RU2003243C1 - Наносекундный ускоритель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к ускорительной технике и предназначено дл  генерации мощных импульсных пучков. Сущность изобретени : формирующа  лини  выполнена в виде набора полоско- вых линий коаксиального исполнени , с коммутацией четных линий через кабели, охватывающие общий ферромагнитный сердечник, размещением источника питани  и разр дника во внутренней полости набора полосковых линий и подключением его через кабель, охватывающий ферромагнитный сердечник 2зпф-лы,4и 

Description

Изобретение относитс  к ускорительной технике и предназначено дл  генерации мощных пучков зар женных частиц в нзно- секундной области.

Наиболее мощные потоки зар женных частиц получают в случае, когда формирование идет непосредственно от одинарной формирующей линии. Дл  обострени  импульса и повышени  импульсной мощности используютс  обостр ющие разр дники и согласующие линии, с тем, чтобы за врем  пробега волны вдоль линии передать ее в нагрузку, т.к. только в этом случае обеспечиваетс  максимальна  скорость вывода энергии .

Целью изобретени   вл етс  повышенна импульсной мощности и уменьшение весогабаритных характеристик устройства. На фиг.1 показана схема ускорител/i; на фиг.2,4 - варианты электрических схем; на фиг.З - эпюры действующих токов и напр жений в схемах.

На фигурах обозначено: 1-8 - электроды полосковых формирующих линий, 9-12 - соединительные кабели-витки; 13 - ферромагнитный сердечник; 14 - разр дник; 15 - управл ющий электрод; 16 - датчик нул  тока; 17 - импульсный трансформатор; 18 - обостр ющий разр дник; 19, 20 - катод - анодный промежуток; 21 - изол тор; 22 - накопительный конденсатор; 23--тиристор; 24 -- резистор или индуктивность. На фиг.З показаны эпюры; 25 - напр жение накопительного конденсатора: 2G - напр жение четных линий; 27 - напр жение нечетных линий;28 - импульс датчика нул  тока; 29 - ЭДС одного витка сердечника 13; 30 - ток намагничивани  сердечника 13;31 - напр жение но обостр ющем разр днике; 32 - ток в катод-анодном промежутке.

Конструктивно ускоритель содержит по- лосковые формирующие линии коаксиального исполнени  с электродам 1-8, которые через кабели 9-11, уложенные вокруг ферромагнитного сердечника 13, подключены к разр днику 14, кабель 12 подключает первичный источник энергии, расположенный вне корпуса ускорител  {накопительный конденсатор 22, тиристор 23), к импульсному трансформатору 17. Импульсный трансформатор 17, разр дник помещены во внутренней полости набора полосковых линий. Синхронизаци  разр дника осуществл етс  импульсом с датчика нул  тока 16. подключенного к пусковому электроду 15. Внешний электро д 1 и внутренний электрод 8 через обостр ющий разр дник 10 подключены к катод-анодному промежутку 19, 20, у которых изол тор 21 с одной стороны образует корпус обостр ющего разр дника, а с другой - вакуумную камеру ускорител . Работает устройство следующим образом. В исходном состо нии накопительный конденсатор 22 зар жен до

5 требуемого напр жени , энерги  в остальных элементах схемы отсутствует. При включении тиристора 23 накопительный конденсатор 22 через кабель 12 подключаетс  к первичной обмотке импульсного

10 трансформатора 17. ЭДС вторичной обмотки прикладываетс  к разр днику и через кабели-витки 9, 10, 11 зар жаютс  четные линии С2, С/1, Се, фиг.2.

Нечетные линии Ci, Сз, Сз, Стзар жают15 с  через соседние кабели, например С по оплетке кабел  12 и центральной жиле кабел  9, а Сз по оплетке кабел  10 и центральной жиле кабел  11. Поскольку кабели-витки 9-12 имеют разные числа витков вокруг сер20 дечника 13 (кабель-виток 11-1 виток; 10 - 2 витка; 9-3 витка; 12-4 витка) при зар де нечетных линий возникают некомпенсированные ампер-витки, которые размагничивают сердечник 13. В момент времени ti,

25 когда ток зар да емкостей Ci-C полосковых формирующих линий переходит нулевое значение, а магнитное состо ние сердечника характеризуетс  величиной остаточной магнитной индукции - Вг, форми30 руетсл импульс с датчика нул  тока 16 на запуск разр дника 14.

При пробое разр дника четные линии С2, GJ, Се через кабели-витки и разр дник разр жаютс  и перезар жаютс . Нечетные

35 линии Ci, Сз, СБ, С могут разр жатьс  только через виток, охватывающий ферромагнитные сердечники, например Cs, через оплетку кабел  9 и центральную жилу кабел  10, но, поскольку у кабелей 9 и 10 разное

40 число витков, путь разр да Cs ограничен током витка, охватывающего ферромагнитный сердечник, который перемагничивает- с . Отметим, что напр жение на четных емкост х полосковых линий при их разр де

45

и перезар де уравновешиваетс  на индуктивности кабел , и к виткам, образованным соседними, прикладываетс  напр жение, равное зар дному напр жению Uo -одной полосковой линии. Если емкости линий и

50 длины кабелей-витков 9-11 равны, то четные емкости к моменту времени ti полностью перезар жаютс . Нечетные емкости разр жаютс  током перемагничивани  сердечника , и напр жение на нечетных емко55 ст х 27 уменьшаетс  незначительно. В момент времени ta ЭДС всех емкостей линий Ci-C складываетс  и набор полосковых линий можно представить как одинарную коаксиальную линию с внешним электродом 8 и внутренним 1, подключисло витков, путь разр да Cs ограничен током витка, охватывающего ферромагнитный сердечник, который перемагничивает- с . Отметим, что напр жение на четных емкост х полосковых линий при их разр де

