intense relativistic electron beam
US4213073A (en) Rod pinch diode
RU184106U1 (en) PULSE NEUTRON GENERATOR
Xun et al. A ceramic radial insulation structure for a relativistic electron beam vacuum diode
Li et al. Relativistic electron beam source with uniform high-density emitters by pulsed power generators
RU2773038C1 (en) Pulse neutron generator
RU179236U1 (en) PULSE NEUTRON GENERATOR
RU209936U1 (en) Pulse neutron generator
Kandaurov et al. Study of Intensive Long-Pulse Electron Beam Generation in a Source with Arc Plasma Emitter Operated in a External Magnetic Field
RU185318U1 (en) PLASMA SOURCE OF PASSING RADIATION
Perkins et al. Ion source electrode biasing technique for microsecond beam pulse rise times
Ryabchikov et al. High-current nanosecond accelerator" Tonus-NT"
Didenko et al. Application of a Reflective Ion Triode Circuit for Increasing the Efficiency of Neutron Generation in Vacuum Accelerating Tubes
Chepusov et al. Investigation of Annular Explosive-Emission Cathodes of the Conductor–Insulator Structure
Bieniosek et al. MEDEA II two‐pulse generator development