RU2157600C1 - Микротрон - Google Patents
Микротрон Download PDFInfo
- Publication number
- RU2157600C1 RU2157600C1 RU99111276A RU99111276A RU2157600C1 RU 2157600 C1 RU2157600 C1 RU 2157600C1 RU 99111276 A RU99111276 A RU 99111276A RU 99111276 A RU99111276 A RU 99111276A RU 2157600 C1 RU2157600 C1 RU 2157600C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- electrons
- diaphragms
- electron
- transparent
- Prior art date
Links
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при создании сильноточных циклических СВЧ ускорителей электронов-микротронов. Микротрон содержит электромагнит, вакуумную камеру, в которой расположены электронный источник со своим источником питания, цилиндрический ускоряющий резонатор с торцевыми стенками, на которых расположены прозрачные для электронов диафрагмы, и приемник пучка. Электронный источник расположен напротив одной из диафрагм резонатора параллельно его торцевым стенкам. Представляет плоский взрывоэмиссионный катод, выполненный в виде прозрачной для электронов металлической фольги или металлической сетки. Диафрагмы также выполнены в виде плоской прозрачной для электронов металлической фольги или металлической сетки. Расстояние d между катодом и ближайшей к нему торцевой стенкой удовлетворяет условию , где h - высота резонатора. Достигается существенное увеличение тока ускоренных электронов и упрощение конструкции микротрона с исключением необходимости использования внешнего СВЧ генератора и тракта согласования. 1 ил.
Description
Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при создании сильноточных циклических СВЧ ускорителей электронов - микротронов.
Известны микротроны, содержащие электромагнит, вакуумную камеру, в которой расположены электронный источник со своим источником питания, цилиндрический ускоряющий резонатор с торцевыми стенками, на которых расположены прозрачные для электронов диафрагмы в виде отверстий, и приемник пучка (например, мишень тормозного излучения или окно вывода пучка), причем в качестве электронного источника используется термоэмиссионная электронная пушка, а ускоряющий резонатор подключен с помощью специального согласующего волноводного тракта к внешнему СВЧ генератору [1] (Капица С.П., Мелехин В.Н. , "Микротрон", М.: Наука, 1969).
Наиболее близким к предлагаемому решению является микротрон [2] (Капица С. П. , Мелехин В. Н. , "Устройство для ускорения электронов", а.с. СССР N 226743, 18.2.65, H 05 H 13/0.6, опубл. БИ N 29, 1968), также содержащий электромагнит, вакуумную камеру, в которой расположены электронный источник со своим источником питания, цилиндрический ускоряющий резонатор с торцевыми стенками, на которых расположены прозрачные для электронов диафрагмы в виде отверстий, и приемник пучка, причем ускоряющий резонатор подключен с помощью согласующего волноводного тракта к внешнему СВЧ генератору.
Недостатками известных микротронов [1,2] являются, во-первых, малый ток ускоренных электронов (всего несколько сотен миллиампер) и, во-вторых, большая сложность конструкции, проявляющаяся в наличии СВЧ генератора и специального устройства его согласования с ускоряющим резонатором.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и увеличение тока ускоренных электронов.
Техническим результатом предлагаемого решения является существенное увеличение тока ускоренных электронов и упрощение конструкции микротрона с исключением необходимости использования внешнего СВЧ генератора и тракта согласования.
Этот результат достигается тем, что, как и известные, предлагаемый микротрон содержит электромагнит, вакуумную камеру, в которой расположены электронный источник со своим источником питания, цилиндрический ускоряющий резонатор с торцевыми стенками, на которых расположены прозрачные для электронов диафрагмы, и приемник пучка, но в отличие от них электронный источник расположен напротив одной из диафрагм резонатора параллельно его торцевым стенкам и представляет плоский взрывоэмиссионный катод, выполненный в виде прозрачной для электронов металлической фольги или металлической сетки, диафрагмы также выполнены в виде плоской прозрачной для электронов металлической фольги или металлической сетки, причем расстояние d между катодом и ближайшей к нему торцевой стенкой удовлетворяет условию , где h - высота резонатора.
Действие микротрона основано на создании условий для формирования в ускоряющем резонаторе виртуального катода, который модулирует электронный пучок, то пропуская их, то отражая назад, и возбуждает мощные СВЧ колебания в резонаторе.
