RU2218678C1

RU2218678C1 - Switch-mode power system for betatron incorporating provision for magnetic circuit demagnetization

Info

Publication number: RU2218678C1
Application number: RU2002128486A
Authority: RU
Inventors: М.М. Рычков; А.С. Чертов
Original assignee: Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническом университете
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2003-12-10

Abstract

FIELD: acceleration engineering; high-energy electron beam generation. SUBSTANCE: switch-mode power system affording correction of equilibrium orbit radius by end of acceleration cycle has storage capacitor 4 connected through branches of thyristors 5 and 6 assembled in current inverter circuit to windings 2 and 3 which are differentially connected in series, diode 7 being inserted in circuits of compensating winding 3. Power supply 8 is connected in parallel with winding 2 through switching choke 9 and capacitor 10. The latter is connected through diode 7 to winding 3; diode 7 and winding 3 are shorted out by diode 12. Low-voltage power supply 13 is connected through choke 14 to field winding 2. Correction circuit choke 15 and thyristor 16 are connected in parallel with thyristor 11. Power supply 8 is connected through variable resistor 17 to one plate of correcting capacitor 18 which is connected in parallel with winding 3 and diode 7 through correction circuit thyristor 19 and resistor 20. Such interconnection of betatron power system components for charging correcting capacitor 18 does not require additional high-voltage dc power supply. Due to connection of correction circuit thyristor 19 to common point of connection of diodes 12 and 7 reverse voltage across this thyristor is reduced by value of no-load voltage across compensating winding 3 thereby providing for reduction of mass and size, as well as cost of equilibrium orbit radius correction circuit and, hence, for reducing mass, size, and cost of system. Newly inserted in power system simple equilibrium orbit radius correction circuit incorporating choke 14 and thyristor 16 is distinguished by small mass, size, and cost and provides for magnetic field correction at end of acceleration cycle. EFFECT: enhanced reliability, reduced size, mass, and cost of power system. 1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области ускорительной техники и предназначено для генерации электронных пучков с большой энергией для последующего использования энергии ускоренных электронов для целей дефектоскопии, лечения онкологических заболеваний и т.д. The invention relates to the field of accelerator technology and is intended for the generation of high-energy electron beams for the subsequent use of accelerated electron energy for defectoscopy, treatment of cancer, etc.

Известна импульсная система питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода (БРМ) [Касьянов В.А., Фурман Э.Г., Чахлов В.Л., Чертов А.С. Импульсная система питания индукционного ускорителя. Патент РФ на изобретение 2187912], выбранная в качестве прототипа, содержащая электромагнит с магнитопроводом, с обмоткой возбуждения и с компенсационной обмоткой, уложенной на сплошном центральном сердечнике магнитопровода, емкостной накопитель, подключенный по схеме инвертора тока к обмоткам возбуждения и компенсационной, в цепи которой включен диод, низковольтный источник питания постоянного тока, параллельно подключенный к дросселю и обмотке возбуждения, к которой подключен источник питания через коммутирующий дроссель и конденсатор, который через тиристор подключен к диоду и компенсационной обмотке, которая с диодом дополнительно зашунтирована диодом, тиристор цепи коррекции, корректирующий конденсатор. Known pulse power system of the betatron with the demagnetization of the magnetic circuit (BRM) [Kasyanov V.A., Furman E.G., Chakhlov V.L., Chertov A.S. Pulse power system of induction accelerator. RF patent for the invention 2187912], selected as a prototype, containing an electromagnet with a magnetic circuit, with an excitation winding and with a compensation winding laid on the solid central core of the magnetic circuit, a capacitive drive connected by a current inverter to the excitation and compensation windings, in the circuit of which is included diode, a low-voltage DC power supply connected in parallel to the inductor and the field winding, to which the power source is connected via a switching inductor and condensate p, which is connected through a thyristor to a diode and a compensation winding, which is additionally shunted by a diode with a diode, a thyristor of the correction circuit, a correction capacitor.

