RU2699231C1 - Subnanosecond electron accelerator - Google Patents

Subnanosecond electron accelerator Download PDF

Info

Publication number
RU2699231C1
RU2699231C1 RU2018131279A RU2018131279A RU2699231C1 RU 2699231 C1 RU2699231 C1 RU 2699231C1 RU 2018131279 A RU2018131279 A RU 2018131279A RU 2018131279 A RU2018131279 A RU 2018131279A RU 2699231 C1 RU2699231 C1 RU 2699231C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sections
line
shaper
decoupling
subnanosecond
Prior art date
Application number
RU2018131279A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Леонидович Юрьев
Татьяна Васильевна Лойко
Света Львовна Эльяш
Александр Александрович Селезнев
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2018131279A priority Critical patent/RU2699231C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2699231C1 publication Critical patent/RU2699231C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H5/00Direct voltage accelerators; Accelerators using single pulses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to the technique of forming electron beams of subnanosecond duration and can be used in designing subnanosecond electron accelerators of the megavolt range. These accelerators are widely used to determine time resolution of nanosecond detectors of pulses of electronic and deceleration radiation, as well as high-speed measurement channels, obtaining ultrashort light flashes, etc. Subnanosecond electron accelerator comprises a source of nanosecond high-voltage pulses, to which an oil-filled shaper is connected, which includes series-arranged coaxial forming line, decoupling line, short accumulation line, transmitting line and accelerating tube, shaper is fixed on source housing, internal conductors of forming and decoupling lines, as well as short accumulating and transmitting lines are separated by discharge gaps. Shaper is detachable and is separated from the source by an insulator, on which a forming line is fixed, the shaper housing is divided into split sections of two types, adjacent sections of the first type, in which the forming and decoupling lines are located, are electrically connected by cylindrical collets, sections of the second type, in which the transmitting line is located, are electrically connected with their ends pressed against each other with contact along the annular surface, on the cylindrical collets of one of the sections of the first type, two insulators are fixed, on which the inner conductors of the decoupling and short accumulating lines are installed, transmitting line at the output is electrically connected to the accelerating tube by means of collet, unions are installed on the shaper housing for transverse pumping of oil through discharge gaps.
EFFECT: expansion of operational capabilities due to reduction of time pauses between inclusions, simplicity of service, as well as possibility of rapid adjustment of the former structure in order to change parameters of the accelerator.
5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике формирования электронных пучков субнаносекундной длительности и может быть использовано при создании субнаносекундных ускорителей электронов мегавольтного диапазона. Данные ускорители широко применяются для определения временного разрешения наносекундных детекторов импульсов электронного и тормозного излучения, а также скоростных измерительных каналов, получения ультракоротких световых вспышек и т.д.The invention relates to techniques for the formation of electron beams of subnanosecond duration and can be used to create subnanosecond electron accelerators of the megavolt range. These accelerators are widely used to determine the temporal resolution of nanosecond detectors of pulses of electronic and bremsstrahlung, as well as high-speed measuring channels, obtaining ultrashort light flashes, etc.

Известны субнаносекундные ускорители электронов (Месяц Г.А., Яландин М.И. Пикосекундная электроника больших мощностей // Успехи физических наук. 2005. Т. 175, №3. С. 225-246), (Ковальчук Б.М., Месяц Г.А., Шпак В.Г. Генератор высоковольтных субнаносекундных электронных пучков // ПТЭ. 1976. №6. С. 73-75), (Яландин М.И., Шпак В.Г. Мощные малогабаритные импульсно-периодические генераторы субнаносекундного диапазона (обзор) // ПТЭ. 2001. №3. С. 5-31), содержащие источник наносекундных высоковольтных импульсов, газонаполненный формирователь субнаносекундных импульсов напряжения и ускорительную трубку. Формирователь содержит формирующую и передающую коаксиальные линии, обостряющий и срезающий разрядные промежутки, формирующая линия подключена к источнику наносекундных высоковольтных импульсов.Subnanosecond electron accelerators are known (Mesyats G.A., Yalandin M.I.Picosecond electron of high power // Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 2005. T. 175, No. 3. P. 225-246), (Kovalchuk B.M., Mesyats G.A., Shpak V.G. Generator of high-voltage subnanosecond electron beams // PTE. 1976. No. 6. P. 73-75), (Yalandin MI, Shpak V.G. Powerful small-sized pulse-periodic generators of subnanosecond range (review) // PTE. 2001. No. 3. P. 5-31) containing a source of nanosecond high-voltage pulses, a gas-filled shaper of subnanosecond pulses of voltage eniya and an accelerating tube. The shaper contains forming and transmitting coaxial lines, sharpening and cutting off the discharge gaps, the forming line is connected to a source of nanosecond high-voltage pulses.

