RU2230441C1 - Twin betatron switch-mode power system - Google Patents

Twin betatron switch-mode power system Download PDF

Info

Publication number
RU2230441C1
RU2230441C1 RU2002132076/06A RU2002132076A RU2230441C1 RU 2230441 C1 RU2230441 C1 RU 2230441C1 RU 2002132076/06 A RU2002132076/06 A RU 2002132076/06A RU 2002132076 A RU2002132076 A RU 2002132076A RU 2230441 C1 RU2230441 C1 RU 2230441C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electromagnet
betatron
thyristor
double
excitation winding
Prior art date
Application number
RU2002132076/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002132076A (en
Inventor
М.М. Рычков (RU)
М.М. Рычков
В.Л. Чахлов (RU)
В.Л. Чахлов
А.С. Чертов (RU)
А.С. Чертов
Original Assignee
Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническом университете Министерства образования Российской Федерации"
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 Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническом университете Министерства образования Российской Федерации" filed Critical Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническом университете Министерства образования Российской Федерации"
Priority to RU2002132076/06A priority Critical patent/RU2230441C1/en
Publication of RU2002132076A publication Critical patent/RU2002132076A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2230441C1 publication Critical patent/RU2230441C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: acceleration engineering; generation of high-energy electron beams. SUBSTANCE: twin betatron power system has its storage capacitor connected through thyristor to field coil of first electromagnet and field coil of second electromagnet connected through other thyristor to storage capacitor. Connected in parallel with field coil of first electromagnet is first power input circuit set up of series interconnected dc power supply, choke coil, and additional thyristor. Connected in parallel with field coil of second electromagnet is second power input circuit set up of series-interconnected dc power supply, choke coil, and thyristor. EFFECT: reduces cost, mass, and size of twin betatron. 1 cl, 3 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 to generate high-energy electron beams for the subsequent use of accelerated electron energy for defectoscopy, cancer treatment, etc.

В ряде случаев для определения координат дефектов требуется стереоснимок, для получения которого необходимо использование двух бетатронов (двойного бетатрона).In some cases, to determine the coordinates of defects, a stereo image is required, which requires the use of two betatrons (double betatron).

Известны системы питания двойного бетатрона в случае смешанного возбуждения его электромагнитов [1-3]. В связи с разработкой и внедрением импульсных систем питания бетатронов [4, 5], позволяющих формировать в индуктивной нагрузке и в том числе в обмотках электромагнита бетатрона импульсы тока различной формы, интерес к смешанному возбуждению пропал. Это объясняется тем, что при возбуждении электромагнита бетатрона однополярными импульсами тока сохраняется не только основное достоинство смешанного возбуждения - формирование однонаправленных магнитных потоков, но и появляется целый ряд дополнительных преимуществ. Например, массогабаритные параметры электромагнита бетатрона получаются меньше, чем при смешанном возбуждении, уменьшаются массогабаритные параметры системы питания. Следует отметить, что до настоящего времени двойные бетатроны с импульсным питанием не разрабатывались.Known power systems of a double betatron in the case of mixed excitation of its electromagnets [1-3]. In connection with the development and implementation of pulse power systems of betatrons [4, 5], which allow generating current pulses of various shapes in the inductive load, including in the windings of the betatron electromagnet, interest in mixed excitation has disappeared. This is due to the fact that when a betatron electromagnet is excited by unipolar current pulses, not only the main advantage of mixed excitation is preserved - the formation of unidirectional magnetic fluxes, but also a number of additional advantages appear. For example, the weight and size parameters of the betatron electromagnet are less than with mixed excitation; the weight and size parameters of the power system are reduced. It should be noted that to date, double pulse-switched betatrons have not been developed.

Известна импульсная система питания бетатрона (в случае двуполярного режима работы емкостного накопителя) [6]. Для создания двойного бетатрона потребуется использование двух таких импульсных систем питания, которые образуют импульсную систему питания двойного бетатрона, выбранную в качестве прототипа, содержащую первый электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, второй электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, емкостный накопитель.Known pulse power system of the betatron (in the case of a bipolar mode of operation of a capacitive storage) [6]. To create a double betatron, it will be necessary to use two such pulse power systems that form a double betatron pulse power system, selected as a prototype, containing a first electromagnet with a magnetic circuit and with an excitation winding, a second electromagnet with a magnetic circuit and with an excitation winding, and a capacitive storage.