В данной импульсной системе питания используется дополнительный высоковольтный источник питания постоянного тока для заряда корректирующего конденсатора. Данный источник питания увеличивает массогабаритные параметры и усложняет конструкцию импульсной системы питания БРМ. This switching power supply system uses an additional high-voltage DC power supply to charge the correction capacitor. This power source increases the weight and size parameters and complicates the design of the pulse power supply system BRM.

Кроме того, необходима коррекция радиуса равновесной орбиты в конце цикла ускорения, вызванная нелинейностью петли гистерезиса на конечном этапе перемагничивания ферромагнитного материала центрального сердечника магнитопровода электромагнита БРМ. Без применения данной цепи коррекции, как показывает практика [Чертов А.С. Бетатрон с размагничиванием магнитопровода. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Томск, 2002] , в конце цикла ускорения из-за уменьшения радиуса равновесной орбиты происходят частичные потери пучка ускоренных электронов на стенках вакуумной ускорительной камеры. Данное обстоятельство, соответственно, приводит к уменьшению интенсивности излучения. In addition, it is necessary to correct the radius of the equilibrium orbit at the end of the acceleration cycle, caused by the nonlinearity of the hysteresis loop at the final stage of magnetization reversal of the ferromagnetic material of the central core of the magnetic circuit of the BRM electromagnet. Without the use of this correction chain, as practice shows [Chertov A.S. Betatron with demagnetization of the magnetic circuit. Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences, Tomsk, 2002], at the end of the acceleration cycle due to a decrease in the radius of the equilibrium orbit, partial losses of the accelerated electron beam occur on the walls of the vacuum accelerator chamber. This circumstance, accordingly, leads to a decrease in the radiation intensity.

Задачей изобретения является обеспечение коррекции радиуса равновесной орбиты в конце цикла ускорения, уменьшение массогабаритных параметров и повышение надежности импульсной системы питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода. The objective of the invention is to provide correction of the radius of the equilibrium orbit at the end of the acceleration cycle, reducing the weight and size parameters and improving the reliability of the pulse power system of the betatron with the demagnetization of the magnetic circuit.

Поставленная задача достигается тем, что в импульсной системе питания бетатрона с размагничиванием магнитопровода, содержащей электромагнит с магнитопроводом, с обмоткой возбуждения и с компенсационной обмоткой, уложенной на сплошном центральном сердечнике магнитопровода, емкостной накопитель, подключенный по схеме инвертора тока к обмоткам возбуждения и компенсационной, в цепи которой включен диод, низковольтный источник питания постоянного тока, параллельно подключенный к дросселю и обмотке возбуждения, к которой подключен источник питания через коммутирующий дроссель и конденсатор, который через тиристор подключен к диоду и компенсационной обмотке, которая с диодом дополнительно зашунтирована диодом, тиристор цепи коррекции, корректирующий конденсатор, согласно изобретению конденсатор через дроссель цепи коррекции и тиристор подключен к диоду и компенсационной обмотке, а корректирующий конденсатор подключен параллельно к диоду и компенсационной обмотке через резистор и тиристор цепи коррекции, причем одна обкладка корректирующего конденсатора, имеющая общую точку подключения с тиристором цепи коррекции, через переменный резистор подключена к общей точке подключения источника питания и дросселя цепи коррекции. The task is achieved by the fact that in a pulse power supply system of a betatron with demagnetization of a magnetic circuit containing an electromagnet with a magnetic circuit, with an excitation winding and with a compensation winding laid on a continuous central core of the magnetic circuit, a capacitive storage connected to the excitation and compensation windings in a current inverter circuit the circuit of which includes a diode, a low-voltage DC power supply connected in parallel to the inductor and the field winding to which the source is connected power supply via a switching inductor and capacitor, which is connected through a thyristor to a diode and a compensation winding, which is additionally shunted by a diode with a diode, a correction circuit thyristor, a correction capacitor, according to the invention, a capacitor through a correction circuit inductor and a thyristor is connected to a diode and a compensation winding, and a correction the capacitor is connected in parallel to the diode and the compensation winding through the resistor and thyristor of the correction circuit, and one lining of the correction capacitor having about a common connection point with a thyristor correction circuit, through a variable resistor connected to a common connection point of the power source and the inductor of the correction circuit.