Достаточные условия для формирования виртуального катода заключаются, во-первых, в обеспечении работы электронного диода "катод-ближайшая к нему торцевая стенка резонатора" в режиме Чайльда-Ленгмюра [3] (Форрестер А.Т., "Интенсивные ионные пучки", М.: Мир, 1992), когда плотность тока, ускоряемого в диоде, максимально возможная, и чего легко добиться при использовании взрывоэмиссионных катодов, и во-вторых, в инжекции электронного пучка в замкнутую эквипотенциальную полость (в нашем случае - резонатор) с током, превышающим значение предельного вакуумного тока для данной полости [4] (Дубинов А.Е., Селемир В.Д. "Сверхмощные СВЧ приборы с виртуальным катодом и фазированные антенные решетки на их основе", Зарубежная радиоэлектроника, 1995, N 4, с. 54), что автоматически получается, если и резонатор - замкнутая эквипотенциальная полость с диафрагмами в виде прозрачной для электронов металлической фольги или металлической сетки.
Подбор величины магнитного поля электромагнита микротрона осуществляется так же, как и в известных [1], но с учетом того, что частота СВЧ колебаний виртуального катода равна примерно удвоенной плазменной частоте электронного пучка на выходе из диода.
Как легко видеть, заявленный технический результат достижим: внешнего СВЧ генератора нет в составе предлагаемого микротрона, а ускоряемый электронный ток сравним с предельным вакуумным (десятки килоампер и выше).
Пример конструкции микротрона показан на чертеже, где обозначено: 1 - вакуумная камера; 2 - взрывоэмиссионный катод; 3 - цилиндрический ускоряющий резонатор; 4 - мишень тормозного излучения; 5 - источник питания; ВК - виртуальный катод; стрелками показана траектория ускоряемых электронов; электромагнит, полностью идентичный электромагнитам известных микротронов [1,2], не показан, направление магнитного поля показано значком ⊗ H.
Конструкция вакуумной камеры 1 также не отличается от известных [1, 2]. Катод 2 может быть выполнен, например, из тонкой (50-100 мкм) титановой фольги либо из вольфрамовой проволочной сетки с диаметром проволочек 200-500 мкм и размером ячеек сетки 1-2 мм. Такими же можно выполнить и диафрагмы на торцевых стенках ускоряющего резонатора 3. Материал мишени тормозного излучения 4 - тантал, толщина ее выбирается в соответствии с конечной энергией ускорения. К промежутку "катод 2 - ближайшая к нему торцевая стенка резонатора 3" подключается внешний источник питания (источник высокого импульсного напряжения) 5, например, типа Аркадьева-Маркса [5] (Месяц Г.А., "Генерирование мощных наносекундных импульсов", М.: Атомиздат, 1972).
Опишем работу микротрона. При подаче импульса высокого напряжения с помощью источника питания 5 на промежуток "катод 2 - ближайшая к нему торцевая стенка резонатора 3" на поверхности катода, обращенной к резонатору, образуется тонкий слой электровзрывной плазмы микроострий катода. Это же напряжение является ускоряющим для электронов, которые покидают эту плазму, набирают энергию и инжектируются в эквипотенциальную полость резонатора 3. Внутри резонатора формируется виртуальный катод, который то пропускает электроны вперед, то отражает их назад в диод, возбуждая интенсивные электромагнитные СВЧ колебания в резонаторе. Эти колебания уже на первом пролете резонатора позволяют заметно повысить энергию пролетных электронов на выходе из резонатора почти в два раза по сравнению с энергией на входе в резонатор [6] (Долгачев Г. И., Закатов Л.П., Орешко А. Г., Скорюпин В.А., "Увеличение энергии электронов в магнитно-изолированном диоде с виртуальным катодом", Физика плазмы, 1985, т. 11, N 11, с. 1425). Далее пролетные электроны дрейфуют в магнитном поле в вакуумной камере 1 по круговым траекториям практически без изменения энергии. При подлете к катоду электроны частично замедляют свое движение и снова ускоряются при подлете к резонатору. Если правильно подобрать фазу влета электронов в резонатор с тем, чтобы они попали туда в ускоряющей фазе электромагнитных СВЧ колебаний, то при вторичном пролете резонатора они вновь приобретут энергию. И далее при всех последующих пролетах электрона резонатора будет происходить последовательное ускорение электронов до тех пор, пока радиус окружности оборота электронов в магнитном поле не станет таким, чтобы траектория электронов коснулась мишени.