Данная импульсная система питания двойного бетатрона должна будет содержать 8 тиристоров двух колебательных контуров и два емкостных накопителя. Использование такого большого количества элементов приведет к существенному увеличению стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона.This pulse power supply system of a double betatron will have to contain 8 thyristors of two oscillatory circuits and two capacitive storage. The use of such a large number of elements will lead to a significant increase in the cost and mass and size parameters of a double betatron.

Задачей изобретения является уменьшение стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона.The objective of the invention is to reduce the cost and weight and size parameters of a double betatron.

Поставленная задача достигается тем, что в импульсной системе питания двойного бетатрона, содержащей первый электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, второй электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, емкостный накопитель, согласно изобретению обмотка возбуждения первого электромагнита через один тиристор соединена с емкостным накопителем, который через другой тиристор соединен с обмоткой возбуждения второго электромагнита, причем параллельно к обмотке возбуждения первого электромагнита подключена первая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания постоянного тока, дросселя и тиристора, а параллельно к обмотке возбуждения второго электромагнита подключена вторая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания постоянного тока, дросселя и тиристора.The task is achieved in that in a pulsed power supply system of a double betatron containing a first electromagnet with a magnetic circuit and with an excitation winding, a second electromagnet with a magnetic circuit and with an excitation winding, a capacitive storage device, according to the invention, the field winding of the first electromagnet is connected through one thyristor to a capacitive storage device, which through another thyristor is connected to the excitation winding of the second electromagnet, and in parallel to the excitation winding of the first electromagnet the first energy input circuit consisting of a DC power supply, a choke and a thyristor connected in series with each other, and a second energy input circuit connected in series with a DC power supply, a choke and a thyristor is connected in parallel to the excitation winding of the second electromagnet.

При таком исполнении импульсной системы питания двойного бетатрона вместо 8 тиристоров двух колебательных контуров будет использоваться всего 2, вместо двух емкостных накопителей будет использоваться один.With this version of the pulse power supply system of a double betatron, instead of 8 thyristors of two oscillatory circuits, only 2 will be used, instead of two capacitive drives, one will be used.

В бетатроне значительную часть стоимости импульсной системы питания составляют следующие элементы: емкостный накопитель и тиристоры колебательного контура. Эти элементы также составляют значительную часть массогабаритных параметров импульсной системы питания. Следовательно, полученная импульсная система питания двойного бетатрона будет обладать значительно меньшими массогабаритными параметрами и стоимостью, чем импульсная система питания двойного бетатрона, состоящая из двух импульсных систем питания, рассмотренных в [6]. Данное обстоятельство соответственно приведет к значительному уменьшению стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона.In a betatron, a significant part of the cost of a pulsed power system is made up of the following elements: capacitive storage and thyristors of an oscillatory circuit. These elements also make up a significant part of the overall dimensions of the pulse power system. Consequently, the obtained double betatron pulse power system will have significantly lower mass and size parameters and cost than the double betatron pulse power system, consisting of two pulse power systems considered in [6]. This circumstance, respectively, will lead to a significant reduction in the cost and weight and size parameters of the double betatron.

На фиг.1 приведена электромагнитная система двойного бетатрона, где пунктиром показаны положения вакуумных ускорительных камер в межполюсных пространствах электромагнитов.Figure 1 shows the electromagnetic system of a double betatron, where the dotted line shows the positions of the vacuum accelerator chambers in the interpolar spaces of the electromagnets.

На фиг.2 приведена принципиальная схема импульсной системы питания двойного бетатрона.Figure 2 shows a schematic diagram of a pulse power supply system of a double betatron.

На фиг.3 приведены эпюры изменения токов и напряжений в импульсной системе питания двойного бетатрона, где цифрами обозначено:Figure 3 shows the diagrams of changes in currents and voltages in a pulse power supply system of a double betatron, where the numbers indicate:

14 - изменение напряжения на емкостном накопителе 5,14 - voltage change on a capacitive storage 5,

15 - изменение тока обмотки 2 возбуждения первого электромагнита,15 is a change in the current of the excitation winding 2 of the first electromagnet,

16 - изменение тока обмотки 4 возбуждения второго электромагнита.16 - change in current of the winding 4 of the excitation of the second electromagnet.

