SU893117A1 - Ускоритель электронов - Google Patents

Description

(54) УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ

Изобретение относитс  к ускорительной и может быть использовано при разработке высокоэффективных линейных ускорителей, в частности сверхпровод щих ускорителей непрерывного действи .

Известен ускоритель электронов, содержащий выполненную в эиде диафрагмировани  волновода ускор ющую структуру, расположенную внутри фокусирующего соленоида 1 J.

В известном устройстве ускорение электронов осуществл етс  полем замедленной в волноводе бегущей волны, а поперечна  фокусировка - продольным магнитным полем соленоида.

Однако дл  известного устройства характерны большие мощности в диафрагмированном волноводе, а также необходимость использовани  внешних фокусирующих устройств.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  ускоритель электронов, содержащий электронную пушку и ускор ющую структуру , между которыми расположено устройство круговогр сканировани  электронного пучка по цилй 1 ирической по- , верхности, и подсоединенный к ускор юадй структуре узел возбуждени  23.

Б известном устройстве (Ускор юща  волноводна  структура выполнена из коаксиального диафрагмированного .волновода . Трубчатый пучок электронов проходит внутренним и внешним узлами коаксиального волновода. Диафрагмы , имеющие.форму спирали, расположены на поверхности коаксиального волновода и образуют широкие стенки

10 свернутого в спираль волновода пр моугольного поперечного сечени . Центральна  лини  волновода пр моугольного сечени  направлена поперек оси ускорител . При этом частицы

15 ускор ютс  полем волны Н. типа, -электрическа  составл юща  которого направлена перпендикул рно к центральной линии волновода и вдоль оси .ускорител ..

20

Недостатком известного устройств ва  вл ютс  ограниченные возможности повышени  эффективности, например с помощью перевода ускор ющей структуры в сверхпровод щий режим. Это

25 обусловлено тем, что дл  обеспечени  поперечной устойчивости принципиально необходимо использование внешнего фокусирующего магнитного пол , которое при форсированных режимах выво- 30 дит материал ускор ющей структуры из сверхпровод щего состо ни . Кроме того, наличие внутренней коаксиальной трубы и диафрагмы приводит к по влению локальных перенапр жений в структуре, что также ограничивает величину ускор ющего: пол . Цель изобретени  - повысить эффек тивность ускорени  путем уменьшени  локальных перенапр жений в ускор ющей структуре и обеспечить поперечную устойчивость электронов с помощь ускор ющего пол . Поставленна  цель достигаетс  тем что в ускорителе электронов,- содержа адзм электронную пушку и ускор кедую i структуру, между которыми расположено устройство кругового сканировани  электронного пучка по цилиндрической поверхностей, и подсоединенныйк ус-, кор ющей структуре узел воэбузкдени , ускор юща  структура выполнена в виде спирально изогнутого гладкого круглого волновода с пЬстб нным поперечным сечением, спирально изогнута  лини  которого совмещена с цилин рической поверхностью сканировани , а радиус поперечного сечени  равенудвоенному радиусу Цилиндрической по верхности сканировани , при этом узе возбуждени  выполнен в виде возбудител  волны типа Б, На фиг.1 дана блок-схема устройства в сверхпровод щем варианте с петлей обратной св зи; на фиг.2 - ускор юща  структура; на фиг.З - раз раз А-А на фиг.2 на фиг.4 - раарез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - разрез В-В .на фиг.2; на фиг.6 разрез Г-Г на фиг.2. Устройство содержит электронную пушку 1, генератор 2 СВЧ-колебаний, сверхпровод щую ускор ющую структуру 3 с петлей 4 обратной св зи, устройство 5 возбуждени , систему б сканировани . , Электронна  пушка  вл етс  источником предварительно ускоренных электронов до энергии 60-800 кэВ. Система 6 сканировани  луча служит дл  круговой развертки пучка электронов . Генератор 2 СВЧ-колебани   вл етс  источником СВЧ-момности и используе,тс  дл  возбуждени  СВЧ-поЛ  в резонаторе системы б сканирование и ускор ющей электромагнитной . Ускор юща  волноводна  стр тура 3 (см. фиг. 2-6) выполнена из сверхпровод щего волновода посто нно го к| углого поперечного сечени . Ускор ющрй волновод периодически изогнут вдоль оси ускорител  так, что образующа  цилиндрической поверхности симметричной оси ускорител   вл етс  поочередно касательной к центральной линии и поверхности волновода , центральна  лини  имеет видспирали с радиусом, равным половине радиуса волновода, и симметричной относительно оси ускорител . При этом траектори  электронов периодически проходит в центре и у поверхности волновода. Дл  того, чтобы электроны в ускор кндий полуперйод электромагнитной волны находились в центре волновода, а в тормоз щий - у стенки, необходимо ч,тобы шаг спирали «;, образовЖнной центральной линией волновода , определ лс  соотношением Ьщ- А.Ц где Л в - длина волны в волноводе Уф фазова  скорость ускор ющей волныI , Vp - скорость электронов. Петл  обратной св зи выполнена из волновода такого же поперечного сечени , что и ускор юща  волновод- на  структура, и служит дл  рекуперации энергии электромагнитной волны . .Устройство 5 возбуждени  представл ет собой направленный ответвитель и служит дл  возбуждени  бегущей вол 0- типа в сверхпровод щем резона,торе . Устройство работает следующим образом .. Вылета  из инжектора, пр молинвп- ный поток электронов пролетает зазор резонатора системы развертки, в котором возбуждена типа. Вводы этого резонатора питаютс  от СВЧ-генератора со сдвигом фаз на 90 , что обеспечивает круговую пол ризацию пол . Пучок электронов приходит в пучности вращающегос  магнитного пол , приобретает поперечную скорость и в форме.расшир ющейс .спирали движетс  в пространстве дрейфа. При пролете между коаксиально расположенными электродами системы развертки под действием радиально направленного электрического пол  поперечна  скорость .)еньшаетс  до нул  и в ускор ющей волноводной структуре невозмущенна  ускор юща  полем спираЛь электронов пучка имеет посто ннЬШ радиус. Взаимодейству  с волной Ef типа, распростран ющейс ; по волноводу круглого поперечного сечени , частицы ускор ютс  продольной составл ющей электрического пол . Частицы , проскальзы1ва  по фазе волн, наход тс  в тормоз щий полупериод у стенки волновода, где продольна  составл юща  минимальна, а в ускор ющий полупериод - в центре волновода . Воздействие на частицы в поперечном направлении носит периодичесгкий характер и описываетс  уравнением Матье. Это обеспечивает устойчивую траекторию частиц без испольэоваии  полей внешней фокусирующей системы. Электроны ускор ютс  в поле бегущей волны, усиленной в результате рек перации электромагнитной энергии. Это позвол ет достигать высркочастотный кпд значений, близких к 100%, так как в установившемс  режиме мощность генератора затрачиваетс  только на. ускорение частиц и омические потери, которые незначительны при использовании гладкой сверхпровод щей волноводной структуры i

Таким образом, использование волновода посто нного поперечного сечени , ускорение частиц несинхронной волной EgjL типа и кругова:  развертка пучка позвол ют повысить эффективность ускорени  по сравнению с протртипом .

Claims (2)

1. Вальднер О.А, Власов А.Д, и :Шальков А.В. Линеййые ускорители. м.,Атомиздат, 1969, с. 19-56.

2. Снедков Б.А. Элементы передат .чиков с ускорительными электронными пушками. М., Св зь, 1978 - прототип.

Фие.1

И

- Vr-- - /rVi- , -Vi

i.J

.

Фиг.

Фи1.В