Недостатками этих ускорителей является ограничение энергии электронов в пучке, связанное с обязательным согласованием сопротивлений передающей линии и ускорительной трубки, а также со спецификой пробоя газовых зазоров, у которых возрастание электропрочности при снижении длительности прикладываемого импульса напряжения происходит значительно в меньшей степени, чем в жидком диэлектрике (например, в трансформаторном масле). Кроме того, наличие срезающего разрядного промежутка приводит к дополнительному увеличению разброса параметров электронного пучка.The disadvantages of these accelerators are the limitation of the electron energy in the beam, associated with the mandatory coordination of the resistances of the transmission line and the accelerator tube, as well as with the specifics of breakdown of gas gaps, in which the increase in electric strength with a decrease in the duration of the applied voltage pulse occurs to a much lesser extent than in a liquid dielectric ( e.g. in transformer oil). In addition, the presence of a cutting discharge gap leads to an additional increase in the spread in the parameters of the electron beam.

Наиболее близким к заявляемому является субнаносекундный ускоритель электронов (Желтое К.А. и др. Пикосекундный сильноточный источник электронов с высокоимпедансным вакуумным диодом // ПТЭ. 1999. №6 С. 89-94) на основе источника наносекундных высоковольтных импульсов и маслонаполненного формирователя, содержащего формирующую, короткую накопительную и передающую линии, а также ускорительную трубку. Передающая линия выполнена ступенчатой, в промежутках между линиями расположены два обостряющих разрядных промежутка. Пробой разрядных промежутков происходит в среде масла. Выходная секция передающей линии подключена к ускорительной трубке, которая имеет сопротивление, в несколько раз превышающее волновое сопротивление выходной секции.Closest to the claimed is a subnanosecond electron accelerator (Yellow K.A. et al. Picosecond high-current electron source with a high-impedance vacuum diode // PTE. 1999. No. 6 S. 89-94) based on a source of nanosecond high-voltage pulses and an oil-filled shaper containing forming, short storage and transmission lines, as well as an accelerating tube. The transmission line is made stepped, between the lines there are two sharpening discharge gaps. Breakdown of discharge gaps occurs in an oil environment. The output section of the transmission line is connected to the accelerating tube, which has a resistance several times higher than the wave resistance of the output section.

Сильная (по сравнению со сжатым газом) зависимость электропрочности масла от длительности прикладываемого импульса напряжения позволяет обеспечить большую перенапряженность электрического поля в разрядных промежутках, чем обеспечивается высокая энергия (порядка 1 МэВ) электронов в пучке при длительности импульсов электронов не более 150-200 пс. Кроме того, формирование импульса происходит без срезающего разрядного промежутка, что упрощает конструкцию формирователя и позволяет снизить разброс параметров электронного пучка по сравнению с газонаполненными формирователями.The strong (as compared to compressed gas) dependence of the electric strength of the oil on the duration of the applied voltage pulse allows for a greater overstrain of the electric field in the discharge gaps, which ensures a high energy (of the order of 1 MeV) of the electrons in the beam with an electron pulse duration of not more than 150-200 ps. In addition, the pulse formation occurs without a cutting discharge gap, which simplifies the design of the shaper and allows to reduce the spread of the electron beam parameters compared to gas-filled shapers.

Главным недостатком данного ускорителя является то, что пробои разрядных промежутков в среде масла сопровождаются выделением газовых пузырьков и сажи. Это приводит к заметному снижению напряжения пробоя разрядных промежутков при последующих включениях ускорителя. Поэтому необходимо выдерживать большую паузу (несколько минут) между импульсами. Кроме того, ускорители требуют стационарной установки, в противном случае нарушаются регулировки и настройки ускорителя.The main disadvantage of this accelerator is that breakdowns of the discharge gaps in the oil medium are accompanied by the release of gas bubbles and soot. This leads to a noticeable decrease in the breakdown voltage of the discharge gaps during subsequent switching on of the accelerator. Therefore, it is necessary to withstand a large pause (several minutes) between pulses. In addition, accelerators require stationary installation, otherwise the accelerator adjustments and settings are violated.

