SU910107A1

SU910107A1 - High-frequency device for supplying linear accelerator resonator sections

Info

Publication number: SU910107A1
Application number: SU812991467A
Authority: SU
Inventors: О.И. Кислый; Е.В. Мазуров; И.Г. Мальцев
Original assignee: Предприятие П/Я М-5631
Priority date: 1981-10-04
Filing date: 1981-10-04
Publication date: 1985-05-07

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ПИТАНИЯ РЕЗОНАТОРНЫХ СЕКЦИЙ ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ, содержащее генератор, вход которого через трехплечий мост сложени мощностей подключен к выходу предоконечного каскада и согласованной балластной нагрузке, а выход О П .через направленный ответвитель подключен к двум узлам св зи двух резонаторньпс секций и фиксированному аттенюатору, отличающеес тем, что, с целью повышени надежности работы устройства при пробо х в резонаторных секци х, в устройство введены защитный разр дник и два отрезка линий св зи, каждый из которых одним концом подключен к выходным плечам направленного ответйител , а другим концом - к защитному разр днику , при этом длина отрезков линий св зи кратна половине длины волны генератора, а место их подключени удалено от узлов св зи на рассто ние, &deg; которое кратно нечетному числу чет (Л вертой части длины волны генератора. О п1. HIGH-POWER DEVICE resonator SECTIONS LINAC comprising a generator having an input through a three-armed bridge ply capacities connected to the output of the penultimate stage and coherent ballast load, and the output O P .Through directional coupler is connected to two communication nodes rezonatornps two sections and a fixed attenuator , characterized in that, in order to improve the reliability of the device during breakdowns in the resonator sections, a protective arrester and two line segments are introduced into the device communications, each of which is connected at one end to the output arms of the directional response, and at the other end to the protective gap, the length of the segments of communication lines is a multiple of half the wavelength of the generator, and their connection is remote from the communication nodes by distance, & which is a multiple of an odd number of even (L is the inverse of the generator wavelength. About n

Description

2. Устройство по п. 1, отличающеес тем, что защитный разр д: ник выполнен в виде двух отрезков коаксиала, разделенных между собой металлической диафрагмой с 910 107 центральным сквозным отверстием, и имеет два разр дных промежутка между металлической диафрагмой и окончани ми внутренних проводников отрезков коаксиала с обеих сторон диафрагмы.2. The device according to claim 1, characterized in that the protective discharge: the nickname is made in the form of two coaxial segments separated by a metal diaphragm with a 910 107 central through hole, and has two discharge gaps between the metal diaphragm and the ends of the inner conductors pieces of coax on both sides of the diaphragm.

