RU2544845C2 - High-current nanosecond electron beam accelerator - Google Patents
High-current nanosecond electron beam accelerator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2544845C2 RU2544845C2 RU2013127677/07A RU2013127677A RU2544845C2 RU 2544845 C2 RU2544845 C2 RU 2544845C2 RU 2013127677/07 A RU2013127677/07 A RU 2013127677/07A RU 2013127677 A RU2013127677 A RU 2013127677A RU 2544845 C2 RU2544845 C2 RU 2544845C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- spark gap
- electron beam
- double
- ferromagnetic core
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ускорительной технике наносекундного диапазона и предназначено для генерации мощных электронных пучков, используемых в СВЧ приборах, радиационных технологиях и научных исследованиях.The invention relates to accelerator technology in the nanosecond range and is intended to generate powerful electron beams used in microwave devices, radiation technologies and scientific research.
Использование электронных пучков в указанных областях накладывает следующие требования к устройствам их генерирующих: амплитуда напряжения на нагрузках - (450÷600) кВ, ток электронного пучка - (20÷40) кА при длительности ускоряющего напряжения ~100 нс и частоте повторения от единиц до десятков Гц. Кроме того, необходимо обеспечить высокий к.п.д., ресурс устройства и надежность его работы.The use of electron beams in these areas imposes the following requirements on the devices generating them: voltage amplitude at loads - (450 ÷ 600) kV, electron beam current - (20 ÷ 40) kA with an accelerating voltage of ~ 100 ns and a repetition rate from units to tens Hz In addition, it is necessary to ensure high efficiency, the resource of the device and the reliability of its operation.
Традиционно основой сильноточных наносекундных ускорителей электронных пучков являются емкостные накопители энергии в виде формирующих линий: одинарных или двойных. Наиболее часто применяют коаксиальные двойные формирующие линии. использующие в качестве изоляции деионизованную воду.Traditionally, the basis of high-current nanosecond electron beam accelerators are capacitive energy storage in the form of forming lines: single or double. Most often, coaxial double forming lines are used. using deionized water as insulation.
В качестве зарядных устройств двойных формирующих линий используют генераторы импульсных напряжений Аркадьева-Маркса, индуктивные накопители энергии и трансформаторные схемы. Эти устройства должны обеспечивать длительности зарядных напряжений не более 1 мкс, при которых отсутствует саморазряд водяного диэлектрика формирующих линий.Arkadyev-Marx pulse voltage generators, inductive energy storage devices and transformer circuits are used as chargers for double forming lines. These devices should provide a duration of charging voltages of not more than 1 μs, at which there is no self-discharge of the water dielectric of the forming lines.
Известны сильноточные наносекундные ускорители электронных пучков [Смирнов В.П. «Получение сильноточных пучков электронов» / ПТЭ, 1977, №2, с.2-31], содержащие коаксиальные двойные формирующие линии, искровые разрядники, вакуумный диод, импульсный зарядный генератор. Импульсный зарядный генератор выполнен по схеме Аркадьева-Маркса с применением большого количества конденсаторов, зарядных резисторов и искровых разрядников. Кроме того, использование такого зарядного генератора для зарядки двойной формирующей линии требует зарядной индуктивности. Наличие большого количества искровых разрядников не позволяет работать с частотой более 1 Гц, а габариты зарядного генератора с зарядной индуктивностью часто соизмеримы с габаритами двойной формирующей линии, а все устройство обладает громоздкостью, малым ресурсом и надежностью в работе.High-current nanosecond electron beam accelerators are known [Smirnov V.P. “Obtaining high-current electron beams” / PTE, 1977, No. 2, pp.2-31], containing coaxial double forming lines, spark gaps, a vacuum diode, and a pulsed charging generator. The pulse charging generator is made according to the Arkadyev-Marx scheme using a large number of capacitors, charging resistors and spark gaps. In addition, the use of such a charging generator to charge the double forming line requires charging inductance. The presence of a large number of spark gaps does not allow working with a frequency of more than 1 Hz, and the dimensions of a charging generator with a charging inductance are often commensurate with the dimensions of a double forming line, and the entire device is cumbersome, has a small resource and reliable operation.