При таком исполнении импульсной системы питания БРМ исключается дополнительный высоковольтный источник питания постоянного тока. При этом обеспечится коррекция радиуса равновесной орбиты в конце цикла ускорения за счет подключения конденсатора через дроссель цепи коррекции и тиристор к компенсационной обмотке и диоду. With this design of the BRM pulse power system, an additional high-voltage DC power supply is excluded. This will ensure the correction of the radius of the equilibrium orbit at the end of the acceleration cycle by connecting a capacitor through the inductor of the correction circuit and the thyristor to the compensation winding and diode.

На фиг.1 приведена электромагнитная система БРМ, где пунктиром показано положение вакуумной ускорительной камеры в межполюсном пространстве. На фиг. 2 приведена принципиальная схема импульсной системы питания БРМ. На фиг.3 приведены эпюры изменения напряжений, токов, магнитных индукций, радиуса равновесной орбиты в рабочем зазоре электромагнита и магнитодвижущих сил в импульсной системе питания БРМ. На фиг.4 приведена предельная петля гистерезиса ферромагнитного материала центрального сердечника магнитопровода 1 электромагнита БРМ. Figure 1 shows the BRM electromagnetic system, where the dotted line shows the position of the vacuum accelerator chamber in the interpolar space. In FIG. 2 shows a schematic diagram of a pulse power supply system BRM. Figure 3 shows plots of changes in voltage, currents, magnetic induction, the radius of the equilibrium orbit in the working gap of the electromagnet and magnetomotive forces in the pulse power supply system BRM. Figure 4 shows the limit hysteresis loop of the ferromagnetic material of the central core of the magnetic circuit 1 of the BRM electromagnet.

Электромагнитная система БРМ (фиг.1) содержит магнитопровод 1 электромагнита БРМ, обмотку 2 возбуждения, компенсационную обмотку 3, уложенную на сплошном центральном сердечнике магнитопровода 1 электромагнита БРМ. The BRM electromagnetic system (Fig. 1) contains the BRM solenoid 1, the field winding 2, the compensation winding 3, laid on the solid central core of the BRM solenoid 1.

Импульсная система питания БРМ (фиг.2) включает магнитопровод 1 электромагнита БРМ, обмотку 2 возбуждения, компенсационную обмотку 3, уложенную на сплошном центральном сердечнике магнитопровода 1 электромагнита БРМ. Емкостной накопитель 4 через ветви тиристоров 5 и 6, собранных по схеме инвертора тока, подключен к включенным последовательно и встречно обмоткам 2 и 3, причем в цепи компенсационной обмотки 3 включен диод 7. Источник питания 8 подключен параллельно к обмотке 2 через коммутирующий дроссель 9 и конденсатор 10. Конденсатор 10 через тиристор 11 подключен к диоду 7 и обмотке 3, причем обмотка 3 и диод 7 зашунтированы диодом 12. Низковольтный источник питания 13 через дроссель 14 подключен к обмотке 2 возбуждения. Дроссель 15 цепи коррекции и тиристор 16 подключены параллельно к тиристору 11. Источник питания 8 через переменный резистор 17 подключен к одной обкладке корректирующего конденсатора 18. Корректирующий конденсатор 18 подключен параллельно к обмотке 3 и диоду 7 через тиристор 19 цепи коррекции и резистор 20. The pulse power supply system BRM (figure 2) includes a magnetic circuit 1 of the BRM electromagnet, an excitation winding 2, a compensation winding 3, laid on a solid central core of the magnetic circuit 1 of the BRM electromagnet. Capacitive storage 4 through the branches of thyristors 5 and 6, assembled according to the current inverter circuit, is connected to windings 2 and 3 connected in series and opposite, and diode 7 is connected in the compensation winding circuit 3. Power supply 8 is connected in parallel to winding 2 through a switching inductor 9 and a capacitor 10. A capacitor 10 is connected through a thyristor 11 to a diode 7 and a winding 3, and the winding 3 and the diode 7 are shunted by the diode 12. A low-voltage power supply 13 is connected through the inductor 14 to the excitation winding 2. The inductor 15 of the correction circuit and the thyristor 16 are connected in parallel to the thyristor 11. The power source 8 is connected through a variable resistor 17 to one plate of the correction capacitor 18. The correction capacitor 18 is connected in parallel to the winding 3 and diode 7 through the thyristor 19 of the correction circuit and resistor 20.