При создании данного изобретения решалась задача создания переносного субнаносекундного ускорителя электронов с энергией электронов порядка 1 МэВ, с повышенной частотой срабатывания, простого и удобного в эксплуатации.When creating this invention, the problem was solved of creating a portable subnanosecond electron accelerator with an electron energy of the order of 1 MeV, with an increased response frequency, simple and convenient to use.

Техническим результатом является расширение эксплуатационных возможностей за счет снижения временных пауз между включениями, простоты обслуживания, а также возможности оперативной перестройки конструкции формирователя с целью изменения параметров ускорителя.The technical result is the expansion of operational capabilities by reducing the time intervals between switching on, ease of maintenance, as well as the possibility of operational restructuring of the shaper in order to change the parameters of the accelerator.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным субнаносекундным ускорителем электронов, содержащим источник наносекундных высоковольтных импульсов, к которому подключен маслонаполненный формирователь, включающий последовательно расположенные коаксиальные формирующую линию. развязывающую линию, короткую накопительную линию, передающую линию и ускорительную трубку, формирователь закреплен на корпусе источника, внутренние проводники формирующей и развязывающей линий, а также короткой накопительной и передающей линий разделены разрядными промежутками, новым является то. что формирователь выполнен съемным и отделен от объема источника изолятором, на котором закреплена формирующая линия, корпус формирователя разделен на разъемные секции двух типов, смежные секции первого типа, в которых расположены формирующая и развязывающая линии, электрически соединены цилиндрическими цангами, секции второго типа, в которых расположена передающая линия, электрически соединены прижатыми друг к другу торцами с контактом по кольцевой поверхности, на цилиндрических цангах одной из секций первого типа закреплены два изолятора, на которых установлены внутренние проводники развязывающей и короткой накопительной линий, передающая линия на выходе электрически соединена с ускорительной трубкой посредством цанги, на корпусе формирователя установлены штуцеры для поперечной прокачки масла через разрядные промежутки.The specified technical result is achieved in that, in comparison with the known subnanosecond electron accelerator containing a source of nanosecond high-voltage pulses, to which an oil-filled shaper is connected, including a coaxial forming line arranged in series. a decoupling line, a short accumulation line, a transmission line and an accelerator tube, the shaper is fixed to the source body, the inner conductors of the forming and decoupling lines, as well as the short accumulation and transmission lines are separated by discharge gaps, something new. that the shaper is removable and separated from the source volume by an insulator on which the forming line is fixed, the shaper body is divided into detachable sections of two types, adjacent sections of the first type, in which the forming and decoupling lines are located, are electrically connected by cylindrical collets, sections of the second type, in which a transmission line is located, electrically connected by ends pressed against each other with a contact along an annular surface, two of the first types of sections are mounted on cylindrical collets insulator, which is mounted on the inner conductors and short decoupling accumulative lines, the output transmission line is electrically connected with the accelerating tube by the collet, mounted fittings for transverse pumping of oil through the discharge gaps on the shaper body.

Кроме этого, цилиндрические цанги установлены во внутренних проточках смежных секций первого типа, при этом осевая длина цанг на 0.05-0.1 мм меньше суммарной осевой длины проточек смежных секций; внутренний проводник развязывающей линии выполнен в виде проволоки диаметром 0.1-5 мм; формирователь закреплен на корпусе источника при помощи фланцевого соединения; электрический контакт секций второго типа осуществлен по кольцевой поверхности с радиальной шириной 1-3 мм.In addition, cylindrical collets are installed in the internal grooves of adjacent sections of the first type, while the axial length of the collets is 0.05-0.1 mm less than the total axial length of the grooves of adjacent sections; the inner conductor of the decoupling line is made in the form of a wire with a diameter of 0.1-5 mm; the shaper is mounted on the source body using a flange connection; the electrical contact of the sections of the second type is carried out on an annular surface with a radial width of 1-3 mm

Выполнение формирователя съемным и отделение его от объема источника наносекундных высоковольтных импульсов изолятором, на котором закреплена формирующая линия, позволяет:The execution of the shaper is removable and its separation from the volume of the source of nanosecond high-voltage pulses by an insulator on which the forming line is fixed allows you to:

- использовать и обновлять в объеме формирователя масло более высокого качества или другого состава, чем в источнике наносекундных высоковольтных импульсов, что необходимо для обеспечения стабильности параметров электронных импульсов ускорителя;- use and update in the shaper volume oil of a higher quality or of a different composition than in the source of nanosecond high-voltage pulses, which is necessary to ensure the stability of the parameters of the electron pulses of the accelerator;

- оперативно осуществлять обслуживание источника без разборки формирователя.- promptly carry out maintenance of the source without disassembling the shaper.