Электромагнитная система двойного бетатрона (фиг.1) содержит магнитопровод 1 первого электромагнита, обмотку 2 возбуждения первого электромагнита, магнитопровод 3 второго электромагнита, обмотку 4 возбуждения второго электромагнита.The electromagnetic system of a double betatron (Fig. 1) contains a magnetic circuit 1 of the first electromagnet, an excitation winding 2 of the first electromagnet, a magnetic circuit 3 of the second electromagnet, an excitation winding 4 of the second electromagnet.

Импульсная система питания двойного бетатрона (фиг.2), включает магнитопровод 1 первого электромагнита, обмотку 2 возбуждения первого электромагнита, магнитопровод 3 второго электромагнита, обмотку 4 возбуждения второго электромагнита. Емкостный накопитель 5 через тиристор 6 соединен с обмоткой 2 возбуждения первого электромагнита, а обмотка 4 возбуждения второго электромагнита через тиристор 7 соединена с емкостным накопителем 5. Параллельно к обмотке 2 возбуждения подключена первая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания 8 постоянного тока, дросселя 9 и тиристора 10. Параллельно к обмотке 4 возбуждения подключена вторая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания 11 постоянного тока, дросселя 12 и тиристора 13.The pulse power system of the double betatron (figure 2), includes a magnetic circuit 1 of the first electromagnet, a winding 2 of the excitation of the first electromagnet, a magnetic circuit 3 of the second electromagnet, an excitation winding 4 of the second electromagnet. The capacitive storage 5 through the thyristor 6 is connected to the excitation winding 2 of the first electromagnet, and the excitation winding 4 of the second electromagnet through the thyristor 7 is connected to the capacitive storage 5. In parallel to the excitation winding 2, a first energy input circuit is connected, consisting of a constant power supply 8 connected in series current, inductor 9 and thyristor 10. In parallel with the field winding 4, a second energy input circuit is connected, consisting of a power supply 11 DC connected in series to each other current, inductor 12 and thyristor 13.

Рассмотрим принцип действия импульсной системы питания двойного бетатрона на фиг.2.Consider the principle of operation of a pulse power supply system of a double betatron in figure 2.

В момент времени t1 с приходом управляющего импульса на тиристор 10 от источника питания 8 постоянного тока через дроссель 9 происходит ввод энергии в обмотку 2 возбуждения первого электромагнита двойного бетатрона (фиг.3, кривая 15). В момент времени t2 после окончания ввода энергии в обмотку 2 возбуждения включается тиристор 6, начинается колебательный разряд емкостного накопителя 5 на обмотку 2 возбуждения (фиг.3, кривая 14), под действием напряжения емкостного накопителя 5 тиристор 10 обесточивается и выключается. В первом электромагните двойного бетатрона создаются магнитные потоки через обратный магнитопровод магнитопровода 1 первого электромагнита в области равновесной орбиты и центральный магнитный поток. В момент времени t3 после окончания процесса ускорения ty1 формируется спадающая часть импульса тока в обмотке 2 возбуждения (фиг.3, кривая 15). К моменту времени t4 ток в обмотке 2 возбуждения становится равным нулю, а емкостный накопитель 5 перезаряжается до максимального напряжения с обозначенной в скобках полярностью. При этом вся энергия, запасенная в магнитном поле первого электромагнита бетатрона, в течение интервала времени t3-t4 рекуперирует в емкостный накопитель 5.At time t 1 with the arrival of the control pulse to the thyristor 10 from the DC power source 8 through the inductor 9, energy is input into the excitation winding 2 of the first double betatron electromagnet (Fig. 3, curve 15). At time t 2, after the end of the energy input, the thyristor 6 is turned on to the excitation winding 2, the oscillatory discharge of the capacitive storage 5 to the excitation winding 2 begins (Fig. 3, curve 14), and the thyristor 10 is de-energized and turned off under the action of the voltage of the capacitive storage 5. In the first double-betatron electromagnet, magnetic fluxes are created through the reverse magnetic circuit of magnetic circuit 1 of the first electromagnet in the equilibrium orbit region and the central magnetic flux. At time t 3 after the end of the acceleration process t y1 , the falling part of the current pulse is formed in the excitation winding 2 (Fig. 3, curve 15). By time t 4, the current in the field winding 2 becomes equal to zero, and the capacitive storage 5 is recharged to the maximum voltage with the polarity indicated in parentheses. In this case, all the energy stored in the magnetic field of the first betatron electromagnet is recuperated into the capacitive storage 5 during the time interval t 3 -t 4 .