Известен также сильноточный наносекундный ускоритель [Жерлицын А.Г., Канаев Г.Г., Мельников Г.В. «Сильноточный наносекундный генератор с индуктивной зарядкой двойной формирующей линии» / Изв. Вузов. Физика. 2010. - №10/2. - С.73-76], содержащий коаксиальную двойную формирующую линию, искровые разрядники, вакуумный диод, импульсный зарядный генератор. Зарядный генератор выполнен на основе индуктивного накопителя энергии, запитка которого происходит от собственного генератора импульсного напряжения Аркадьева-Маркса. Индуктивный накопитель выполнен в виде спиральной катушки. Необходимым элементом такого накопителя является электровзрывной прерыватель тока (параллельно соединенные проводники определенного сечения и длины), обрыв которого приводит к возникновению импульса напряжения, который через разделительный искровой разрядник прикладывается к двойной формирующей линии, осуществляя ее зарядку. Такой импульсный зарядный генератор хотя и обладает компактностью, ресурсом и надежностью, может работать только в однократном режиме и тем исключает работу в частотном режиме всего устройства.Also known is a high-current nanosecond accelerator [Zherlitsyn A.G., Kanaev G.G., Melnikov G.V. “A high-current nanosecond generator with inductive charging of a double forming line” / Izv. Universities. Physics. 2010. - No. 10/2. - S.73-76], containing a coaxial double forming line, spark gaps, a vacuum diode, a pulse charging generator. The charging generator is made on the basis of an inductive energy storage device, the power of which comes from the Arkadyev-Marx own pulse voltage generator. The inductive storage is made in the form of a spiral coil. A necessary element of such a drive is an electric explosive current chopper (parallel-connected conductors of a certain cross-section and length), the break of which leads to the appearance of a voltage pulse, which is applied through a dividing spark gap to a double forming line, charging it. Such a pulsed charging generator, although it has compactness, resource and reliability, can only work in a single mode and thus excludes the frequency mode of the entire device.
В качестве прототипа выбран импульсный ускоритель электронов с встроенным в формирующую линию фольговым трансформатором [Ельчаников А.С., Месяц Г.А. «Трансформаторные схемы питания мощных наносекундных импульсных генераторов» в кн. «Физика и техника мощных импульсных систем». Энергоатомиздат, 1987. С.179-188], содержащий коаксиальную формирующую линию, искровой разрядник, вакуумный диод. Зарядка линии осуществляется фольговым трансформатором (автотрансформатором), фольговые обмотки которого встроены в линию. Первичный виток фольгового трансформатора соединен с конденсатором, образуя колебательный контур, который индуктивно связан с колебательным контуром, образованный индуктивностью вторичной обмотки фольгового трансформатора и емкостью формирующей линии. При разряде конденсатора на первичный виток возникают свободные колебания, которые передаются во вторичный контур. В максимуме напряжения на емкости формирующей линии срабатывает искровой разрядник и на выходе формирующей линии формируется импульс высокого напряжения, который прикладывается к вакуумному диоду, генерируя в нем электронный пучок.As a prototype, a pulsed electron accelerator with a foil transformer integrated in the forming line was chosen [Yelchanikov A.S., Mesyats G.A. "Transformer power circuits of powerful nanosecond pulsed generators" in the book. "Physics and technology of powerful impulse systems." Energoatomizdat, 1987. S.179-188], containing a coaxial forming line, spark gap, vacuum diode. The line is charged by a foil transformer (autotransformer), the foil windings of which are built into the line. The primary turn of the foil transformer is connected to the capacitor, forming an oscillating circuit, which is inductively connected to the oscillating circuit, formed by the inductance of the secondary winding of the foil transformer and the capacity of the forming line. When the capacitor is discharged to the primary turn, free oscillations occur, which are transmitted to the secondary circuit. At the maximum voltage on the capacitance of the forming line, a spark gap is triggered and a high voltage pulse is generated at the output of the forming line, which is applied to the vacuum diode, generating an electron beam in it.