Для формирования и передачи коротких импульсов без искажений внутренняя поверхность корпуса формирователя должна быть единой. В то же время для упрощения обслуживания формирователя, связанного с его разборкой, чисткой и заменой отдельных деталей, корпус выполнен секционированным, т.е. с разрывами единой поверхности. Для выполнения столь противоречивых требований, секции корпуса необходимо стыковать грамотно, с обеспечением качественного электрического контакта и переходов поверхности одной секции в поверхность другой с минимальными неоднородностями в виде ступенек и канавок. Наличие секций двух типов вызвано тем, что электропрочность масла при работе на субнаносекундных импульсах в 2-3 раза выше, чем при работе на наносекундных импульсах. Поэтому секции первого типа, через которые проходят наносекундные импульсы, имеют диаметр, соответственно, в 2-3 раза больше диаметра секций второго типа. В то же время для субнаносекундных секций второго типа требования по однородности внутренней поверхности значительно выше. В связи с этим стыковка секций первого типа осуществляется цилиндрическими цангами, которые установлены в проточках секций. Цанги позволяют обеспечить достаточно качественный для передачи наносекундных импульсов контакт секций и в то же время легкую разборку корпуса формирователя; внутренняя поверхность цанг является продолжением внутренней поверхности корпуса формирователя. Поскольку осевая длина цанг на 0.05-0.1 мм меньше суммарной осевой длины проточек секций, при смыкании фланцев смежных секций цанги не испытывают деформирующих усилий. В то же время взаимное осевое позиционирование секций (которое определяет величину разрядных промежутков) обеспечивается с достаточной точностью. Закрепление на цилиндрических цангах одной из секций двух изоляторов, на которых установлены внутренние проводники развязывающей и короткой накопительной линий, позволяет собрать указанные детали в единый блок. Это значительно упрощает разборку формирователя при установке и контроле разрядных промежутков.For the formation and transmission of short pulses without distortion, the inner surface of the shaper body must be uniform. At the same time, to simplify the maintenance of the shaper associated with its disassembly, cleaning and replacement of individual parts, the housing is partitioned, i.e. with tears of a single surface. To fulfill such conflicting requirements, sections of the housing must be docked competently, ensuring high-quality electrical contact and transitions of the surface of one section to the surface of another with minimal inhomogeneities in the form of steps and grooves. The presence of sections of two types is caused by the fact that the electric strength of oil when working on subnanosecond pulses is 2-3 times higher than when working on nanosecond pulses. Therefore, sections of the first type, through which nanosecond pulses pass, have a diameter, respectively, 2-3 times the diameter of the sections of the second type. At the same time, for subnanosecond sections of the second type, the requirements for the uniformity of the inner surface are much higher. In this regard, the docking of the sections of the first type is carried out by cylindrical collets, which are installed in the grooves of the sections. Collets make it possible to provide contact sections that are of high enough quality for the transmission of nanosecond pulses and at the same time easy disassembly of the former body; the inner surface of the collets is a continuation of the inner surface of the shaper body. Since the axial length of the collets is 0.05-0.1 mm less than the total axial length of the grooves of the sections, when the flanges of adjacent sections are closed, the collets do not experience deforming forces. At the same time, the mutual axial positioning of the sections (which determines the size of the discharge gaps) is ensured with sufficient accuracy. Fastening on the cylindrical collets of one of the sections of two insulators on which the internal conductors of the decoupling and short storage lines are installed allows you to assemble these parts into a single unit. This greatly simplifies the disassembly of the shaper when installing and monitoring the discharge gaps.

Стыковка секций второго типа, ввиду значительно меньшего диаметра, позволяет, путем прижима друг к другу торцов секций с контактом по кольцевой поверхности, решить одновременно две задачи: обеспечить их качественное электрическое соединение и простоту сборки и разборки. Ограничение радиальной ширины электрического контакта секций в пределах 1-3 мм связано с технологичностью изготовления (что приводит к наличию взаимного осевого смещения смежных секций до 0,3-0,5 мм) и одновременно требованием близкого расположения точек прижимного контакта торцов к внутренней поверхности секций.The docking of the sections of the second type, due to the significantly smaller diameter, allows, by pressing the ends of the sections with contact on the annular surface to be pressed, to solve two problems simultaneously: to ensure their high-quality electrical connection and ease of assembly and disassembly. The limitation of the radial width of the electrical contact of the sections within 1-3 mm is related to the manufacturability (which leads to the presence of mutual axial displacement of adjacent sections to 0.3-0.5 mm) and at the same time the requirement that the pressure contact points of the ends close to the inner surface of the sections are close.