В момент времени t4 с приходом управляющего импульса на тиристор 13 от источника питания 11 постоянного тока через дроссель 12 происходит ввод энергии в обмотку 4 возбуждения второго электромагнита двойного бетатрона (фиг.3, кривая 16). В момент времени t5 после окончания ввода энергии в обмотку 4 возбуждения включается тиристор 7, начинается колебательный разряд емкостного накопителя 5 на обмотку 4 возбуждения (фиг.3, кривая 14), под действием напряжения емкостного накопителя 5 тиристор 13 обесточивается и выключается. Во втором электромагните двойного бетатрона создаются магнитные потоки через обратный магнитопровод магнитопровода 3 второго электромагнита в области равновесной орбиты и центральный магнитный поток. В момент времени t6 после окончания процесса ускорения ty2 формируется спадающая часть импульса тока в обмотке 4 возбуждения (фиг.3, кривая 16). К моменту времени t7 ток в обмотке 4 возбуждения становится равным нулю, а емкостный накопитель 5 перезаряжается до максимального напряжения с обозначенной без скобок полярностью. При этом вся энергия, запасенная в магнитном поле второго электромагнита двойного бетатрона, в течение интервала времени t6-t7 рекуперирует в емкостный накопитель 5, и цикл работы импульсной системы питания двойного бетатрона закончился.At time t 4 with the arrival of the control pulse to the thyristor 13 from the DC power source 11 through the inductor 12, energy is input into the excitation winding 4 of the second double betatron electromagnet (Fig. 3, curve 16). At time t 5, after the end of the energy input, the thyristor 7 is turned on, the oscillatory discharge of the capacitive storage 5 to the excitation winding 4 begins (Fig. 3, curve 14), and the thyristor 13 is de-energized and turned off under the action of the voltage of the capacitive storage 5. In the second double-betatron electromagnet, magnetic fluxes are created through the reverse magnetic circuit of the magnetic circuit 3 of the second electromagnet in the equilibrium orbit and the central magnetic flux. At time t 6 after the end of the acceleration process t y2 , a decreasing part of the current pulse is formed in the excitation winding 4 (Fig. 3, curve 16). By time t 7, the current in the field winding 4 becomes equal to zero, and the capacitive storage 5 is recharged to the maximum voltage with the polarity indicated without brackets. Moreover, all the energy stored in the magnetic field of the second double betatron electromagnet is recuperated into the capacitive storage 5 during the time interval t 6 -t 7 , and the cycle of operation of the pulsed power supply system of the double betatron has ended.

Таким образом, в рассмотренной импульсной системе питания двойного бетатрона вместо 8 тиристоров двух колебательных контуров используется всего 2, используется один емкостный накопитель вместо двух, что соответственно приводит к значительному уменьшению стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона.Thus, in the considered pulse power supply system of a double betatron instead of 8 thyristors of two oscillatory circuits, only 2 are used, one capacitive storage is used instead of two, which accordingly leads to a significant decrease in the cost and weight and size parameters of the double betatron.

ЛитератураLiterature

1. Ярушкин Ю.П. Некоторые вопросы исследования смешанного возбуждения электромагнитов малогабаритных бетатронов. Диссертация. - Томск, 1964.1. Yarushkin Yu.P. Some research questions of mixed excitation of small-sized betatrons electromagnets. Thesis. - Tomsk, 1964.

2. Ивашин В.В. Вентильная и вентильно-механическая коммутация в схемах получения магнитных полей в электрических машинах. Диссертация. - Томск, 1968.2. Ivashin V.V. Valve and valve-mechanical switching in schemes for obtaining magnetic fields in electric machines. Thesis. - Tomsk, 1968.

3. Ананьев Л.М., Воробьев А.А., Горбунов В.И. Индукционный ускоритель электронов - бетатрон. - М.: Госатомиздат, 1961.3. Ananyev L. M., Vorobev A. A., Gorbunov V. I. Induction electron accelerator - betatron. - M .: Gosatomizdat, 1961.