и перезар де уравновешиваетс  на индуктивности кабел , и к виткам, образованным соседними, прикладываетс  напр жение, равное зар дному напр жению Uo -одной полосковой линии. Если емкости линий и

длины кабелей-витков 9-11 равны, то четные емкости к моменту времени ti полностью перезар жаютс . Нечетные емкости разр жаютс  током перемагничивани  сердечника , и напр жение на нечетных емкост х 27 уменьшаетс  незначительно. В момент времени ta ЭДС всех емкостей линий Ci-C складываетс  и набор полосковых линий можно представить как одинарную коаксиальную линию с внешним электродом 8 и внутренним 1, подключенную через обостр ющий разр дник 18 и катод-анодному промежутке, В момент времени ti к обостр ющему разр днику прикладываетс  напр жение U0, так как до момента времени ti четные и нечетные ли- ним уравновешивают Э Д С друг друга, кроме одной. К моменту времени ts (окончание перезар да четных линий) ЭДС на обостр ющем разр днике достигает значени  (2п + 1) Do, в рассматриваемом случае п 3, Обост- р ющий разр дник пробиваетс  в момент времени ta, и если импеданс нагрузки соответствует волновому сопротивлению коаксиальной линии,образованной электродами 1 и 8, то за врем  двойного пробега волны по длине линии I, фиг. 1, в катод-анодном промежутке формируетс  импульс длительностью т, амплитудой nU0. Если выполн етс  условие: пробой обостр ющего разр дника происходит в момент времени (ta), отсто - щий от момента времени (ta) окончани  перезар да линии на врем  пробега волны по длине линии (т.е. т/2), то в согласованном режиме вс  энерги  линий Ci-Ca будет передана в нагрузку, за исключением потерь при перезар де четных линий, перемагни- чивании сердечника 12. В витках-кабел х останетс  только ток перемагничивани  30 ферромагнитного сердечника 13.

На фиг.4 показана схема, у которой ис- точник питани  и разр дник имеют потенциал внешней обкладки набора полосковых линий, т.е. имеют потенциал корпуса ускорител . При этом, число линий на фиг.4 равно 9 2п + 1, где п 4, и число кабелей дл  коммутации линий равно п. Дл  зар да линии Со, расположенной на внутреннем диаметре набора полосковых линий, обкладка 2 (п + 1) 10 и обкладка 2п 8 соединены между собой резистором или индуктивно- стью и емкость Сэ зар жаетс  параллельно емкости Се через кабель 12. Принцип работы схемы аналогичен выше рассмотренному .

Таким образом, в предлагаемом наносе- кундном ускорителе формирование импульса

тока происходит от одинарной формирующей линии, напр жение на которой складываетс  от отдельных полосковых линий, и на этапе формировани  используетс  деление высокого напр жени  обкладками полосковых линий, т.е. используетс  эффективный емкостный метод делени  потенциала. В отличие от известных импульсных ускорителей использована дл  сложени  напр жени  последовательных линий ЭДС самоиндукции, возникающа  вокруг общего сердечника системы витков, и коммутаци  линий осуществл етс  в одной точке. Отсутствие в цепи формировани  импульса тока в анод-катодном промежутке узлов коммутации, кроме обостр ющего разр дника, позвол ет исключить дополнительные импедансы коммутации , присущие ранее известным схемам, и тем самым повысить импульсную мощность , а размещение источника питани  внутри набора полосковых линий позвол ет уменьшить весогабаритные характеристики .

Использование конденсаторного метода делени  потенциала обкладками полосковых линий позвол ет значительно подн ть напр х енность электрического пол  в изол ции коаксиальной линии, образованной крайними обкладками набора полоско шх линий, работающей на катод- анодный промежуток ускорител , что достигнуто применением гальванической разв зки линий на ЭДС самоиндукции ферромагнитного сердечника и тем самым иметь удельные мощности в пучке, недостижимые в известных ускорител х пр мого действи .

(56) Кремнев В.В., Мес ц Г.А. Методы умножени  и трансформации импульсов в сильноточной электронике. Новосибирск, Наука, 1987, с.57-64.

Ковальчук Б.Н. и др. Сильноточный на- носекундный ускоритель дл  исследовани  быстропротекающих процессов. - ПТЭ, 1981, N54, с.15-18.

Claims (3)

1. НАНОСЕКУНДНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ, содержащий катод-анодный промежуток, обостр ющий разр дник, формирующие линии, источник питани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  импульсной мощности и уменьшени  массогабаритных характеристик, формирующа  лини  выполнена в виде начетного числа 2п + 1, где п 1, 2, 3,..., полосковых линий коаксиального исполнени , имеющих 2(п + 1) обкладок , причем кажда  четна  лини  с

помощью кабел , охватывающего общий 5Q ферромагнитный сердечник, числом витков , определ ющимс  номером линии, подключена к разр днику.

2. Ускоритель по п.1, отличающийс  тем, что перва  четна  лини  расположена 55 на внутреннем диаметре набора полосковых линий, а источник питани  расположен внутри набора полосковых линий, подключен к разр днику и внутренней обкладке и соединен с первичным источником энергии кабелем, охватывающим

ферромагнитный сердечник (п + 1)-м вит-подключен к разр днику и первому внешком-нему электроду, а внутренние электроды

3. Ускоритель по п.1, отличающийс 2п и 2(п + 1) набора полосковых линий соетем , что перва  четна  лини  расположена5 динены между собой резистором или инна внешнем диаметре набора полосковыхдуктивностью. линий, источник питани  непосредственно

/ г з 5 б

78

I ///////

22Ф

/23 4 5618 trt,

Фнг.1

78

2003243

Фиг. 5