Стыковка передающей линии с ускорительной трубкой посредством цанги также обеспечивает качественное электрическое соединение линии с трубкой.Docking the transmission line with the accelerating tube by means of a collet also provides high-quality electrical connection of the line with the tube.

Выполнение внутреннего проводника развязывающей линии в виде проволоки диаметром 0.1-5 мм упрощает конструкцию и обслуживание формирователя.The implementation of the inner conductor of the decoupling line in the form of a wire with a diameter of 0.1-5 mm simplifies the design and maintenance of the shaper.

Как показали эксперименты, газовые пузырьки и сажа, возникающие в разрядном промежутке после его пробоя, со временем выводятся естественным путем. Но если газовые пузырьки поднимаются и выходят за пределы промежутка сравнительно быстро (за 20-30 секунд), то сажа ввиду легкости и малости ее частиц остается взвешенной в течение нескольких минут. Поперечная прокачка масла через разрядные промежутки при помощи попарно установленных на корпусе формирователя штуцеров позволяет выводить сажу за несколько секунд и тем самым в несколько раз повысить производительность ускорителя.As experiments have shown, gas bubbles and soot arising in the discharge gap after its breakdown are naturally eliminated over time. But if gas bubbles rise and go out of the gap relatively quickly (in 20-30 seconds), then soot, due to the lightness and smallness of its particles, remains suspended for several minutes. Cross pumping of oil through the discharge gaps with the help of fittings installed in pairs on the shaper body allows to remove soot in a few seconds and thereby increase the accelerator performance several times.

Таким образом, в данном изобретении все указанные признаки направлены на реализацию указанного технического результата.Thus, in this invention, all of these features are aimed at the implementation of the specified technical result.

На фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 показана конструкция ускорителя и его основных узлов, где:In FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4 shows the design of the accelerator and its main components, where:

1 - источник высоковольтных импульсов наносекундной длительности;1 - source of high voltage pulses of nanosecond duration;

2 - маслонаполненный субнаносекундный формирователь;2 - oil-filled subnanosecond shaper;

3 - зарядная катушка индуктивности;3 - charging inductance coil;

4 - одна из корпусных секций первого типа4 - one of the hull sections of the first type

5 - одна из корпусных секций второго типа5 - one of the hull sections of the second type

6 - разделяющий изолятор;6 - separating insulator;

7 - внутренний проводник первой накопительной линии;7 - inner conductor of the first storage line;

8 - первый разрядный промежуток;8 - the first discharge gap;

9 - штуцеры для поперечной прокачки;9 - fittings for lateral pumping;

10 - внутренний проводник развязывающей линии;10 - inner conductor of the decoupling line;

11 - цилиндрические цанги для электрического соединения секций корпуса;11 - cylindrical collets for electrical connection of sections of the housing;

12, 13, 14, 15 - опорные изоляторы;12, 13, 14, 15 - support insulators;

16 - второй разрядный промежуток;16 - second discharge gap;

17 - внутренний проводник короткой накопительной линии;17 - inner conductor of a short storage line;

18 - первая секция передающей линии;18 - the first section of the transmission line;

19 - вторая секция передающей линии;19 - the second section of the transmission line;

20 - цанга подключения ускорительной трубки;20 - collet connecting the accelerating tube;

21 - ускорительная трубка;21 - accelerating tube;

На фиг. 5 приведена осциллограмма импульса тока за окном ускорительной трубки. Развертка по горизонтали - 500 пс на деление.In FIG. Figure 5 shows the waveform of the current pulse outside the window of the accelerating tube. Horizontal scan - 500 ps per division.

