RU2010127452A

RU2010127452A - Способ генерации тормозного излучения с поимпульсным переключением энергии и источник излучения для его осуществления

Info

Publication number: RU2010127452A
Application number: RU2010127452/07A
Authority: RU
Inventors: Олег Юрьевич Масленников (RU); Олег Юрьевич Масленников; Анатолий Сергеевич Симонов (RU); Анатолий Сергеевич Симонов; Александр Павлович Мусатов (RU); Александр Павлович Мусатов; Виктор Васильевич Клементьев (RU); Виктор Васильевич Клементьев; Сергей Владимирович Ламонов (RU); Сергей Владимирович Ламонов; Василий Иванович Шведунов (RU); Василий Иванович Шведунов; Николай Иванович Пахомов (RU); Николай Иванович Пахомов; Андрей Николаевич Ермаков (RU); Андрей Николаевич Ермаков; Андрей Николаевич Каманин (RU); Андрей Николаевич Каманин; Иван Васильевич Шведунов (RU); Иван Васильевич Шведунов
Original assignee: Олег Юрьевич Масленников (RU); Олег Юрьевич Масленников; Василий Иванович Шведунов (RU); Василий Иванович Шведунов
Priority date: 2010-07-05
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2012-01-10
Also published as: CN103314647A; WO2012005629A1; RU2452143C2; WO2012005629A9; CN103314647B

Abstract

1. Способ генерации тормозного излучения с поимпульсным переключением энергии, заключающийся в: ! - последовательном снабжении первой входной высокочастотной мощностью и второй входной высокочастотной мощностью клистрона, при этом вторая входная высокочастотная мощность отличается от первой; ! - последовательном усилении клистроном первых высокочастотных импульсов, имеющих первую мощность и вторых высокочастотных импульсов, имеющих вторую мощность, отличную от первой мощности; !- последовательной передаче первых и вторых импульсов высокочастотной мощности резонаторам одного и того же ускорителя частиц; ! - питании клистрона первой электрической мощностью; ! - последовательном питании управляющего электрода электронной пушки второй и третьей электрической мощностью, отличной от первой электрической мощности, ! - инжекции первого и второго пучков электронов в резонаторы ускорителя, при этом первый и второй пучки основаны, по крайней мере, частично, на второй и третьей электрических мощностях, отличных от первой электрической мощности, ! - последовательном ускорении инжектированных электронов до первой энергии и второй энергии, отличной от первой энергии, базирующихся, по крайней мере, частично, на первом и втором импульсах высокочастотной мощности, ! - и последовательном столкновении первых и вторых токов ускоренных частиц с тормозной мишенью для генерации излучения, имеющего первую и вторую различные энергии и первую и вторую различные соответствующие мощности дозы, ! отличающийся тем, что ! - передача первых и вторых импульсов высокочастотной мощности резонаторам одного и того же ускорителя осуще

Claims

1. Способ генерации тормозного излучения с поимпульсным переключением энергии, заключающийся в:

- последовательном снабжении первой входной высокочастотной мощностью и второй входной высокочастотной мощностью клистрона, при этом вторая входная высокочастотная мощность отличается от первой;

- последовательном усилении клистроном первых высокочастотных импульсов, имеющих первую мощность и вторых высокочастотных импульсов, имеющих вторую мощность, отличную от первой мощности;

- последовательной передаче первых и вторых импульсов высокочастотной мощности резонаторам одного и того же ускорителя частиц;

- питании клистрона первой электрической мощностью;

- последовательном питании управляющего электрода электронной пушки второй и третьей электрической мощностью, отличной от первой электрической мощности,

- инжекции первого и второго пучков электронов в резонаторы ускорителя, при этом первый и второй пучки основаны, по крайней мере, частично, на второй и третьей электрических мощностях, отличных от первой электрической мощности,

- последовательном ускорении инжектированных электронов до первой энергии и второй энергии, отличной от первой энергии, базирующихся, по крайней мере, частично, на первом и втором импульсах высокочастотной мощности,

- и последовательном столкновении первых и вторых токов ускоренных частиц с тормозной мишенью для генерации излучения, имеющего первую и вторую различные энергии и первую и вторую различные соответствующие мощности дозы,

отличающийся тем, что

- передача первых и вторых импульсов высокочастотной мощности резонаторам одного и того же ускорителя осуществляется в виде близко расположенных во времени пар,

- регулирование энергии от импульса к импульсу осуществляется регулированием уровня ускоряющего поля за счет изменения уровня выходной мощности ВЧ источника одновременно с регулированием уровней первого и второго токов электронного пучка;

- при этом как на низком, так и на высоком уровнях энергии ускоритель работает на одной и той же частоте;

- первый импульс высокочастотной мощности импульсного многолучевого клистрона совмещен по времени с первым импульсом тока электронного пучка, а второй импульс мощности совмещен со вторым импульсом тока;

- первая электрическая мощность, поставляемая клистрону и катоду электронной пушки от источника энергии, одинакова для первой входной высокочастотной мощности и для второй входной высокочастотной мощности;

- последовательное питание управляющего электрода электронной пушки осуществляют второй электрической мощностью и третьей электрической мощностью, отличными от первой электрической мощности, поставляемой клистрону и катоду электронной пушки;

- модуляцию скорости непрерывного электронного потока от электронной пушки осуществляют в первой ячейке ускоряющей структуры, во второй ячейке частично сгруппированный в сгустки поток подвергают ускорению, фокусировке и дальнейшей группировке, при этом высокочастотное напряжение U_g (уровень ускоряющего поля) на зазоре первой ячейки выбрано из условия обеспечения максимальной амплитуды первой гармоники тока пучка в центре зазора второй ячейки

где U₀ - напряжение источника электронов,

n=1, 2, 3…;

- уровень ускоряющего поля третьей ячейки равен уровню поля последующих ячеек;

- контроллер частоты управляет частотой СВЧ сигнала, формируемого синтезатором, входящим в состав возбудителя, на основании данных о режиме работы ускорителя и температуре охлаждающей жидкости;

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют инжекцию первых электронов в резонаторы ускорителя при первом токе пучка, в то время как импульсы первой ВЧ мощности передаются ускорителю, и инжекцию вторых электронов в резонаторы ускорителя при втором токе пучка, отличном от первого тока пучка, в то время как импульсы второй ВЧ мощности передаются ускорителю.