На фиг.3, 4 цифрами обозначено:
21 - изменение напряжения на обмотке 2 возбуждения;
22 - изменение магнитной индукции в обратном магнитопроводе магнитопровода 1 электромагнита БРМ;
23 - изменение напряжения на корректирующем конденсаторе 18;
24 - изменение напряжения на конденсаторе 10;
25 - изменение магнитной индукции в области равновесной орбиты электромагнита БРМ;
26 - изменение магнитной индукции в центральном сердечнике магнитопровода 1 электромагнита БРМ;
27 - изменение напряжения на компенсационной обмотке 3;
28 - изменение напряжения на емкостном накопителе 4;
29 - изменение тока корректирующего конденсатора 18;
30 - изменение магнитодвижущей силы обмотки 2 возбуждения;
31 - изменение магнитодвижущей силы компенсационной обмотки 3;
32 - изменение радиуса равновесной орбиты;
33 - предельная петля гистерезиса ферромагнитного материала центрального сердечника магнитопровода 1 электромагнита БРМ.In figure 3, 4 numbers indicate:
21 - voltage change on the excitation winding 2;
22 - change in magnetic induction in the reverse magnetic circuit of the magnetic circuit 1 of the BRM electromagnet;
23 - voltage change on the correction capacitor 18;
24 - voltage change across the capacitor 10;
25 - change in magnetic induction in the equilibrium orbit of the electromagnet BRM;
26 - change in magnetic induction in the central core of the magnetic circuit 1 of the BRM electromagnet;
27 - voltage change on the compensation winding 3;
28 - voltage change on the capacitive storage 4;
29 - change in current correction capacitor 18;
30 - change in the magnetomotive force of the field winding 2;
31 - change in the magnetomotive force of the compensation winding 3;
32 - change in the radius of the equilibrium orbit;
33 - limit hysteresis loop of the ferromagnetic material of the central core of the magnetic circuit 1 of the BRM electromagnet.

Рассмотрим принцип действия импульсной системы питания БРМ на фиг.2. В исходном состоянии емкостной накопитель 4 заряжен до напряжения U₁ (фиг.3, кривая 28). Конденсатор 10 заряжается от источника питания 8 через коммутирующий дроссель 9 и обмотку 2 возбуждения почти постоянным током I_p1 (при индуктивности дросселя 9 много больше индуктивности обмотки 2). От низковольтного источника питания 13 постоянного тока через дроссель 14 по обмотке 2 протекает постоянный ток I_р2, который совместно с током I_p1 задает магнитное состояние магнитопровода 1 электромагнита БРМ.Consider the principle of operation of the pulse power system BRM in figure 2. In the initial state, the capacitive storage 4 is charged to a voltage of U ₁ (figure 3, curve 28). The capacitor 10 is charged from the power source 8 through the switching inductor 9 and the field winding 2 with almost constant current I _p1 (with inductor inductance 9 much greater than the inductance of winding 2). From the low-voltage DC power supply 13, a direct current I _p2 flows through the inductor 14 through the winding 2, which together with the current I _p1 sets the magnetic state of the magnetic circuit 1 of the BRM electromagnet.

К моменту времени t₁ магнитное состояние магнитопровода определяется магнитодвижущей силой обмотки 2 возбуждения (фиг.3, кривая 30) и характеризуется начальным значением магнитной индукции B_c _max (фиг.4, кривая 33, точка 1) в центральном сердечнике магнитопровода 1 и начальным значением магнитной индукции B_о.м.н - в обратном магнитопроводе магнитопровода 1, при этом начальное значение магнитной индукции в области равновесной орбиты близко к нулю (фиг.3, кривые 22, 25, 26).By time t _{1, the} magnetic state of the magnetic circuit is determined by the magnetomotive force of the field winding 2 (Fig. 3, curve 30) and is characterized by the initial value of magnetic induction B _c _max (Fig. 4, curve 33, point 1) in the central core of the magnetic circuit 1 and the initial value magnetic induction B _OMN - in the reverse magnetic circuit of the magnetic circuit 1, while the initial value of the magnetic induction in the equilibrium orbit is close to zero (figure 3, curves 22, 25, 26).