Субнаносекундный ускоритель электронов содержит источник 1 наносекундных высоковольтных импульсов. На его корпусе при помощи фланцевого соединения закреплен маслонаполненный субнаносекундный формирователь 2. Он подключен к источнику 1 через зарядную катушку индуктивности 3 и включает в себя последовательно расположенные формирующую, развязывающую и короткую накопительную линии с внутренними проводниками 7, 10 и 17, а также передающую линию, состоящую из секций 18 и 19, и ускорительную трубку 21. Трубка подключена к выходу передающей линии посредством цанги 20. Корпус формирователя разделен на разъемные секции двух типов (позиции 4 и 5). Электрическое соединение секций 4 первого типа осуществляется цилиндрическими цангами 11, секций 5 второго типа - путем их осевого стягивания. При этом происходит сжатие их торцов, и этим обеспечивается качественное электрическое соединение с контактом по кольцевой поверхности. Внутренний объем формирователя отделен от объема источника 1 изолятором 6 и заполнен трансформаторным маслом. Внутренние проводники линий закреплены на опорных изоляторах 12, 13, 14 и 15 и разделены разрядными промежутками 8 и 16. Изоляторы 12 и 13 закреплены на цилиндрических цангах одной из секций 4 первого типа, на этих изоляторах установлены внутренние проводники развязывающей и короткой накопительной линий 10 и 17. Вместе с секцией корпуса эти детали образуют единый блок, который легко снимается при необходимости контроля и настройки разрядных промежутков 8 и 16. На корпусе формирователя напротив разрядных промежутков установлены штуцеры 9 для поперечной прокачки масла через промежутки.The subnanosecond electron accelerator contains a source of 1 nanosecond high voltage pulses. An oil-filled subnanosecond former 2 is mounted on its housing using a flange connection. It is connected to the source 1 through a charging inductor 3 and includes a forming, decoupling, and short storage line with internal conductors 7, 10, and 17, as well as a transmission line, consisting of sections 18 and 19, and an accelerating tube 21. The tube is connected to the output of the transmission line by means of a collet 20. The former body is divided into detachable sections of two types (positions 4 and 5). The electrical connection of the sections 4 of the first type is carried out by cylindrical collets 11, sections 5 of the second type by axial pulling. At the same time, their ends are compressed, and this ensures a high-quality electrical connection with the contact along the annular surface. The internal volume of the shaper is separated from the volume of the source 1 by insulator 6 and is filled with transformer oil. The internal conductors of the lines are fixed on the supporting insulators 12, 13, 14 and 15 and are separated by discharge gaps 8 and 16. The insulators 12 and 13 are mounted on the cylindrical collets of one of the sections 4 of the first type, on these insulators the internal conductors of the decoupling and short storage lines 10 and 17. Together with the section of the housing, these parts form a single unit, which can be easily removed if necessary to control and adjust the discharge gaps 8 and 16. On the case of the former, opposite the discharge gaps, fittings 9 are installed for transverse oh pumping oil at intervals.

Ускоритель работает следующим образом. Высоковольтный импульс наносекундной длительности (5-10 нс) от источника 1 через зарядную катушку индуктивности 3 поступает на вход формирователя 2 и заряжает первую формирующую линию 7. После этого пробивается первый разрядный промежуток 8, и линия подключается к развязывающей линии 10, что приводит к зарядке короткой накопительной линии 17 за время ≈1.5 нс. После этого пробивается второй разрядный промежуток 16. Благодаря малой длительности зарядки короткой линии время развития пробоя второго разрядного промежутка составляет не более 0.2 нс, и в передающую линию сходит импульс напряжения субнаносекундной длительности. Он проходит через секции 18 и 19 передающей линии и поступает на ускорительную трубку 21, вызывая генерацию электронного пучка субнаносекундной длительности. Использование ступенчатой передающей линии, а также режим работы трубки, при котором ее сопротивление в 2-3 раза больше сопротивления передающей линии, происходит увеличение амплитуды импульса напряжения на трубке и, соответственно, повышение энергии электронов в пучке.The accelerator works as follows. A high-voltage pulse of nanosecond duration (5-10 ns) from the source 1 through the charging inductor 3 is fed to the input of the former 2 and charges the first forming line 7. After that, the first discharge gap 8 breaks through and the line connects to the decoupling line 10, which leads to charging short storage line 17 for a time of ≈1.5 ns. After this, the second discharge gap breaks through 16. Due to the short charging time of the short line, the breakdown time of the second discharge gap is no more than 0.2 ns, and a voltage pulse of subnanosecond duration converges into the transmission line. It passes through sections 18 and 19 of the transmission line and enters the accelerator tube 21, causing the generation of an electron beam of subnanosecond duration. Using a stepped transmission line, as well as a tube operating mode in which its resistance is 2-3 times greater than the resistance of the transmission line, the amplitude of the voltage pulse on the tube increases and, accordingly, the electron energy in the beam increases.

