SU1072783A1 - Линейный индукционный ускоритель (лиу) с устройством дл измерени тока пучка - Google Patents

Abstract

ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКдаОННЫЙ УСКО РИТЕЛЬ (Л1У) С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ИЗМЕ РЕНИЯ ТОКА ПУЧКА, содержащий индук торы ускор ющих секций, первичные обмотки которых подключены к импуль ным модул торам, магнитоиндукционны датчики, блок преобразовани  сигнала и регистрирующий прибор, о т л и чающийс  тем. Что, с целью увеличени  темпа ускорени  и уменьшени  потерь транспортируемого пучка , в качестве магнитоиндукционного датчика использован индуктор ускор ющей секции, в первичную обмотку которого дополнительно включен датчик тока, а блок преобразовани  сигнала выполнен в виде схемы эквивалента ЛИУ, состЬ щей из импульсного модул тора , трансформатора-.эквивалента индуктора и генератора тока, схемл сравнени  и усилител , при этом первична  и вторична  обмотки трансформатора-эквивалента индуктора снабже№1 датчиками тока и подключены, соответственно , к импульсному модул то- ру и генератору тока, а схема сравнени  подключена первым входом к выходу датчика тока первичной обмотки трансформатора-эквивалента индуктора и выходом через усилитель к управл ющему входу генератора тока, при этом блок преобразовани  сигнала соединен с датчиком тока первичной обмотки индуктора ускор ющей секции через второй вход cxei« i сравнени , а с регистрирующим прибором через выход датчика тока вторичной обмотки трансформатора-экйивалента индуктора.