Изобретение относитс к ускорительной технике и может быть исполь зовано при разработке систем ВЧ-питани многосекционных линейных ускорителей . Известно устройство, содержащее генератор, трехплечий мост, фазовра щатель, балластные нагрузки и резонатор , подключенный к двум одинаковым выходам генератора через два направленных отверсти Dj В процессе работы известного устройства при подаче ВЧ-мощности в резонатор в последнем возможно по вление пробоев. Недостатком извест ного устройства вл етс его мала ,надежность при по влении пробоев, которые привод т к перенапр жению в элементах устройства ВЧ-питани и выходу их из стро . Прототипом данного изобретени в л етс устройство высокочастотного п тани резонаторных секций линейного уско штел , содержащее генератор, вход которого через трехплечий мост сложени мощностей подключен к выход предоконечного каскада и согласованной балластной нагрузке, а выход через направленный (ответвитель подключен к двум узлам св зи двух резонаторных секций и фиксированному аттенюатору 2 . При работе известного устройства пробой одного из резонаторов соответ ствует режиму короткого замыкани в сечении узла св зи этого резонатора в то врем как другой резонатор находитс в рабочем режиме В итоге оконечный генератор оказываетс вклю ченньм на рассогласованную нагрузку так как не выполн етс условие идеитичности нагрузок выходных плеч направленного ответвител . Так как да на система ВЧ-питани использует в качестве сигнала обратной св зи отраженную волну, то в случае, когда значение коэффициента отражени в сечении узла св зи резонатора близко к единице, оконечный генератор, охваченный кольцом обратной св зи, рабо- . тает в режиме с глубокой положительной обратной св зью, что по данной схеме приводит к резкому возрастанию его коэффициента усилени и выходной ВЧ-мощности, а следовательно, и к многократным перенапр жени м в элементах конструкции генератора, элементах системы ВЧ-питани . Рассмотренные эффекты при ограниченном запасе по электрической прочности в реальных конструкци х привод т к пробо м в системе ВЧ-питани и ее отказу.j Таким образом, недостатком известного устройства вл етс его недостаточна надежность при пробо х в резонаторах . Целью изобретени вл етс устранение указанных недостатков, т.е. повышение надежности работы устройства при пробо х в резонаторных секци х . Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство высокочастотного питани резонаторных секций линейного ускорител , содержащее генератор, вход которого через трехплечий мост сложени мощностей подключен к выходу предоконечного каскада и согласованной балластной нагрузке, а выход через направленный ответвитель подключен к двум узлам св зи двух резонаторных секций и фиксированному аттенюатору , введены защитный разр дник и два отрезка линий св зи, каждый из которых одним концом подключен к выходным плечам направленного ответвител , а другим концом - к защитному разр днику , при этом длина отрезков линий св зи кратна половине, длины волны генератора, и место их подкл чени удалено от узлов св зи на ра сто ние, которое кратно нечетному числу четвертой части длины волны генератора. Поставленна цель достигаетс также и тем, что защитный разр дник выполнен в виде двух отрезков аксиала, разделенных между собой м таллической диафрагмой с центральным сквозньм отверстием, и имеет два разр дных промежутка между мет лической диафрагмой и окончани ми внутренних проводников отрезков коаксиала с обеих сторон диафрагмы. На фиг, 1 показана схема системы ВЧ-питани резонаторов линейного ускорител ; на фиг.2 дан вapиaнт конструкции ВЧ-разр дника защиты с Двум взаимоупр вл ющими разр дными промежутками,соединенными между собой коротким плазменным каналом. Устройство содержит резонаторы подключенные к оконечному каскаду генератора 2 при помощи направленно го ответвител 3 в каждое из выходных плеч которого на рассто нии ( т (2н + 1), (где Д - длина волны, rt 0,1,2,...) от сечени узлов 4 св зи включены два отрезка линии 5The invention relates to accelerator technology and can be used in the development of RF power systems for multi-sectional linear accelerators. A device comprising a generator, a three-shouldered bridge, a phase switch, ballast loads and a resonator connected to two identical generator outputs through two directional openings Dj is known. During operation of a known device, when breakdown of RF power is applied to the resonator, breakdown may occur. A disadvantage of the known device is its small reliability at the occurrence of breakdowns, which lead to overvoltage in the elements of the RF power device and their failure. The prototype of the present invention includes a high frequency device for the resonator sections of the linear uskostelyk containing a generator, the input of which is connected via a three-blade power addition bridge to the output of the pre-terminal cascade and matched ballast load, and the output through a directional (coupler connected to two nodes of two resonator sections and a fixed attenuator 2. During operation of a known device, the breakdown of one of the resonators corresponds to a short circuit in the cross section of the communication node of this cut The other oscillator is in operating mode. As a result, the final oscillator is turned on for the mismatched load, since the condition of the ideological load of the output arms of the directional coupler is not satisfied. Since the RF power system uses the reflected signal as a feedback signal. wave, then in the case when the value of the reflection coefficient in the cross section of the communication node of the resonator is close to one, the terminal oscillator covered by the feedback ring is working. it melts in a mode with deep positive feedback, which, according to this scheme, leads to a sharp increase in its gain and output RF power, and consequently, to repeated overvoltages in the generator design elements, elements of the RF power system. The considered effects with a limited margin of electrical strength in real structures lead to breakdowns in the RF power system and its failure. Thus, the disadvantage of the known device is its lack of reliability during breakdowns in resonators. The aim of the invention is to eliminate these disadvantages, i.e. improving the reliability of the device during breakdowns in the resonator sections. The goal is achieved by the fact that a high-frequency powering device for the resonator sections of a linear accelerator, containing a generator, whose input is connected to the output of the pre-end stage and matched ballast through a three-blade power addition bridge, and the output through a directional coupler is connected to two communication nodes of two resonator sections and a fixed attenuator, a protective gaiter and two segments of communication lines are inserted, each of which is connected at one end to the output arms of the directional response bodies, and the other end is to the protective dis- tance, and the length of the segments of communication lines is a multiple of half, the wavelength of the generator, and their place of connection is remote from the communication nodes by a factor that is a multiple of an odd number of a fourth of the generator wavelength. The goal is also achieved by the fact that the protective glitter is made in the form of two axial segments separated by a metallic diaphragm with a central through hole, and has two bits between the metallic diaphragm and the ends of the inner conductors of the coaxial segments on both sides of the diaphragm . Fig. 1 is a schematic of the RF power system of a linear accelerator resonator; Figure 2 shows the design of the RF-protection circuit with the Two mutually supposing discharge gaps interconnected by a short plasma channel. The device contains resonators connected to the final stage of the generator 2 by means of a directional coupler 3 in each of the output arms of which is at a distance (t (2n + 1), (where D is the wavelength, rt 0,1,2, ...) from the section of the communication nodes 4, two lines 5 are included