3. Способ по п.1, заключающийся в снабжении первой электрической мощностью, второй электрической мощностью и третьей электрической мощностью от одного источника электрической мощности.

4. Источник радиации для осуществления способа генерации излучения, включающий:

- ускоряющую структуру для ускорения электронов;

- электронную пушку с возможностью переключения величины тока пучка от импульса к импульсу между двумя предустановленными значениями;

- тормозную мишень, расположенную на выходе ускорителя, попадание ускоренных электронов на которую вызывает генерацию излучения;

- систему высоковольтного питания;

- систему высокочастотного питания, содержащую клистрон для выборочного снабжения ускорителя, по крайней мере, первыми и вторыми импульсами высокочастотной энергии и возбудитель, поставляющий высокочастотную мощность клистрону,

- контроллер ускорителя, включающий контроллер частоты;

- систему охлаждения,

отличающийся тем, что

- электронная пушка выполнена трехэлектродной и содержит катод, анод и управляющий электрод;

- источником высокочастотной энергии является импульсный многолучевой усилительный клистрон;

- возбудитель снабжен возможностью переключения мощности входного высокочастотного сигнала, поступающего на вход клистрона, между двумя предустановленными значениями от импульса к импульсу работы ускорителя, при одинаковой частоте генерируемых колебаний для обоих значений энергии;

- указанная система высоковольтного питания содержит источник электрического напряжения управляющего электрода электронной пушки, обеспечивающий поимпульсное переключение тока пучка электронной пушки и источник электрической мощности (модулятор) источника ВЧ мощности - ускоряющая структура выполнена в виде структуры со стоячей волной.

5. Источник по п.4, отличающийся тем, что ускоряющая структура содержит первую (группирующую) ячейку с низким уровнем ускоряющего поля, вторую ячейку (ускоряющую и фокусирующую) с высоким уровнем поля, третью и последующие (ускоряющую и фокусирующую) с самым высоким уровнем ускоряющего поля, при этом расстояние между центрами зазоров первой и второй ячеек обеспечивает попадание центра ускоряемого сгустка в максимум ускоряющего поля второй ячейки при сдвиге фазы поля между ячейками 180°.

6. Источник по п.5, отличающийся тем, что расстояние L_g между центрами зазоров первой и второй ячеек определяется соотношением

,

где β₀=ν₀/c,

ν₀ - величина скорости электронного потока на входе в группирующую ячейку,

λ - длина электромагнитной волны источника высокочастотной мощности в свободном пространстве,

с - скорость света,

n=1, 2, 3…

7. Источник по п.4, отличающийся тем, что фокусирующая система клистрона выполнена на постоянных магнитах.

8. Источник по п.4, отличающийся тем, что указанный возбудитель состоит из синтезатора, твердотельного СВЧ усилителя и электронного аттенюатора на p-i-n диодах.

9. Источник по п.4, отличающийся тем, что указанная ускоряющая структура и указанная электронная пушка помещены в магнитный экран.

10. Источник по п.4, отличающийся тем, что тормозная мишень установлена на электронопроводе малого диаметра.

11. Источник по п.4, отличающийся тем, что после указанной тормозной мишени установлена ионизационная камера.

12. Источник по любому из пп.4, 9, 11, отличающийся тем, что указанная электронная пушка, указанная ускоряющая структура с указанным магнитным экраном, указанной тормозной мишенью и указанной ионизационной камерой установлены внутри локальной радиационной защиты.

13. Источник по п.12, отличающийся тем, в указанной локальной радиационной защите расположена прорезь.

14. Источник по п.4, отличающийся тем, что в стенке ускоряющей структуры установлена петля связи.

15. Источник по п.4, отличающийся тем, что указанные электронная пушка, указанная ускоряющая структура и указанный электронопровод с указанной тормозной мишенью образуют единый вакуумный объем, изолированный от атмосферы с помощью высокочастотного вакуумного окна, установленного в волноводе, через который поступает высокочастотная мощность в указанную ускоряющую структуру.

16. Источник по п.15, отличающийся тем, что для поддержания высокого уровня вакуума в указанном вакуумном объеме в течение срока эксплуатации ускорителя на указанном волноводе установлен геттерный насос, не требующий источника питания и подключенный к указанному объему через прорези в узкой стенке волновода.

17. Источник по любому из пп.15 или 16, отличающийся тем, что на указанном волноводе установлен электроразрядный насос, величина тока которого определяется уровнем вакуума в указанном объеме, соединенный с указанным вакуумным объемом через прорези в узкой стенке указанного волновода.

18. Источник по п.4, отличающийся тем, что модулятор выполнен с возможностью питания клистрона первой электрической мощностью для генерации клистроном обоих импульсов высокочастотной мощности.

19. Источник по п.4, отличающийся тем, что содержит источник электрической мощности, отдельный от модулятора, присоединенный к электронной пушке, с возможностью выборочно подавать, по крайней мере, второе и третье различные напряжения на управляющий электрод электронной пушки.

20. Источник по п.18, отличающийся тем, что модулятором является твердотельный модулятор.