Недостатком такого ускорителя является то, что размещение фольгового трансформатора в объем двойной формирующей линии вносит в нее неоднородность, которая приводит к искажению формы формируемого импульса на нагрузке. Кроме того, изоляция обмоток фольгового трансформатора должна быть одинаковой с изоляцией (диэлектриком) формирующей линии. Размещение такого трансформатора непосредственно в среде деионизованной воды приведет к загрязнению последней и ухудшению ее свойств как диэлектрика. Все это, наряду со сложной технологией изготовления фольгового трансформатора и его размещения в объеме формирующей линии, приводит к уменьшению к.п.д., снижению надежности и ресурса работы всего устройства.The disadvantage of this accelerator is that the placement of the foil transformer in the volume of the double forming line introduces heterogeneity into it, which leads to distortion of the shape of the generated pulse at the load. In addition, the insulation of the foil transformer windings must be the same as the insulation (dielectric) of the forming line. Placing such a transformer directly in the environment of deionized water will lead to pollution of the latter and deterioration of its properties as a dielectric. All this, along with the complex technology of manufacturing a foil transformer and its placement in the volume of the forming line, leads to a decrease in efficiency, a decrease in the reliability and service life of the entire device.
Технический результат изобретения заключайся в повышении надежности и ресурса ускорителя.The technical result of the invention is to increase the reliability and resource of the accelerator.
Технический результат предложенного решения достигается тем, что в сильноточном наносекундном ускорителе электронных пучков, содержащем, как и прототип, размещенные в одном цилиндрическом корпусе и соединенные последовательно двойную формирующую линию с коаксиальными электродами, основной с дисковым электродом и обостряющий искровые разрядники, вакуумный диод и импульсный зарядный генератор с ферромагнитным сердечником и высоковольтным электродом, в отличие от прототипа, высоковольтный электрод соединен с дисковым электродом основного искрового разрядника и коаксиальным электродом двойной формирующей линии, при этом объемы, занимаемые зарядным генератором и двойной формирующей линией, разделены корпусом основного разрядника.The technical result of the proposed solution is achieved by the fact that in a high-current nanosecond electron beam accelerator, containing, like the prototype, placed in one cylindrical body and connected in series with a double forming line with coaxial electrodes, the main one with a disk electrode and sharpening spark gaps, a vacuum diode and a pulse charging a generator with a ferromagnetic core and a high-voltage electrode, in contrast to the prototype, the high-voltage electrode is connected to the main vnogo spark gap electrode and a coaxial double shaping line, the volumes occupied charging generator and a double shaping line, the main body separated arrester.
Целесообразно, чтобы емкостный накопитель импульсного зарядного генератора был выполнен из параллельно соединенных и соосно расположенных цилиндрических конденсаторов.It is advisable that the capacitive storage of a pulse charging generator was made of parallel-connected and coaxially arranged cylindrical capacitors.
Целесообразно также, чтобы вторичная обмотка импульсного трансформатора была выполнена из четырех секторных обмоток, радиально расположенных вокруг ферромагнитного сердечника.It is also advisable that the secondary winding of the pulse transformer was made of four sector windings radially located around the ferromagnetic core.
Сущность изобретения поясняется таблицей, в которой представлены основные технические параметры примера конкретного выполнения заявляемого устройства, и фиг.1, где приведено осевое сечение сильноточного наносекундного ускорителя электронных пучков.The invention is illustrated in the table, which presents the main technical parameters of an example of a specific implementation of the inventive device, and figure 1, which shows the axial section of a high-current nanosecond electron beam accelerator.