4. Ивашин В.В., Фурман Э.Г. Экспериментальное исследование потерь в схеме питания бетатрона однополярными импульсами тока. Известия ТЛИ. - 1970, т. 212, с.134-139.4. Ivashin V.V., Furman E.G. An experimental study of losses in the power circuit of a betatron by unipolar current pulses. News Aphids. - 1970, v. 212, p.134-139.

5. Фурман Э.Г. Системы питания импульсных электромагнитов с емкостными накопителями энергии. ПТЭ. - 1988, №5, с.7-27.5. Furman E.G. Power systems for pulsed electromagnets with capacitive energy storage. PTE. - 1988, No. 5, pp. 7-27.

6. Авт. св. СССР №661743, МКП 2 Н 03 К 5/01, Б.И. №17, 1979, с.260.6. Auth. St. USSR No. 661743, MKP 2 N 03 K 5/01, B.I. No. 17, 1979, p. 260.

Claims (1)

Импульсная система питания двойного бетатрона, содержащая первый электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, второй электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, емкостной накопитель, отличающаяся тем, что обмотка возбуждения первого электромагнита через один тиристор соединена с емкостным накопителем, который через другой тиристор соединен с обмоткой возбуждения второго электромагнита, причем параллельно к обмотке возбуждения первого электромагнита подключена первая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания постоянного тока, дросселя и тиристора, а параллельно к обмотке возбуждения второго электромагнита подключена вторая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания постоянного тока, дросселя и тиристора.A double betatron pulse power supply system comprising a first electromagnet with a magnetic circuit and with an excitation winding, a second electromagnet with a magnetic circuit and with an excitation winding, a capacitive storage device, characterized in that the excitation winding of the first electromagnet is connected through one thyristor to a capacitive storage device, which is connected to another through a thyristor the excitation winding of the second electromagnet, and in parallel with the excitation winding of the first electromagnet connected to the first energy input circuit, consisting of a DC power supply, a choke and a thyristor connected to each other, and a second energy input circuit connected to a DC power supply, a choke and a thyristor connected in series to each other in parallel with the excitation winding of the second electromagnet.
RU2002132076/06A 2002-11-28 2002-11-28 Twin betatron switch-mode power system RU2230441C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002132076/06A RU2230441C1 (en) 2002-11-28 2002-11-28 Twin betatron switch-mode power system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002132076/06A RU2230441C1 (en) 2002-11-28 2002-11-28 Twin betatron switch-mode power system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002132076A RU2002132076A (en) 2004-05-27
RU2230441C1 true RU2230441C1 (en) 2004-06-10

Family

ID=32846476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002132076/06A RU2230441C1 (en) 2002-11-28 2002-11-28 Twin betatron switch-mode power system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2230441C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7928672B2 (en) Modulator for circular induction accelerator
US2480169A (en) Apparatus for imparting high energy to charged particles
JP2014005762A (en) Power supply device
US4577156A (en) Push-pull betatron pair
RU2230441C1 (en) Twin betatron switch-mode power system
RU31089U1 (en) Dual betatron pulse power system
JP5075775B2 (en) Power supply for pulse laser
RU2229773C1 (en) Pulse-mode power system for demagnetized-core betatron
RU2187913C2 (en) Induction accelerator pulsed power system
RU2187912C2 (en) Induction accelerator pulsed power
RU2229772C1 (en) Switch-mode power supply system for demagnetized-core betatron
RU32956U1 (en) Double-betatron pulse power supply system with demagnetization of the magnetic circuit
RU30480U1 (en) Betatron pulse power supply system with demagnetization of the magnetic circuit
Thomsen et al. The Design of the Fast Raster System for the European Spallation Source
RU2228580C1 (en) Switch-mode power system for betatron incorporating magnetic circuit demagnetization provision
RU2172574C1 (en) Pulse power supply system of induction accelerator
US20230420171A1 (en) Electronic switching device for demagnetizing ferromagnetic material
RU2187914C2 (en) Induction accelerator pulsed power system
JP3011435B2 (en) Magnetic pulse compression circuit and magnetic reset method of saturable reactor for magnetic pulse compression
JP3999140B2 (en) Betatron accelerator and acceleration core device for betatron
JP2000223333A (en) Exciter
KR102616237B1 (en) Pulse power supply
SU873379A1 (en) Device for controlling electromagnetic vibrator
Karabekov et al. Basic circuit of synchrotron power supply on standard units
RU2231938C1 (en) Switch-mode power system for magnetron-demagnetization betatron

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101129