В момент времени t₁ с приходом управляющих импульсов на тиристоры 5 или 6 емкостной накопитель 4 начинает разряжаться на включенные последовательно и встречно обмотки 2 и 3 (фиг.3, кривая 28). Создаются магнитные потоки в области равновесной орбиты, в центральном сердечнике магнитопровода 1 и в обратном магнитопроводе магнитопровода 1.At time t ₁ with the arrival of control pulses to the thyristors 5 or 6, the capacitive storage 4 begins to discharge to the windings 2 and 3 connected in series and counterclockwise (Fig. 3, curve 28). Magnetic fluxes are created in the region of the equilibrium orbit, in the central core of the magnetic circuit 1 and in the reverse magnetic circuit of the magnetic circuit 1.

В момент времени t₁ включается также тиристор цепи коррекции 19 и корректирующий конденсатор 18, заряженный до требуемого напряжения U₀ (фиг.3, кривая 23) через переменный резистор 17, резистор 20, обмотку 2 и дроссель 9 от источника питания 8, начинает разряжаться на обмотку 2 через резистор 20 и емкостной накопитель 4. Ток разряда конденсатора 18 (фиг.3, кривая 29) направлен согласно с током обмотки 2 и ее магнитодвижущая сила увеличивается, что вызывает появление дополнительного магнитного потока через центральный сердечник магнитопровода 1 в интервале времени t₁÷t₂, компенсируется начальное сжатие равновесной орбиты, вызванное нелинейностью петли гистерезиса на начальном этапе перемагничивания (фиг.4, кривая 33, участок 1-2). Радиус равновесной орбиты в этом интервале времени изменяется от начального значения r_он до расчетного r_ор (фиг.3, кривая 32). Изменяя сопротивление резистора 17 можно в широких пределах регулировать положение радиуса равновесной орбиты в момент инжекции t_i электронов в вакуумную ускорительную камеру, оптимизируя тем самым захват электронов в ускорение.At time t _{1, the} thyristor of the correction circuit 19 and the correction capacitor 18, charged to the required voltage U ₀ (Fig. 3, curve 23) through a variable resistor 17, a resistor 20, a winding 2 and a choke 9 from a power source 8, also starts to discharge to the winding 2 through the resistor 20 and the capacitive storage 4. The discharge current of the capacitor 18 (Fig. 3, curve 29) is directed in accordance with the current of the winding 2 and its magnetomotive force increases, which causes the appearance of an additional magnetic flux through the central core of the magnetic circuit 1 in the interval at time t ₁ ÷ t ₂ , the initial compression of the equilibrium orbit is compensated due to the nonlinearity of the hysteresis loop at the initial stage of magnetization reversal (Fig. 4, curve 33, section 1-2). The radius of the equilibrium orbit in this time interval is changed from the initial value to the design _he r r _op (Figure 3, curve 32). By changing the resistance of the resistor 17, it is possible to widely control the position of the radius of the equilibrium orbit at the time of injection of t _i electrons into the vacuum accelerator chamber, thereby optimizing the capture of electrons in acceleration.

В момент времени t₂, когда начинается перемагничивание ферромагнитного материала центрального сердечника магнитопровода 1 по линейному участку предельной петли гистерезиса (фиг. 4, кривая 33, участок 2-3), разрядный ток корректирующего конденсатора 18 спадает до нуля (фиг.3, кривая 29), тиристор 19 выключается и в дальнейшем (до момента времени t₃) выполнение бетатронного соотношения 2: 1 на расчетном радиусе равновесной орбиты r_op (фиг.3, кривая 32) полностью осуществляется за счет выбранного соотношения витков обмоток 2 и 3.At time t ₂ , when the magnetization reversal of the ferromagnetic material of the central core of the magnetic circuit 1 begins along the linear section of the limit hysteresis loop (Fig. 4, curve 33, section 2-3), the discharge current of the correction capacitor 18 drops to zero (Fig. 3, curve 29 ), the thyristor 19 is turned off and in the future (until time t ₃ ), the betatron ratio 2: 1 is fulfilled at the calculated radius of the equilibrium orbit r _op (Fig. 3, curve 32) is completely implemented due to the selected ratio of windings 2 and 3.