Оптимальный подбор фазы влета электронов в резонатор можно осуществить регулированием трех параметров: величины напряжения в диоде, величины диодного промежутка, величины магнитного поля.
Приведем диапазоны ожидаемых параметров микротрона:
Магнитное поле - 1 - 5 кЭ
Величина диодного промежутка - 1 - 3 см
Напряжение в диоде - 200 - 500 кВ
Ускоряемый ток - 20 - 50 кА
Энергия ускорения - До 10 МэВщ
Магнитное поле - 1 - 5 кЭ
Величина диодного промежутка - 1 - 3 см
Напряжение в диоде - 200 - 500 кВ
Ускоряемый ток - 20 - 50 кА
Энергия ускорения - До 10 МэВщ
Claims (1)
- Микротрон, содержащий электромагнит, вакуумную камеру, в которой расположены электронный источник со своим источником питания, цилиндрический ускоряющий резонатор с торцевыми стенками, на которых расположены прозрачные для электронов диафрагмы, и приемник пучка, отличающийся тем, что электронный источник расположен напротив одной из диафрагм резонатора параллельно его торцевым стенкам и представляет плоский взрывоэмиссионный катод, выполненный в виде прозрачной для электронов металлической фольги или металлической сетки, диафрагмы также выполнены в виде плоской прозрачной для электронов металлической фольги или металлической сетки, причем расстояние d между катодом и ближайшей к нему торцевой стенкой удовлетворяет условию , где h - высота резонатора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99111276A RU2157600C1 (ru) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Микротрон |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99111276A RU2157600C1 (ru) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Микротрон |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2157600C1 true RU2157600C1 (ru) | 2000-10-10 |
Family
ID=20220499
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99111276A RU2157600C1 (ru) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Микротрон |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2157600C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2745966C2 (ru) * | 2016-03-01 | 2021-04-05 | Вентинова Текнолоджиз Б.В. | Способ и устройство искусственной вентиляции легких пациента |
-
1999
- 1999-05-31 RU RU99111276A patent/RU2157600C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2745966C2 (ru) * | 2016-03-01 | 2021-04-05 | Вентинова Текнолоджиз Б.В. | Способ и устройство искусственной вентиляции легких пациента |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fuks et al. | 70% efficient relativistic magnetron with axial extraction of radiation through a horn antenna | |
JPH06181100A (ja) | マイクロトロン電子加速器 | |
JPH03501074A (ja) | 電磁放射発生装置および高電流電子銃 | |
Caryotakis | The klystron: A microwave source of surprising range and endurance | |
EP2641256A1 (en) | Sub-nanosecond ion beam pulse radio frequency quadrupole (rfq) linear accelerator system | |
US5534824A (en) | Pulsed-current electron beam method and apparatus for use in generating and amplifying electromagnetic energy | |
WO2012005629A1 (ru) | Способ и источник генерации тормозного излучения | |
US4038602A (en) | Automodulated realtivistic electron beam microwave source | |
US4553068A (en) | High power millimeter-wave source | |
US5552672A (en) | Magnetron construction particularly useful as a relativistic magnetron | |
RU2157600C1 (ru) | Микротрон | |
JP3079869B2 (ja) | イオン源 | |
Ivers et al. | Electron beam generation using a ferroelectric cathode | |
JPH07169425A (ja) | イオン源 | |
US6633129B2 (en) | Electron gun having multiple transmitting and emitting sections | |
RU2321099C2 (ru) | Свч-генератор | |
US4918325A (en) | Fast risetime pulse power system | |
JP2014529866A (ja) | 自己共鳴小型x線源 | |
RU2187915C1 (ru) | Сильноточный микротрон | |
Dubinov et al. | Hybrid microwave oscillators with a virtual cathode | |
US5164634A (en) | Electron beam device generating microwave energy via a modulated virtual cathode | |
Cerfon et al. | Observation and study of low-frequency oscillations in a 1.5-MW 110-GHz gyrotron | |
JP2000243599A (ja) | 高電界小形定在波線形加速器 | |
US6937698B2 (en) | X-ray generating apparatus having an emitter formed on a semiconductor structure | |
Anishchenko et al. | Towards High-Power Microwaves |