которых подключены к ВЧ-разр днику 6 защиты. Плечо направленного ответвител 3, в котором выдел ютс отраженные волны, подсоединено через фиксированный аттенюатор 7 к одному из входных плеч Т-моста 8 сложени мощностей, другое входное плечо которого подключено к выходу предоконеного каскада ВЧ-генератора 9.which are connected to RF-card 6 protection. The shoulder of the directional coupler 3, in which the reflected waves are emitted, is connected via a fixed attenuator 7 to one of the input arms of the T-bridge 8 of the power generation, the other input shoulder of which is connected to the output of the pre-inclined RF generator 9.

Одно выходное плечо Т-моста 8 сложени мощностей соединено с входо оконечного каскада генератора 2, а другое - с согласованной балластной нагрузкой 10.One output arm of the T-bridge 8 of the power generation is connected to the input of the terminal stage of the generator 2, and the other with the matched ballast load 10.

ВЧ-разр дник 6 защиты состоит из корпуса 11, вл ющегос наружным проводником двух отрезков коаксиала, разделенных между собой металлической диафрагмой 12с центральным сквоным отверстием и двух внутренних проводников 13 отрезков коаксиала с обеих сторон металлической диафрагмы .The high-frequency protection unit 6 consists of a body 11, which is the outer conductor of two coaxial segments, separated by a metal diaphragm 12 with a central slope of the coaxial hole and two inner conductors 13 of the coaxial segments on both sides of the metal diaphragm.

После пробо обоих разр дных промежутков ВЧ-разр дника 6 короткое замыкание в сечении через отрезки линии 5 св зи, кратные полуволне, трансформируетс в короткое замыкание в сечени х подключени отрезков линий 5 в выходных плечах направленного ответвител 3. При этом коэффициент отражени в этих сечени х становитс равным -1, что равносильно холостому ходу в сечени х узлов 4 св зи.After the breakdown of both bit intervals, the high-frequency discharge circuit 6 short circuit across the section through the link 5 line multiples of the half-wave transforms into a short circuit across the connection section of the line segment 5 in the output arms of the directional coupler 3. In this case, the reflection coefficient in these sections x becomes equal to -1, which is equivalent to idling in the cross sections of communication nodes 4.

Условие идентичности нагрузок выходных плеч направленного ответвител 3 будет выполнено, и оконечный каскад ВЧ-генератора 2.вновь окажетс включенным на согласованную нагрузку . Холостой ход в сечени х узлов 4 св зи приводит к по влению на входе моста 8 сложени сигнала отраженной волны в фАзе, при которой на входе оконечного каскада генератора 2 амплитуда возбуждени равна половине арифметической ризницы амплитуд сигналов предоконечного генератора 9 и 074 Металлическа диафрагма 12 вл ёт с общим электродом двух разр дных промежутков разр дника 6, вторыми электродами вл ютс окончани внутренних проводников 13 с обеих сторон диафрагмы 12. Устройство работает следующим образом. . При пробое одного из резонаторов 1 короткое замыкание в сечении его узла 4 св зи через отрезок линии св зи длиной 7 (2п + 1) трансформируетс в холостой ход в сечении подключени соответствующего отрезка линии 5 св зи . При этом коэффициент отражени в этом сечении равен +1. Аварийное перенапр жение в сечении подключени линии 5 вызовет пробой соответствующего разр дного промежутка ВЧ-разр дника 6. Через сквозное отверстие (плазменный канал) в металлической диафрагме 12 производитс инжекци свободных электронов и ультрафиолетова подсветка из облас ти ВЧ-разр да сработавшего разр дного промежутка в другой разр дный промежуток, образованный одним из электродов - проводником 13 и электродом-диафрагмой 12, ионизаци газа в котором способствует его быстрому пробою рабочим уровнем ВЧ-напр жени в сечении подключени второго Г) отрезка линии 5 св зи.The condition of the identity of the loads of the output arms of the directional coupler 3 will be fulfilled, and the terminal stage of the RF generator 2 will again be switched on for a matched load. Idling in the cross sections of communication nodes 4 results in the addition of a reflected wave signal in phase at the input of bridge 8, at which the excitation amplitude at the input of the final stage of the generator 2 is equal to half of the arithmetic height of amplitudes of the signals of the pre-final generator 9 and 074 Metal diaphragm 12 is with the common electrode of the two discharge gaps of the discharge circuit 6, the second electrodes are the ends of the inner conductors 13 on both sides of the diaphragm 12. The device operates as follows. . During the breakdown of one of the resonators 1, a short circuit in the cross section of its communication node 4 through a segment of a communication line of length 7 (2p + 1) is transformed into idling in the section of connecting the corresponding segment of communication line 5. The reflection coefficient in this section is +1. An emergency overvoltage in the connection section of line 5 will cause a breakdown of the corresponding discharge gap of the high-frequency discharge 6. Through a through-hole (plasma channel) in the metal diaphragm 12, free electrons are injected and ultraviolet illumination from the discharge of the high-pressure discharge in another discharge gap formed by one of the electrodes — conductor 13 and electrode-diaphragm 12, in which the ionization of the gas contributes to its rapid breakdown by the working level of the RF voltage in cross section The connections of the second D) segment of the communication line 5.