В момент времени t₃ включается тиристор 16 и конденсатор 10, заряженный через коммутирующий дроссель 9 и обмотку 2 до напряжения U₂, начинает разряжаться на обмотку 3 через дроссель 15 цепи коррекции, имеющий небольшие массогабаритные параметры. Ток разряда конденсатора 10 направлен встречно току обмотки 3 и ее магнитодвижущая сила уменьшается, что вызывает появление дополнительного магнитного потока через центральный сердечник магнитопровода 1, компенсируется сжатие равновесной орбиты, вызванное нелинейностью петли гистерезиса на конечном этапе перемагничивания ферромагнитного материала центрального сердечника магнитопровода 1 (фиг.4, участок 3-4). В течение интервала времени t₃÷t₄ происходит частичный ввод энергии от конденсатора 10 в колебательный контур, при этом корректируется соотношение напряжений на обмотках 2, 3 (фиг.3, кривые 21, 27), а радиус равновесной орбиты остается постоянным или несколько увеличивается в зависимости от величины индуктивности дросселя 15. Данное обстоятельство исключает частичные потери пучка ускоренных электронов на стенках вакуумной ускорительной камеры в конце цикла ускорения, что, соответственно, приводит к увеличению интенсивности излучения БРМ.At time t _{3, the} thyristor 16 is turned on and the capacitor 10 charged through the switching inductor 9 and the winding 2 to voltage U ₂ starts to discharge to the winding 3 through the inductor 15 of the correction circuit, which has small weight and size parameters. The discharge current of the capacitor 10 is directed opposite to the current of the winding 3 and its magnetomotive force decreases, which causes the appearance of an additional magnetic flux through the central core of the magnetic circuit 1, compensates for the compression of the equilibrium orbit caused by the non-linearity of the hysteresis loop at the final stage of magnetization reversal of the ferromagnetic material of the central core of the magnetic circuit 1 (Fig. 4 , plot 3-4). During the time interval t ₃ ÷ t ₄ there is a partial input of energy from the capacitor 10 into the oscillatory circuit, while the voltage ratio of the windings 2, 3 is corrected (Fig. 3, curves 21, 27), and the radius of the equilibrium orbit remains constant or increases slightly depending on the magnitude of the inductance of the inductor 15. This circumstance excludes partial losses of the accelerated electron beam on the walls of the vacuum accelerator chamber at the end of the acceleration cycle, which, accordingly, leads to an increase in the BRM radiation intensity.

На кривых 21, 27 и 32 (фиг.3) в интервале времени t₃÷t₄ пунктиром показаны изменения напряжений на обмотках 2, 3 и изменение радиуса равновесной орбиты при отключенной цепи коррекции. В данном случае радиус равновесной орбиты будет уменьшаться, и когда он достигнет значения r_кр, произойдут частичные потери пучка ускоренных электронов на стенках вакуумной ускорительной камеры, что, соответственно, приведет к уменьшению интенсивности излучения БРМ.On curves 21, 27 and 32 (Fig. 3) in the time interval t ₃ ÷ t _{4 the} dashed line shows the voltage changes on the windings 2, 3 and the change in the radius of the equilibrium orbit when the correction circuit is off. In this case, the radius of the equilibrium orbit will decrease, and when it reaches the value of r _cr , partial losses of the accelerated electron beam will occur on the walls of the vacuum accelerator chamber, which, accordingly, will lead to a decrease in the BRM radiation intensity.