Description

Изобретение относитс  к ускори ,тельной технике, в частности к линей№1М индукционным ускорител м (ЛИУ). Известно устройствоДл  измерени  тока пучка, содержащее датчик противотока в виде низкоомного шунта, включенного в разрыв частицепривода , и регистрирующий прибор. Магнитное поле пучка наводит в стенках ч стицепровода электрический ток, который при определенных услови х становитс  весьма близким по форме и амплитуде к току пучка. С датчика противотока снимаетс  сигнал, пропор циональный величине этого тока, и по даетс  на регистрирующий прибор. Недостатком этого устройства  вл етс  сложность конструкции доста точно узкого вакуумноплотного разрыва частицепровода.. Кроме того, установка датчика приводит к увеличению длины частицепровода и нарушению однородности продольного магнитного пол , создаваемого системами магнитной фокусировки и удержани  пучка, что снижает темп ускорени  и увеличивает потери транспортируемого пучка . Наиболее близким по технической сути к изобретению  вл етс  линейный индукционный ускоритель с устрой ством дл  измерени  тока пучка, содержащий индукторы ускор ющих секций , первичные обмотки которых подключены к импульсным модул торам, магнитоиндукционные датчики, блок . преобразовани  сигнала и регистрирующий прибор. Дл  получени  информа ции о величине и форме тока пучка сигнал с датчика интегрирует в блоке преобразовани  сигнала   подаетс  на регистрирующий прибор. Чтобы транить вли ние вихревых токов и экранировку магнитного пол  пучка, на участке частицепровода в месте установки датчика делаетс  керамическа  вставка. В ЛИУ магнитоиндукционные датчики (МИД) устанавливаютс  в промежутках между ускор ющими секци ми. При этом длина частицепровода увеличи- . ваетс  на ширине керамической вставки , что приводит к снижению темпа ускорени . Кроме того, в месте установки МИД нарушаетс  однородность продольного магнитного пол ,- создаваемого системами магнитной фокусировки и удержани  пучка, что увеличивает потери пучка при транспортиров-, ке по тракту ускорени . Целью изобретени   вл етс  увеличение .темпа ускорени  и уменьшени  потерь транспортируемого пучка. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в линейном индукционном ускорителе с устройством дл  измерени  тока пучка, содержащем индукторы ускор ющих секций, первичные обмотки которых подключены к импульсным модул торам, магнитоиндукционные датчики, блок преобразовани  сигнала и регистрирующий прибор, в качестве магнитоиндукционного датчика использован индуктор ускор ющей секхщи, в первичную обмотку которого дополнительно включен датчик тока, а блок преобразовани  сигнала выполнен в виде схеьы эквивалента ЛИУ, состо щей из импульсного модул тора , трансформатора-эквивалента индуктора и генератора тока, схемы сравнени  и усилител , при этом первична  и вторична  обмотки трансформатора-эквивалента индуктора снабжены датчиками тока и подключета соответственно к импульсному модул тору и генератору тока, а схема сравнени  подключена первым входом к выходу датчика тока первичной обмотки трансформатора-эквивалента индуктора и выходом через усилитель к управл ющему входу генератора тока , при этом блок преобразовани  сигнала соединен с датчиком тока первичной обмотки индуктора ускор ющей секции через второй вход схемы сравнени , а с регистрирующим прибором через выход датчика тока вторичной обмотки трансформатора-эквивалента индуктора.. Конструкци  индуктора ускор ющей секции ЛИУ аналогична конструкции одновиткового МИД и при прохождении пучка зар женных частиц через секцию на первичных обмотках индукторов наводитс  значительное напр жение, форма импульса которого соответствует продифференцированной форме импульса тока пучка. Ток первичной обмотки индуктора представл ет собой сумму тока, наведенного магнитным полем пучка, и собственного тока индуктора (ток намагничивани  и ток потерь), величина которого уменьшаетс  при прохождении пучка за счет того, что магнитное поле пучка размагничивает сердечник, вывод  его из нелинейной, близкой к насыщению , области, и, кройе того, падает напр жение на индукторе. Вследствие этого дл  измерени  тока пучка в ЛИУ при использовании в качестве МИД индуктора ускор ющей секции, подключен ного к модул тору ускор ющей системы, нужно произвести выделение из тока , первичной обмотки индуктора составл ющей , обусловленной действием магнитного пол  пучка, и привести ее к первичной обмот се с учетом вышеперечисленных факторов взаимодействи  пучка с ускор ющей системой). Эта опе раци  производитс  в блоке преобразо вани  сигнала предлагаемого устройст ва путем моделировани  процессов взаимодействи  пучка с ускор ющей системой ЛИУ на макете ускор ющей системы, в котором величины действую щих токов и напр жений уменьшены на 2-3 пор дка. Таким образом, совокупность МИД в виде индуктора с датчиком тока в первичной обмотке и предлагаемого блока преобразовани  сигна ла позвол ет выполнить функцию измерени  параметров пучка зар женных частиц и одновре14енно его ускорение При этом сохран етс  темп ускорени  и однородность магнитного фокусирую щего пол . , Н чертеже представлена блок-схе ма предлагаемого устройства дл  изм рени  тока пучка зар женных частиц линейном индукционном ускорителе. Устройство состоит из индуктора 1 ускор ющей секции с датчиком 2 то ка (низкоомный шунт, трансформатор тока) в первичной обмотке, подключенным к суммирующему входу схеьы 3 сравнени , вычитающий вход которой подключен к датчику 4 тока первичной обмотки трансформатора-эквивалента 5 индуктора, вход щего в со тав схемы-эквивалента ускор ющей системы ЛИУ, состо щей Из импульсного модул тора 6 (транзисторный ключ с накопителем в виде емкости или формирующей линии), нагруженного на трансформатор-эквивалент 5 индуктора (трансформатор, имекхций ту же индуктивность обмоток, то же сопротивление потерь и работающий в той же области кривой намагничивани , что и реальный индуктор), вторична  обмотка которого соедине1 34 на с генератором 7 тока. Выход схемы 3 сравнени  подключен через усилитель 8 к управл ющему входу генератора тока. Регистрирующий прибор 9 соединен с выходом датчика 10 тока, который установлен во вторичную обмотку трансформатора-эквивалента 5 индуктора. Индуктор I подключен к модул тору 11 ускор ющей системы ШУ, На суммирующий вход схемы 3 сравнени  подаетс  сигнал с датчика 2, а на вычитающий вход - сигнал с датчика 4 тока, В схеме 3 сравнени  происходит алгебраическое вычитание сигналов и на выходе образуетс  сигнал ошибки, который, усилива сь усилителем 8, управл ет величиной тока генератора 7 тока. При отсутствии пучка датчик 2 тока будет измер ть собственный ток индуктора 1 ускор ющей секции. Если чувствительность датчиков 2 и 4 тока выбрана с учетом того, сто эквивалентна  схема ускор ющей системы ЛИУ представл ет собой модель реальной ускор ющей систеьвл, в которой величины токов и напр жений уменьшены на 2-3 пор дка, сигнал ошибки на выходе схеM i 3 сравнени  будет равен нулю, Прк этом ток генератора тока будет отсутствовать и эквивалентна  схема будет работать также в режиме холос-, того хода. По вление пучка приводит к увеличению сигнала с датчика 2 тока . Вырабатываетс  отлич11ый от нул  сигнал ошибки, который, усилива сь усилителем 8, будет управл ть генератором 7 тока, увеличива  его ток, что приведет к увеличению тока - пер- вичной обмотки трансформатора-эквивалента 5 индуктора, а с ним и величины сигнала датчика 4 тока, что уменьшит величину сигнала ошибки, В результате в эквивалентной схеме ускор ющей системы ЛИУ будет поддерживатьс  динамическое равновесие, . при котором ток генератора 7 тока будет иметь такую величину, при которой токи индуктора I и его эквивалента 5 будут отличатьс  в соответ ствующем масштабе на малую величину, тем меньшую, чем больше коэффициент усилени  . усилител  8, то есть ток генератора 7 тока будет мало отличатьс  от тока реального пучка в том же масштабе. Величина тока эквивалента генератора 7 тока измер етс  датчиком 10 тока и регистрируетс  прибором 9, например осциллографом . Таким образом, предлагаем 1й блок преобразовани  сигнала позвол ет выделить из сигнала, поступающего с датчика 2 тока, расположенного в первичной обмотке индуктора 1 ускор ющей секции, составл ющую, обусловленную действием магнитного пол  ускор емого пучка зар женных частиц и уже приведенную к величине тока во вторичной обмотке индуктора то есть току пучка. Измерение тока пучка происходит с учетом изменени  собственного тока индуктора.

