SU650251A1 - Ускорительна трубка - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к технике ускорени  зар женных частиц и может быть использовано при разработке эле тронных и ионных ускорителей. Известны ускорительные трубки, предназначенные дл  ускорени  ионных и электронных пучков, и содержащие источник зар женных частиц, секционированный изол тор и электроды с отверсти ми дл  прохождени  частиц Изолирующие кольца, вход щие в состав секционированного изол тора, имеют характерную высоту пор дка 5-40 мм и рабочее напр жение 2540 кВ/см, лимитируемое поверхностны ми пробо ми по вакуумной стороне изол тора. Из-за малой напр женности электри ческого пол  размеры трубок на напр жение f 1MB получаютс  большими. Известна также ускорительна  тру ка, содержаща  источник зар женных частиц, секционированный изол тор и электроды с отверсти ми дл  прохожд ни  потока частиц. В такой конструк ции высота изол ционных колец соста л ет 5 мм, рабочее напр жение каждо го кольца 20 кВ, при превышении кот рого возникают пробои трубки из-за развити  многоступенчатых лавинных процессов по вакуумной стороне колец, возникновени  этих процессов обусловлены большой осевой прот женностью кольца и наличием достаточно высокой разности потенциалов между соседними электродами. Длина трубки поэтому оказываетс  бо гьшой, а нап.р женность ускор ющего электрического пол , первеанс и соответственно величина потока ускор емых частиц - малыми. Цель изобретени  - уменьшение размеров трубки, увеличение ускор емых токов и повышение электрической прочности конструкции. Эта цель достигаетс  тем, что изол тор и электроды выполнены в виде набора чередующихс  тонких диэлектрических пленок и металлических фо;тьг с шагом чередовани  в пределах 10-1 мм. В такой конструкции шаг секционировани  сокращаетс  до такой степени что ликвидируютс  услови  по влени  поверхностных пробоев, св занных с эффектом полного напр  -ени , т.е. до толщин микронного диапазона. При этом изолирующие прослойки выполн ютс  в виде тонких пленок, расположенных меходу электродами, или диэлектрические покрыти  могут быть 1 анесены на

поверхность электродов, которые изготавливаютс  из тонкой фольги дл  сокращени  общей длины трубки. Дл  получени  больших абсолютных значений токов целесообразно выполн ть много параллельных каналов, а дл .увеличени  плотности потока частиц и его фокусировки каналы могут быть сход щимис  в направлении движени ,частиц

Улучшени  параметров предлагаемой ускорительной .трубки достигают также изготовлением электродов из ферромагнитного материала, намагничиванием их нормально к поверхности и созданием в пролетном канале магнитных полей, образующих вдоль канала магнитофокусирующий канал. В этом случае соседние электроды могут быть намаг-, ничены во встречных направлени х. Возможен вариант, когда из ферромагнитного материала изготовлена только часть электродов, например, каждый 5-й или каждый 10-й, с тем, чтобы обеспечить оптимальное рассто ние между соседними магнитными линзами.

При изготовлении электродов из ферромагнитного материала, намагниченного нормально поверхности, с периодическим чередованием направлени  намагниченности обеспечиваетс  создание в области ускорени  пучка зоны знакопеременной магнитной фокусировки , повышаетс  плотность пучка и уменьшаютс  потери ускор емых частиц на электродах трубки.

Магниты также устанавливают на торцах трубки, обеспечива  в области движени  ускор емых частиц продольное магнитное поле, при этом один из полюсов магнита долже-н иметь отверсти  дл  выхода частиц, соосные с отверсти ми в электродах. Возможен и другой вариант - использование электромагнита и замыкание обратного магнитного потока вне объема, заполненного электрически прочной средой.

Магнитные пол  в канале, помимо фокусировки пучка ускор емых частиц, затрудн ют также распространение случайных электронов, родившихс  на стенках канала, чем снижают эффект полного напр жени  и увеличивают электрическую прочность трубки.

Упрощение конструкции ускорительной трубки достигаетс  при изготовлении изолирующих плeнo из ди- электрического материала с объемной проводимостью. В этом случае пленки одновременно выполн ют функцию ре . зистивного делител , обеспечивающего принудительное распределение потенциала по электродам трубки.

На фиг.1 изображена ускорительна  трубка, разрезJ на фиг.2 приведен фрагмент трубки с изображением распределени  магнитного пол  в канале трубки при использовании намагниченных электродов} на фиг.З - продольный разрез ускорительной трубки с

многими сход щимис  пролетными каналами , на фиг. 4 - продольный разрез ускорительной трубки, на торцах которой установлены посто нные магниты .