В момент времени t₄ включается тиристор 11 и подключает конденсатор 10 к диоду 7, а тиристор 16 обесточивается и выключается. Ток разряда конденсатора 10 направлен встречно току компенсационной обмотки 3. Ток обмотки 3 начинает уменьшаться, а ток обмотки возбуждения 2 переходит в цепь конденсатора 10 и тиристора 11.At time t _{4, the} thyristor 11 is turned on and connects the capacitor 10 to the diode 7, and the thyristor 16 is de-energized and turned off. The discharge current of the capacitor 10 is directed opposite the current of the compensation winding 3. The current of the winding 3 begins to decrease, and the current of the field winding 2 passes into the circuit of the capacitor 10 and the thyristor 11.

В течение интервала времени t₄÷t₆ происходит ввод энергии от конденсатора 10 в колебательный контур для компенсации потерь энергии в нем за цикл ускорения t_у, а ток обмотки 3 спадает до нуля. При обесточивании обмотки 3 (интервал времени t₄÷t₆) за счет увеличения разницы магнитодвижущих сил обмоток 2, 3 (фиг.3, кривые 30, 31) магнитный поток в центральном сердечнике магнитопровода возрастает, происходит увеличение радиуса равновесной орбиты (фиг. 3, кривая 32). В момент времени t₅, когда радиус равновесной орбиты достигает значения радиуса установки инжектора r_i, происходит сброс электронов на внешнюю мишень. Дальнейшее обесточивание обмотки 3 приводит к насыщению центрального сердечника магнитопровода (фиг.4, кривая 33, точка 5). При полном разряде конденсатора 10 (момент времени t₆) включается диод 12, тиристор 11 выключается и конденсатор 10 вновь заряжается током I_p1.During the time interval t ₄ ÷ t ₆ , energy is introduced from the capacitor 10 into the oscillating circuit to compensate for the energy losses in it during the acceleration cycle t _у , and the current of the winding 3 drops to zero. When the winding 3 is de-energized (time interval t ₄ ÷ t ₆ ) due to an increase in the difference in the magnetomotive forces of the windings 2, 3 (Fig. 3, curves 30, 31), the magnetic flux in the central core of the magnetic circuit increases, the radius of the equilibrium orbit increases (Fig. 3 , curve 32). At time t ₅ , when the radius of the equilibrium orbit reaches the injector installation radius r _i , electrons are dumped onto an external target. Further de-energization of the winding 3 leads to saturation of the central core of the magnetic circuit (Fig. 4, curve 33, point 5). When the capacitor 10 is completely discharged (time t ₆ ), the diode 12 is turned on, the thyristor 11 is turned off, and the capacitor 10 is again charged by the current I _p1 .

К моменту времени t₅ магнитное состояние магнитопровода характеризуется конечным значением магнитной индукции в центральном сердечнике магнитопровода + B_с.к и конечным значением магнитной индукции в обратном магнитопроводе + B_о.м.к (фиг.3, кривые 22, 26). Магнитная индукция в области равновесной орбиты в течение процесса ускорения t_у на радиусе равновесной орбиты r_ор изменяется приблизительно от 0 до конечного значения + В_о.р.к (фиг.3, кривая 25).By time t _{5, the} magnetic state of the magnetic circuit is characterized by a final value of magnetic induction in the central core of the magnetic circuit + B _s.k. and a final value of magnetic induction in the return magnetic core + B _s.c. (Fig. 3, curves 22, 26). Magnetic induction in the region of the equilibrium orbit during the acceleration process t _y at the radius of the equilibrium orbit r _op varies from approximately 0 to the final value + V _o.r.k (Fig. 3, curve 25).

К моменту времени t₇ когда ток обмотки 2 спадает до значения тока насыщения, определяемого магнитодвижущей силой обмотки 2 возбуждения, центральный сердечник магнитопровода выходит из насыщения и в интервале времени t₇÷t₈ размагничивается вновь в исходное состояние В_с _mах (фиг.4, кривая 33, участок 5-6-7-1).By the time t _7, when the current of the winding 2 drops to the value of the saturation current, determined by the magnetomotive force of the field winding 2, the central core of the magnetic circuit goes out of saturation and in the time interval t ₇ ÷ t _{8 is} demagnetized again to its initial state B _with _max (Fig. 4, curve 33, section 5-6-7-1).

