SU1363324A1 - Устройство дл модул ции электронного пучка - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к ускорительной технике и может быть использовано , например, дл  генерации СВЧ- излучени . Цель изобретени  - упрощение конструк1 1и, уменьшение зависимости эффективности его работы от температурного режима и увеличение тока модулированного пучка. С увеличением тока электронного пучка (ЭП) часть ЭП начинает отражатьс  от полости виртуального катода (К) 4 в сторону резонатора (Р) 2. В Р 2 индуцируетс  направленное от оси тормоз щее напр жение, которое через половину периода собственных колебаний Р 2 изменит знак и превратитс  в ускор ющее . Тормоз щее поле в Р 2 увеличивает долю электронов, отраженных от К 4. Рассто ние 1 между.. Р2 и К 4 выбрано из услови  n+1/2 21f/v n+1, где п - любое целое число, f - собственна  частота Р 2, v - средн   скорость ЭП в трубке дрейфа 1. Поэтому к моменту возвращени  отраженных от К 4 электронов пол рность напр жени  в Р 2 сменитс  на обратную, что приведет к дополнительному отражению отраженных электронов и их отражению к К 4. В устройстве предусматриваетс  возможность размещени  в К 4 регули- )ующего электрода. Это приводит к изменению положени  точки поворота отраженных от К 4 электронов и, следовательно , времени на движение к Р 2 и частоты модул ции тока ЭП« 1 з.п. ф-лы. 2 ил. с (Л J-L.

Description

Изобретение относитс  к ускорительной технике и может быть использовано дл  генерации СВЧ-излучени  и коллективного ускорени  частиц.

Целью изобретени   вл етс  упрощение конструкции устройства и уменьшение зависимости эффективности его работы от температурного режима и увеличени  тока модулированного пуч- ка.

Указанна  цель достигаетс  за счет создани  виртуального катода в пространстве дрейфа за модулирующим резонатором .

На фиг.1 представлена схема устройства дл  модул ции электронного пучка на фиг.2 - схема устройства, имеющего возможность электрического регулировани  частоты модул ции.

. Устройство (фиг.1) содержит трубку 1 дрейфа, резонатор 2 и окружающий их соленоид 3. В трубке дрейфа выполнена полость 4 дл  образовани  виртуального катода. Полость 4 дл  образо- вани  виртуального катода может быть расположена и впереди резонатора. Рассто ние 1 между резонатором и полостью дл  образовани  виртуального катода удовлетвор ет условию

V

п -(- г -i f п+1

i jw-

где f - собственна  частота резонатой

paj

средн   скорость электронов

пучка; п - любое целое положительное

число, включа  нуль; 1 - рассто ние полостью и

резонатором.

На фиг.2 представлено устройство дл  модул ции электронного пучка, в которое дл  возможности электрического регулировани  частоты модул ции дополнительно установлен в полость виртуального катода 4 регулирующий электрод 5, соединенный с трубкой дрейфа через дополнительньй источник 6 напр жени .

Устройство работает следующим образом .

С увеличением тока электронного пучка после включени  устройства часть электронов пучка, равна  разности тока инжекции и предельного тока дл  полости, начинает отражатьс  от полости 4 в сторону резонатора 2. В резонаторе 2 при прохождении через

него переднего фронта электронного пучка индуцируетс  направленное по оси тормоз щее напр жение, которое через половину периода собственных колебаний резонатора измен ет знак и превращаетс  в ускор ющее. Тормоз щее поле в резонаторе 2 приводит к увеличению доли электронов, отраженных затем от полости 4. Так как рассто ние 1 между резонатором и полос-i тью 4 выбрано из услови 

П + I 21 f ГЦ.1

5

0

0

то к моменту возвращени  отраженных от полости 4 электронов пол рность напр жени  в резонаторе 2 измен етс  на обратную. Это ведет к дополнительному торможению отраженных электронов и их отражению в сторону полости 4, при этом энерги  продольного движени  электронов, осциллирующих между резонатором 2 и полостью 4, расходуетс  на поддержание электрических колебаний в резонаторе. В итоге в резонаторе 2раскачиваютс , все более интенсивные электромагнитные колебани , в полости 4 возникает осциллирующий виртуальный катод, тормоз щий электроны, а ток проход щего через полость 4 электронного пучка модулируетс .

Устройство, представленное на

5 фиг,2 работает аналогично, но с тем отличием,.что регулирование знака и величины напр жени  на регулирующем электроде 5 путем изменени  знака и величины напр жени , создаваемого дополнительным источником 6 напр жени , приводит к изменению величины провисани  потенциала в полости 4. Это приводит к изменению положени  точки поворота отраженных от виртуального катода электронов и, следовательно, времени их движени  к резонатору 2 и частоты модул гщи тока пучка.

Инжекци  электронного пучка в

0 трубку 1 дрейфа приводит к понижению (провисанию) потенциала на оси устройства , создаваемое соленоидом 3 продольное магнитное поле преп тствует выпадению электронов пучка на

5 стенки устройстйг, главным образом трубки 1 дрейфа. Провисание потенциала приводит к торможению электронов пучка. Во избежание полной остановки электронов и по влени  неконт0

5

1363324

ролируемой неустойчивости в пучке радиус трубки дрейфа выбирают таким.