Ускорительна  трубка содержит источник 1 зар женных частиц, электроды 2 из провод щего материала, чередующиес  с изол ционными пленками 3. Отверсти  в электродах и изол ции образуют канал 4 дл  ускорени  частиц. Электрическа  прочность по внешней стороне трубки обеспечиваетс  помещением ее в объем, заполненный качественной изолирующей средой например сжатым газом. Известно, что размер О желательно делать по крайне мере в 2-3 раза большим, чем размер (f.-При этом поверхность изол ции может быть развита. Магнитное поле 5 обеспечивает фокусировку потока частиц .

В ускорительной трубке с фокусировкой зар женных частиц посто нным продольным магнитным полем полюса б и 7 магнита расположена на торцах ускорительной трубки, причем полюс б имеет отверсти  дл  выхода ускоренных зар женных частиц, а магнитное 5, создаваемое полюсами б и 7, направлено вдоль каналов 4.

. В конструкции, показанной на фиг.4, источники 1 зар женных частиц могут быть размещены между полюсами магнитов, величина магнитного пол  подбираетс  так. чтобы удерживать поток ускоренных частиц, не допуска  попадани  его на электроды 2. Необходимо, чтобы направление магнитного пол  5 строго совпадало с ос ми каналов 4. Вблизи отверстий в полюсе 6 магнитное поле несколько искажает .с , область искаженного магнитного пол  имеет вдоль каналов 4 длину, равную двум-трем диаметрам выходных отверстий. Дл  уменьшени  веро тности ускорени  вторичных частиц вдоль канала диаметр отверстий в электрода 2 может увеличиватьс  от полюса 7- к полюсу б.

Дл  замыкани  магнитного потока используютс  ферромагнитные элементы 8, разделенные изол ционными прокладками 9. Внут-ри ускорительной трубки и в трубе 10 имеетс  вакуум, снаружи ускорительной трубки - электрически прочна  среда, например газ под давлением . Таким образом, детали 8 и 9 расположены в электрически прочной среде. .

Предлагаема  трубка работает следующим образом.

Включают источник 1 зар женных частиц, подаетс  высокое напр жение на электроды 2, поток ускоренных частиц , ускор  сь под действием электрического пол  в канале 4 (одном или нескольких), набирает, удержива сь от распылени  магнитным полем 5 (в

случае если оно присутствует), кинетическую энергию, соответствующую разности потенциалов на трубке, и через выходные отверсти  выводитс  в трубу 10.

Электроды 2 могут быть выполнены из фольги или тонкого металла, например титана. В качестве изол ционных пленок 3 используютс  электроизол ционные материалы типа лавсана, майлара и др. Другой вариант - это нанесение изол ционных покрытий непосредственно на электроды 2, Могут быть использованы металлизованные по поверхности изол ционные пленки. Диаметры отверстий в изол ционных плен-. ках 3 вдоль канала 4 несколько больше отверстий в электродах 2.

Электроды 2 имеют снаружи выводы дл  подсоединени  к делителю, обеспечивающему равномерный разнос потенциала вдоль трубки.

Возможен вариант изготовлени  изол ционных пленок 3 из материалов с объемной электрической проводимостью , например из электропровод щего полиэтилена. В этом случае нет необходимости использовать делитель. Вакуумное уплотнение набора электродов 2 и изол ционных пленок может быть осуществлено, в частности, созданием давлени  вдоль ускорительной трубки.

Предлагаема  конструкци  ускорительной трубки с принудительным заданием электрического потенциала через 0,001-1 мм и применение тонкопленочной качественной изол ции де .

лают возможным получение электрических градиентов вплоть до 100-10000 кВ/см. Это позвол ет иметь высокие первеансы и большие плот ости ускор емых токов. Наиболее слабым местом  вл етс  электрическа  прочность вдоль канала. Целесообразно уменьшить диаметры отверстий до минимальных (.0,1- 0,5 мм) и дл  получени  больших абсолютных токов создать много парал- лельных каналов.

0

В качестве примера приведем проектные параметры трубки дл  ускорени  электронов, сконструированной по предлагаемой схеме, длина трубки 10 см, диаметр 200 мм, ускор км1;ее

5 напр жение 1-2 MB, полный ток , длительность импульсов тока 100 мкс и более. Трубка имеет несколько тыс ч каналов диаметром 1 мм.

20

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Ускорительна  трубка, содержаща  источник зар женных частиц, секционированный изол тор и электроды с

   5 Отверсти ми дл  прохождени  потока. частиц, отличающа с   тем, что, с целью уменьшени  размеров трубки, увеличени  ускор емых токоАи повышени  электрической прочности

   0 конструкции, изол тор и электроды выполнены в виде набора чередующихс  тонких диэлектрических пленок и металлических фольг с шагом чередовани  в пределах 1 мм.