Сильноточный наносекундный ускоритель электронных пучков содержит в одном цилиндрическом корпусе 1 двойную формирующую линию 2, основной 3 и обостряющий 4 искровые разрядники, вакуумный диод 5 и импульсный зарядный генератор 6. Двойная формирующая линия 2 образована коаксиальными электродами 7, 8 и корпусом 1. Диэлектриком линии 2 является деионизованная вода. Электрод 7 соединен с дисковым электродом 9 основного разрядника 3, а электрод 8 соединен через обостряющий разрядник 4 с катодом 10 вакуумного диода 5 и через индуктивность 11 с корпусом 1.A high-current nanosecond electron beam accelerator contains in one cylindrical body 1 a double forming
Импульсный зарядный генератор 6 содержит емкостный накопитель, собранный из параллельно соединенных цилиндрических конденсаторов 12, соединенных одним выводом с коммутатором 13, а другими - с импульсным трансформатором с ферромагнитным сердечником 14.The
Импульсный трансформатор с ферромагнитным сердечником 14 имеет первичный виток, образованный корпусом 1, диском 15 с отверстиями, цилиндром 16 и пластиной 17, к которой присоединены конденсаторы 12. Вторичная обмотка импульсного трансформатора выполнена из четырех секторных обмоток 18, радиально расположенных вокруг ферромагнитного сердечника 14. Секторные обмотки 18 намотаны по спирали медной лентой и включены по схеме автотрансформатора по отношению к первичному витку. Индуктивное напряжение на секторных обмотках 18 прикладывается к высоковольтному электроду 19, электрически соединенному с дисковым электродом 9 основного разрядника 3 и через последнего - с коаксиальным электродом 7 двойной формирующей линии 2, при этом объемы генератора 6 и формирующей линии 2 разделены корпусом основного разрядника.The pulse transformer with a ferromagnetic core 14 has a primary turn formed by a
Работа ускорителя заключается в следующем. При подаче напряжения U0 отрицательной полярности происходит зарядка конденсаторов 12 емкостного накопителя импульсного зарядного генератора 6 через первичный виток импульсного трансформатора с ферромагнитным сердечником 14, при этом зарядным током осуществляется размагничивание ферромагнитного сердечника 14. По окончании зарядки конденсаторов 12 подается импульс запуска коммутатора 13 и конденсаторы 12 разряжаются на первичный виток импульсного трансформатора. В результате на секторных обмотках 18 индуцируется положительный импульс зарядного напряжения, который прикладывается к высоковольтному электроду 19, электрически соединенному с дисковым электродом 9 основного разрядника 3 и коаксиальным электродом 7 двойной формирующей линии 2. Происходит зарядка диэлектрика формирующей линии (деионизованная вода) между коаксиальным электродом 7 и корпусом 1 и, через индуктивность 11, между коаксиальными электродами 7 и 8. При этом разрядник 4 обеспечивает отсечку предымпульса напряжения, возникающего на индуктивности 11 при зарядке формирующей линии. В момент максимума зарядного напряжения на дисковом электроде 9 пробивается основной разрядник 3 и происходит формирование импульса напряжения на индуктивности 11, который, с последующим обострением разрядником 4, прикладывается к вакуумному диоду 5, генерируя в последнем электронный пучок.The operation of the accelerator is as follows. When a voltage U 0 of negative polarity is applied, the capacitors 12 of the capacitive storage of the
Основные технические параметры примера конкретного выполнения заявляемого устройства сведены в таблицу.The main technical parameters of an example of a specific implementation of the claimed device are summarized in table.