Заявляемый ускоритель с использованием указанных отличительных признаков был изготовлен и испытан. На фиг. 5 приведена осциллограмма электронного тока ускорительной трубки. Длительность импульса на полувысоте не превышает 0.2 нс при амплитуде тока электронов не менее 1 кА и максимальной энергии электронов 0.95 МэВ. Малая длительность полученного пучка электронов при высоких значениях тока и энергии электронов указывает на хорошую пропускную способность коаксиальных линий, которая в заявляемом ускорителе обеспечена указанными выше особенностями их конструкции. Наличие поперечной прокачки масло позволило сократить время пауз между включениями ускорителя до 10-20 с. Ускоритель легко разбирается и собирается при необходимости его обслуживания с целью чистки и регулировки.The inventive accelerator using these distinctive features was manufactured and tested. In FIG. Figure 5 shows the waveform of the electron current of the accelerating tube. The pulse duration at half maximum does not exceed 0.2 ns with an electron current amplitude of at least 1 kA and a maximum electron energy of 0.95 MeV. The short duration of the obtained electron beam at high values of current and electron energy indicates a good bandwidth of the coaxial lines, which in the inventive accelerator is provided with the above-mentioned design features. The presence of transverse pumping of oil allowed to reduce the pause time between accelerator starts up to 10-20 s. The accelerator is easily disassembled and assembled if necessary to maintain it for the purpose of cleaning and adjustment.

Claims (5)

1. Субнаносекундный ускоритель электронов, содержащий источник наносекундных высоковольтных импульсов, к которому подключен маслонаполненный формирователь, включающий последовательно расположенные коаксиальные формирующую линию, развязывающую линию, короткую накопительную линию, передающую линию и ускорительную трубку, формирователь закреплен на корпусе источника, внутренние проводники формирующей и развязывающей линий, а также короткой накопительной и передающей линий разделены разрядными промежутками, отличающийся тем, что формирователь выполнен съемным и отделен от объема источника изолятором, на котором закреплена формирующая линия, корпус формирователя разделен на разъемные секции двух типов, смежные секции первого типа, в которых расположены формирующая и развязывающая линии, электрически соединены цилиндрическими цангами, секции второго типа, в которых расположена передающая линия, электрически соединены прижатыми друг к другу торцами с контактом по кольцевой поверхности, на цилиндрических цангах одной из секций первого типа закреплены два изолятора, на которых установлены внутренние проводники развязывающей и короткой накопительной линий, передающая линия на выходе электрически соединена с ускорительной трубкой посредством цанги, на корпусе формирователя установлены штуцеры для поперечной прокачки масла через разрядные промежутки.1. Subnanosecond electron accelerator containing a source of nanosecond high-voltage pulses, to which an oil-filled shaper is connected, including a coaxial shaping line, a decoupling line, a short storage line, a transmission line and an accelerating tube, a shaper fixed to the source body, internal conductors of the forming and decoupling lines , as well as short storage and transmission lines are separated by discharge gaps, characterized in that the squeegee is removable and separated from the source volume by an insulator on which the forming line is fixed, the former body is divided into detachable sections of two types, adjacent sections of the first type, in which the forming and decoupling lines are located, are electrically connected by cylindrical collets, sections of the second type, in which transmission line, electrically connected by ends pressed to each other with a contact on an annular surface, two insulators are fixed on the cylindrical collets of one of the sections of the first type , In which inner conductors are installed and a short accumulation decoupling lines, the output transmission line is electrically connected with the accelerating tube by the collet, mounted fittings for transverse pumping of oil through the discharge gaps on the shaper body. 2. Субнаносекундный ускоритель электронов по п. 1, отличающийся тем, что кольцевые цанги установлены во внутренних кольцевых проточках секций первого типа, при этом длина цанг на 0.05-0.1 мм меньше суммарной осевой длины смежных проточек секций.2. The subnanosecond electron accelerator according to claim 1, characterized in that the ring collets are installed in the inner ring grooves of the sections of the first type, while the collet length is 0.05-0.1 mm less than the total axial length of the adjacent grooves of the sections. 3. Субнаносекундный ускоритель электронов по п. 1, отличающийся тем, что внутренний проводник развязывающей линии выполнен в виде проволоки диаметром 0.1-5 мм.3. The subnanosecond electron accelerator according to claim 1, characterized in that the inner conductor of the decoupling line is made in the form of a wire with a diameter of 0.1-5 mm. 4. Субнаносекундный ускоритель электронов по п. 1, отличающийся тем, что формирователь закреплен на корпусе источника при помощи фланцевого соединения.4. The subnanosecond electron accelerator according to claim 1, characterized in that the shaper is mounted on the source body using a flange connection. 5. Субнаносекундный ускоритель электронов по п. 1, отличающийся тем, что электрический контакт секций второго типа осуществлен по кольцевой поверхности с радиальной шириной 1-3 мм.5. The subnanosecond electron accelerator according to claim 1, characterized in that the electrical contact of the second type of sections is made on an annular surface with a radial width of 1-3 mm
RU2018131279A 2018-08-29 2018-08-29 Subnanosecond electron accelerator RU2699231C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018131279A RU2699231C1 (en) 2018-08-29 2018-08-29 Subnanosecond electron accelerator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018131279A RU2699231C1 (en) 2018-08-29 2018-08-29 Subnanosecond electron accelerator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2699231C1 true RU2699231C1 (en) 2019-09-04