отраженной волмы. При правильной настройке системы амплитуда сигнала возбуждени упадет до нул .reflected waves If the system is properly configured, the excitation signal amplitude will drop to zero.

Сквозное отверстие в металлической диафрагме 12 по ВЧ представл ет собой запредельный волновод и тем самым осуществл ет ВЧ-разв зку выходных плеч направленного ответвител 3.The through hole in the metal diaphragm 12 on the high frequency is an out-of-band waveguide, and thereby realizes the high-frequency isolation of the output arms of the directional coupler 3.

Кроме приведенного примера конструкции ВЧ-разр дника представл етс возможным использовать газовые разр дники тригатронного типа, включенные непосредственно в выходные плечи направленного ответвител , на рассто нии,- кратном нечетному числу четвертей волн, запуск которых производитс с помощью цепи вспомогательного поджи.га.In addition to the example of the RF-discharge design, it is possible to use gas-discharge trigatron-type dischargers connected directly to the output arms of the directional coupler, at a distance of multiple odd number of quarters of the waves, which are triggered by an auxiliary ignition circuit.

1 с:1 s:

/5/five

Однако в этом случае нар ду с усложнением конструкции, обусловленным дополнительным источником питани и датчиками перенапр жени в линии св зи, существенно снизитс быстродействие , а следовательно, и эффективность защиты.However, in this case, along with the complexity of the design, due to the additional power source and overvoltage sensors in the communication line, the performance and, consequently, the effectiveness of protection will decrease significantly.

Данное устройство ВЧ-питани резонаторов линейного ускорител в отличие от известного позвол ет осуществить надежную работу при пробо х в резонаторах ускорител . В случае пробоев в резонаторах будет происходить быстрый сброс ВЧ-мощности генератора и тем самым будет предотвращено разрушение элементов конструкции системы и вь4ход ее из стро .This RF power supply device of the linear accelerator resonators, in contrast to the known, allows reliable operation during breakdowns in accelerator resonators. In the case of breakdowns in the resonators, the RF power of the generator will be quickly reset and thus the destruction of the structural elements of the system will be prevented and its failure will fail.

/J/ J

1/г.21 / g.2

Claims

1 HIGH FREQUENCY DEVICE FOR KNOWING THE RESONATOR SECTIONS OF A LINEAR ACCELERATOR

Ό 4P is connected through a directional coupler to two communication nodes of two resonator sections and a fixed attenuator, characterized in that, in order to increase the reliability of the device during breakdowns in the resonator sections, a protective spark gap and two segments of communication lines, each of which is one end, are introduced into the device connected to the output otvetyitelya directed shoulders, and the other end - to the surge arrester, the length of segments communication lines multiple of a half wavelength of the generator, and the place of their connection _Λ removed from the connected nodes by a distance which is a multiple of an odd number chet- l vert the generator wavelength. V

Fig i

2. The device according to π. 1, characterized in that the protective discharge is made in the form of two segments of the coaxial, separated by a metal diaphragm with a central through hole, and has two discharge gaps between the metal diaphragm and the ends of the inner conductors of the coaxial segments on both sides of the diaphragm.