Таким образом, соединение высоковольтного электрода 19 импульсного зарядного генератора 6 с дисковым электродом 9 основного искрового разрядника и коаксиальным электродом 7 двойной формирующей линии 2 и разделение объемов, занимаемых генератором 6 и линией 2, корпусом основного разрядника, что исключает загрязнение диэлектрика формирующей линии 2 диэлектриком импульсного генератора 6, позволяет исключить искажение формы формируемого импульса и увеличить надежность и ресурс устройства. Также использование конденсаторов 12 и выполнение обмотки импульсного трансформатора в виде четырех секторных обмоток 18 и размещение всех элементов ускорителя в одном цилиндрическом корпусе 1 позволит увеличить надежность и ресурс всего устройства.Thus, the connection of the high-voltage electrode 19 of the
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013127677/07A RU2544845C2 (en) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | High-current nanosecond electron beam accelerator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013127677/07A RU2544845C2 (en) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | High-current nanosecond electron beam accelerator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013127677A RU2013127677A (en) | 2014-12-27 |
RU2544845C2 true RU2544845C2 (en) | 2015-03-20 |
Family
ID=53278351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013127677/07A RU2544845C2 (en) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | High-current nanosecond electron beam accelerator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2544845C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6281603B1 (en) * | 1998-11-30 | 2001-08-28 | Bae Systems Electronics Limited | Pulse line generators |
RU26374U1 (en) * | 2002-05-17 | 2002-12-10 | Открытое акционерное общество Воронежское специальное конструкторское бюро "Рикон" | Cottage Cheese Forming Machine |
RU41951U1 (en) * | 2004-06-15 | 2004-11-10 | Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете" | PULSE ELECTRON ACCELERATOR |
EP1887841A1 (en) * | 2005-05-06 | 2008-02-13 | Tokyo Institute of Technology | Plasma generating apparatus and plasma generating method |
RU2382488C1 (en) * | 2008-12-11 | 2010-02-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Эра" | Device for generating subnanosecond pulses |
-
2013
- 2013-06-19 RU RU2013127677/07A patent/RU2544845C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6281603B1 (en) * | 1998-11-30 | 2001-08-28 | Bae Systems Electronics Limited | Pulse line generators |
RU26374U1 (en) * | 2002-05-17 | 2002-12-10 | Открытое акционерное общество Воронежское специальное конструкторское бюро "Рикон" | Cottage Cheese Forming Machine |
RU41951U1 (en) * | 2004-06-15 | 2004-11-10 | Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете" | PULSE ELECTRON ACCELERATOR |
EP1887841A1 (en) * | 2005-05-06 | 2008-02-13 | Tokyo Institute of Technology | Plasma generating apparatus and plasma generating method |
RU2382488C1 (en) * | 2008-12-11 | 2010-02-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Эра" | Device for generating subnanosecond pulses |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Физика и техника мощных импульсных систем. Москва, Энергоатомиздат, 1987, с.179-188. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013127677A (en) | 2014-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103458600B (en) | A kind of system producing atmospheric pressure disperse electric discharge nonequilibrium plasma | |
Neuber et al. | A compact, repetitive, 500kV, 500 J, Marx generator | |
WO2016011972A1 (en) | Pulse power device based on annular ceramic solid state line | |
US4189650A (en) | Isolated trigger pulse generator | |
RU155328U1 (en) | PULSED NEUTRON GENERATOR | |
CN104660092B (en) | A kind of pulse triggering means for spark gap protection | |
RU2544845C2 (en) | High-current nanosecond electron beam accelerator | |
RU165286U1 (en) | PULSED NEUTRON GENERATOR | |
RU2382488C1 (en) | Device for generating subnanosecond pulses | |
RU121180U1 (en) | HIGH FREQUENCY INSTALLATION FOR MAGNETIC-PULSE MATERIAL PROCESSING | |
CN113285627B (en) | Pulse power supply system and neutron generator | |
CN107659291B (en) | High-voltage pulse generator with low jitter | |
CN110212755B (en) | Transmission line isolated form linear transformer driving source | |
CN110336185B (en) | Multi-channel gas switch | |
Kanaeva et al. | A high-voltage pulse generator for electric-discharge technologies | |
RU2547235C1 (en) | Multi-module generator of high-voltage pulses with multi-terawatt power | |
RU2459395C1 (en) | Linear induction accelerator | |
RU98637U1 (en) | LASER | |
US3735195A (en) | Spark-discharge apparatus for electrohydraulic crushing | |
RU2305364C1 (en) | Generator of high potential voltage impulses of picosecond duration | |
RU2810296C1 (en) | High voltage pulse source | |
Boyko et al. | Generators of high-voltage pulses with a repetition rate of 50000 pulses per second | |
RU202843U1 (en) | HIGH VOLTAGE HIGH CURRENT PULSE INDUCTOR | |
RU169337U1 (en) | HIGH VOLTAGE CAPACITOR WITH CONTROLLED SWITCH | |
RU2790206C1 (en) | High voltage pulse generation system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160620 |