Точность измерени  тока пучка в ЛИУ при использовании предлагаемого устройства будет определ тьс  тоностью моделировани  токов и напр жений в макете ускор ющей сиеTeMii ЛИУ и степенью выравнивани  тока индуктора 1 и его эквивалента 5 в соответствующем масштабе. Увеличива  коэффициент усилени  усилител  8, можно выравн ть токи индуктора и ег эквивалента в соответствующем масштабе с точностью до нескольких процентов . Более точное выравнивание этих токов можно осуществить при использовании положительной обратной св зи с коэффициентом единица между выходом генератора 7 тока и входом

усилител  8. Ток пучка обычно значительно превышает ток индуктора ускор ющей секции ЛИУ, что снижает требование к точности его воспроизведени  на эквивалентной схеме ускор ющей системы ЛИУ. Так, если ток пучка в два раза превышает ток индуктора и точность моделировани  тока индуктора 20%, что вполне осуществимо , что погрешность измерени  тока пучка, обусловленна  неточ-. ностью моделировани , составит 10%.

Как показали эксперименты по измерению тока пучка в ускорите5 ле ЛИУ- 5/5000 при использовании макета изобретени , величина и форма тока пучка воспроизводитс  с точностью не хуже 10% по сравнению с измерени ми цилиндра Фараде , установленного р дом с индуктором, выполн ющим функции магнитоиндукционного датчика.

Магнитное поле, фокусирующее пучок и корректирзпощее его положение

в ЛИУ, создаетс  магнитными катушками , установленными внутри ускор ющих секций и в промежутках между ними. Установка оптимальных режимов фокусирующих и корректирующих элементов осуществл етс  проще всего и точнее при наличии информации о величине и форме пучка на входе и выходе в каждый блок.

Claims (1)

1. ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ (ЛИУ) С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ИЗМЕ

   РЕНИЯ ТОКА ПУЧКА, содержащий индукторы ускоряющих секций, первичные обмотки которых подключены к импульсным модуляторам, магнитоиндукционныё датчики, блок преобразования сигнала и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью ' увеличения темпа ускорения и уменьшения потерь транспортируемого пуч- датчика использован индуктор ускоряющей секции, в первичную обмотку которого дополнительно включен датчик тока, а блок преобразования сигнала выполнен в виде схемы эквивалента ЛИУ, состоящей из импульсного модулятора, трансформатора-эквивалента индуктора и генератора тока, схема сравнения и усилителя, при этом первичная и вторичная обмотки трансформатора-эквивалента индуктора снабжены датчиками тока и подключены, соответственно, к импульсному модулято- ру и генератору тока, а схема сравнения подключена первым входом к выходу датчика тока первичной обмотки <2 (0 трансформатора-эквивалента индукто

   SU ..,1072783 ра и выходом через усилитель к управляющему входу генератора тока, при этом блок преобразования сигнала соединен с датчиком тока первичной обмотки индуктора ускоряющей секции через второй вход схема сравнения, а с регистрирующим прибором через выход датчика тока вторичной обмотки трансформатора-эквивалента индуктора.