В момент времени t₈ тиристоры 5 или 6 выключаются и магнитное состояние центрального сердечника магнитопровода определяется суммой токов (I_p1+I_p2), протекающих по обмотке 2, и цикл работы импульсной системы питания БРМ закончился.At time t _8, thyristors 5 or 6 turn off and the magnetic state of the central core of the magnetic circuit is determined by the sum of the currents (I _p1 + I _p2 ) flowing through winding 2, and the cycle of operation of the BRM pulse power supply system has ended.

Таким образом, в рассмотренной импульсной системе питания БРМ для заряда корректирующего конденсатора 18 не требуется применение дополнительного высоковольтного источника питания постоянного тока, что делает предлагаемую импульсную систему питания БРМ более простой и надежной и уменьшает ее массогабаритные параметры. При этом подключение тиристора 19 цепи коррекции к общей точке подключения диодов 12 и 7 позволяет уменьшить на нем обратное напряжение на величину напряжения холостого хода компенсационной обмотки 3, что, соответственно, приводит к уменьшению массогабаритных параметров и стоимости цепи коррекции радиуса равновесной орбиты по сравнению с цепью коррекции, предложенной в [Касьянов В.А., Фурман Э.Г., Чахлов В.Л., Чертов А. С. Импульсная система питания индукционного ускорителя. Патент РФ на изобретение 2187912], и, соответственно, к уменьшению массогабаритных параметров и стоимости импульсной системы питания БРМ. Thus, in the considered BRM pulsed power supply system for charging the correction capacitor 18, the use of an additional high-voltage DC power supply is not required, which makes the proposed BRM pulsed power supply system simpler and more reliable and reduces its overall dimensions. The connection of the thyristor 19 of the correction circuit to the common point of connection of the diodes 12 and 7 makes it possible to reduce the reverse voltage on it by the value of the open circuit voltage of the compensation winding 3, which, accordingly, leads to a decrease in weight and size parameters and the cost of the correction circuit of the radius of the equilibrium orbit compared to the circuit correction proposed in [Kasyanov VA, Furman EG, Chakhlov VL, Chertov A. S. Pulsed power supply system of an induction accelerator. RF patent for the invention 2187912], and, accordingly, to reduce the overall dimensions and cost of the pulse power supply system BRM.

Введенная в импульсную систему питания БРМ простая цепь коррекции радиуса равновесной орбиты, состоящая из дросселя 15 цепи коррекции и тиристора 16, имеющая небольшие массогабаритные параметры и стоимость, обеспечивает исправление магнитного поля в конце цикла ускорения. Данное обстоятельство устраняет частичные потери пучка ускоренных электронов на стенках вакуумной ускорительной камеры в конце цикла ускорения и, соответственно, повышает интенсивность излучения БРМ. The simple correction circuit of the radius of the equilibrium orbit, introduced into the pulse power supply system of the BRM, consisting of a throttle 15 of the correction circuit and a thyristor 16, having small overall dimensions and cost, provides correction of the magnetic field at the end of the acceleration cycle. This circumstance eliminates the partial losses of the accelerated electron beam on the walls of the vacuum accelerator chamber at the end of the acceleration cycle and, accordingly, increases the BRM radiation intensity.

Claims

A pulse power supply system of a betatron with a demagnetization of a magnetic circuit, containing an electromagnet with a magnetic circuit, with an excitation winding and with a compensation winding laid on the solid central core of the magnetic circuit, a capacitive storage connected by a current inverter to the excitation and compensation windings, in the circuit of which a diode is connected, a low-voltage source DC power supply, connected in parallel to the inductor and the field winding, to which the power source is connected via a switching inductor, and a capacitor that is connected through a thyristor to a diode and a compensation winding, which is additionally shunted by a diode with a diode, a correction circuit thyristor, a correction capacitor, characterized in that the capacitor is connected to a diode and a compensation winding through a correction circuit inductor and a thyristor, and the correction capacitor is connected in parallel to diode and compensation winding through the resistor and thyristor of the correction circuit, and one lining of the correction capacitor having a common connection point with the thyristor circuit to rrektsii through a variable resistor is connected to a common point connecting the power source and the throttle correction circuit.