ви

чтобы ток 1 1„„.. пучка не превосхоW п 5г

дил предельный ток дл  трубки 1 дрейфа, ойредел емый выражением

где

кр гр

17 (

) VF(R,/r,),

- рел тивистский фактор инжектируемых электроновi . 1 + и/0,511 , где и - напр жение инжекции, МБ.

Множитель F() зависит от отношени  радиуса трубы дрейфа к радиусу пучка г g, а также от формы пучка.

Дл  трубчатого пучка In R дл  сплошного

гр

/г

2 In -- +1. г,,

Из

кр

услови  L , где 1.- Ток, инжектируемого электронного пучка находитс  значение радиуса трубки 1 дрейфа: дл  трубчатого пучка

, R,p,r ,5() VlHH :. дл  сплошного пучка

Гр В

,5() Vw|

Из соотношени , св зывающего првисание потенциала в трубке дрейфа с током пучка 17 Ф

-инж - F(R /г)

наход т величину ф. , электронов

1

(и-ф)2

и скорость .

V 6 .10 и - Ф Подставл   в выражение

п + 2 f п+1

величину f и V и задава сь значе- ;- нием п, выбирают рассто ние 1 между резонатором и полостью дл  образовани  виртуального катода.

Радиус полости R дл  образовани  виртуального катода 4 наход т из услови  . I р , где I JI - предельна  величина тока дл  полости: дл  трубчатого пучка

Rj3 E e E5El§A5ll.T :lli .Zliii J

Дл  сплошного

R, г, ,5(j.)Vl,ri).

2fi

1-.

Длину L полости дл  образовани  виртуального катода выбирают из услохожекотк ы

10

р

/г

|

оФ

15

20

.- учбки

:.

25

30

ви 

К„ 2 R.

При R предельный ток не зависит от длины полости, поэтому дальнейшее увеличение длины полости нецелесообразно , так как приводит к неоправданному увеличению размеров устройства .

При наблюдаетс  резкое увеличение предельного тока с укорочением дпины полости, что приводит к исчезновению эффекта образовани  виртуального катода.Пример . Радиус трубки дрейфа 2,7 см, радиус полости дл  образовани  виртуального катода 4,2 .см, рассто ние между резонатором и полос-сью 8 см или 24 см, собственна  частота резонатора 900 МГц, напр женность магнитного пол  соленоида 25-50 кЭ,

В устройство инжектируют трубчатый электронный пучок диаметром 3 см с током до 5 кА и напр жением 500 кВ. Ток пучка на выходе из устройства модулируетс  с частотой около

900 МГц. Коэффициент модул ции, опре- дел емьм как отношение

. макс

- I

35

- макс мин

40

45

50

где I

/иакс J

МИН

максимальное и минимальное значение тока на выходе устройства .

практически равн етс  100%. Кроме того , ток пучка в течение импульса возрастает и к концу импульса увеличива- етс  вдвое, т„е. превосходит критический ток дл  полости.

Применение изобретени  позвол ет упростить конструкцию устройства за счет уменьшени  количества резонаторов , при изготовлении которых требуетс  больша  точность.

Так как полость дл  образовани  виртуального катода не  вл етс  резонансные элементом, нacтpaивae lым на частоту первого резонатора, зави- сс симость эффективности устройства от температурного режима существенно уменьшаетс . Это обусловлено тем, что изменение температуры устройства, например , в результате бомбардировки

:136332А

электронами пучка не приводит к частотной расстройке между первым резонатором и полостью,. Поэтому изменение температурного режима приводит только к изменению частоты модул ции и не вли ет на эффективность работы устройства.

Claims (2)

1. Устройство дл  модул ции электронного пучка, содержащее соосно расположенные резонатор и трубку дрейфа, а также окружающий их соленоид о т- личающеес  тем, что, с целью упрощени  конструкции устройства, а также снижени  зависимости эффек- тивности работы устройства от температурного ре сима и увеличени  тока модулированного пучка за счет образовани  в трубке дрейфа виртуального катода, в трубке дрейфа выполнена полость , при этом длина L м и радиус полости, а также рассто ние .Гм между полостью и резонатором удовлетвор ют следующим вьфажени м:

R. L 2

R.

2/Э

3/2

К„7.г,,5(/ -1) .-k, |j (Ц) (п+1)

0

5

0

где

- радиус электронного пучка,м;

2 - рел тивистский фактор электронного пучка на входе в устройство;

инж инжектируемого электронного пучка, кА;

k - коэффициент, завис щий от

формы пучка (О - дл  трубчатого электронного пучка, 0,5 - дл  сплошного пучка)

f - собственна  частота резонатора , Гд

V - средн   скорость электронов пучка в трубке дрейфа, M/CJ

п - любое целое положительное

число, включа  ноль.

2. Устройство по П.1, о т л и ч а25 ществлени  электрического регулировани  частоты, внутри полости установлен управл ющий электрод.

J а

./L

Редактор М. Веселовска 

Составитель Н. Абраменко

Техред Л.Олийнмс Корректор Л. Патай

Заказ 6370/46Тираж 697 Подписное

. ВНИШТИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4