Family

ID=67851344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018131279A RU2699231C1 (en) 2018-08-29 2018-08-29 Subnanosecond electron accelerator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2699231C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6281603B1 (en) * 1998-11-30 2001-08-28 Bae Systems Electronics Limited Pulse line generators
RU2382468C1 (en) * 2008-12-29 2010-02-20 Игорь Владимирович Устименко Method for improvement of electric energy quality in multiphased power supply system in balancing by specified phase and combined power extraction
RU2581016C1 (en) * 2014-10-15 2016-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" High-voltage pulse generator
CN106803751A (en) * 2017-02-22 2017-06-06 西安交通大学 A kind of nanosecond steep-sided pulse small generator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6281603B1 (en) * 1998-11-30 2001-08-28 Bae Systems Electronics Limited Pulse line generators
RU2382468C1 (en) * 2008-12-29 2010-02-20 Игорь Владимирович Устименко Method for improvement of electric energy quality in multiphased power supply system in balancing by specified phase and combined power extraction
RU2581016C1 (en) * 2014-10-15 2016-04-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" High-voltage pulse generator
CN106803751A (en) * 2017-02-22 2017-06-06 西安交通大学 A kind of nanosecond steep-sided pulse small generator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПТЭ, 1999, N 6, c. 89-94. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yalandin et al. Compact high-power subnanosecond repetitive-pulse generators
RU2342761C1 (en) Method and device for electric energy transmission (versions)
Efremov et al. Generation and radiation of ultra-wideband electromagnetic pulses with high stability and effective potential
US10763034B2 (en) Compact pulse transformer with transmission line embodiment
RU2699231C1 (en) Subnanosecond electron accelerator
Li et al. Degradation of performance due to electrode erosion in field distortion gas switch in long-term repetitive operation
US10312890B2 (en) Pulse power device based on annular ceramic solid state line
US2574655A (en) Apparatus for focusing high-energy particles
US20170245356A1 (en) High voltage generator
Jaritz et al. Isolation design of a 14.4 kV, 100kHz transformer with a high isolation voltage (115kV)
Rahaman et al. Investigation of spark-gap discharge in a regime of very high repetition rate
US9443690B2 (en) Device for generating microwaves
US3653766A (en) Current-injection spark source for emission spectroscopy
RU2666353C1 (en) Sub-nanosecond electrons accelerator
RU2711213C1 (en) Subnanosecond electron accelerator
Brussaard et al. A 2.5-MV subnanosecond pulser with laser-triggered spark gap for the generation of high-brightness electron bunches
Li et al. Impulse breakdown of liquid water-influence of pulse duration and gap distance
Saroj et al. Synchronization and reliable operation of triggered spark gap switches in 40 kJ, 20 kV EMM system
Gerasimov Multichannel spark gaps with control bar electrodes: Their development and application (a review)
Fuhr et al. Spark breakdown of liquid hydrocarbons. I. Fast current and voltage measurements of the spark breakdown in liquid n‐hexane
US4159510A (en) High-intensity lamp having high pulse repetition rate and narrow pulse-width
Vdovin et al. Modernization of injection system of accelerator MLUD-3
Krastelev et al. A high-power generator of nanosecond pulses with an amplitude of up to 500 kV and a repetition rate of up to 50 Hz
CN104103885B (en) A kind of bipolarity TEM microwave resonance generator
RU184528U1 (en) GAS-FILLED DISCHARGE