УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 1997 года по МПК H05H5/04 

Изобретение относится к области ускорительной техники, в частности к ускорителям прямого действия с индуктивным накопителем энергии и электрически взрывающимися проводниками (ЭВП).

Ускорители с индуктивным накопителем энергии и ЭВП находят широкое применение в радиационных исследованиях, работах по термоядерному синтезу и т.п.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ИГУР-3 мощный генератор импульсов тормозного излечения [1] выбранный в качестве прототипа. Он включает в себя первичный источник накопления энергии ГИН, систему формирования импульсов (СФИ), состоящую из накопительной индуктивности, ЭВП, размещенных в полиэтиленовых трубах длиной до 8 метров, заполненных воздухом, обостряющим разрядник и ускорительную трубку. Все эти узлы размещены в металлическом баке, заполненном трансформаторным маслом. Генератор создает у анода мощность дозы до 10¹³ рентген в секунду.

Недостатком данного ускорителя являются его ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные недостаточно высокими производительностью и надежностью, а также сложностью конструкции из-за наличия большого количества полиэтиленовых труб, в каждую из которых помещаются медные проволочки диаметром ≈0,1 мм и длиной ≈8 м.

На длинных полиэтиленовых трубах сложно обеспечить равномерное распределение потенциала, следствием чего являются многочисленные микропробои стенок труб через определенное время после начала эксплуатации. Покрытие поверхности полупроводящим слоем не решает проблемы полностью, так как он работоспособен только на внешней поверхности. Внутренняя поверхность трубы имеет неконтролируемое поверхностное сопротивление, что наряду с неравномерностью электрических свойств материала длинных труб приводит к локальным перенапряжениям и пробоям их стенок. Достаточно сложно производить замену вышедшей из строя полиэтиленовой трубы. При необходимости увеличения радиационной мощности ускорителя вышеперечисленные трудности усугубляются из-за пропорционального увеличения длины полиэтиленовых труб.

Таким образом, настоящее изобретение направлено на решение задачи по созданию ускорителя заряженных частиц с более широкими эксплуатационными возможностями. Технический же результат его выразится в обеспечении одинаковой зависимости падения потенциала по длине накопительной индуктивности и по общей длине ЭВП, что обуславливает по всей длине секционированной трубы практически нулевую разность потенциалов между ЭВП и местами стыковки отрезков труб, где закрепляется накопительная индуктивность, что исключает электрический пробой между ними.

Это достигается тем, что в ускорителе заряженных частиц, содержащем корпус, первичный накопитель энергии, обостряющий разрядник, ускорительную трубку и секционированную систему формирования импульсов, включающую в себя накопительную индуктивность, размещенную на внешней поверхности изолирующей трубки и соединенную с первичным накопителем энергии, и электрически взрывающиеся проводники, размещенные в полости трубки и соединенные через индуктивность с первичным накопителем энергии, согласно изобретению, каждая из секций системы формирования импульсов состоит из отрезка диэлектрической трубы, ограниченного с торцов расположенными на наружной поверхности металлическими фланцами, накопительной индуктивности, расположенной на наружной поверхности отрезка трубы и закрепленной своими выводами на его фланцах, и кассеты с размещенными в ней электрически взрывающимися проводниками, расположенной во внутренней полости этого отрезка трубы, при этом секции системы формирования импульсов состыкованы друг с другом торцовыми поверхностями, кроме того, в нем каждая кассета содержит выполненный из изоляционного материала стержень с металлическими фланцами, на которых расположены ролики качения, закреплены электрически взрывающиеся проводники и выполнены отверстия для прохода газов; а также в нем система формирования импульсов сцентрирована и закреплена с помощью изоляторов к коаксиальной металлической трубе, разрезанной вдоль оси симметрии на две половины, причем нижняя половина выполнена сплошной и служит корпусом ускорителя, а в верхней выполнены сквозные отверстия.

На фиг. 1 представлен общий вид ускорителя заряженных частиц: на фиг. 2
разрез по А-А; на фиг. 3 секция системы формирования импульсов.

Ускоритель заряженных частиц (фиг. 1) содержит первичный накопитель энергии 1 (в частности ГИН), систему формирования импульсов (СФИ) 2, состоящую из отдельных механически и электрически связанных секций, каждая из которых состоит из (фиг. 3) накопительной индуктивности 12, намотанной на полиэтиленовую трубу 13 с металлическими фланцами 14 по ее торцам, и кассеты 15 с электрически взрывающимися проволочками (ЭВП) 16 и роликами качения 17. Собственно ускоритель также содержит (фиг. 1) обостряющий разрядник 3, ускорительную трубку 4 с диодом 9 и герметизирующую крышку 5. СФИ 2 (фиг. 1 и 2) поддерживается центрирующими изоляторами 6, которые с необходимым шагом крепятся на коаксиальной с СФИ металлической трубе 7, состоящей из нижней 10 и верхней 11 половины. Нижняя ее часть 10 сплошная и служит стенкой корпуса ускорителя, а верхняя часть 11 выполнена с отверстиями (на чертеже не показаны). Верхняя 11 и нижняя 10 половины трубы 7 соединяются с помощью болтов 8.

Ускоритель работает следующим образом.

После срабатывания ГИН 1 ток от него проходит через накопительную индуктивность 12 и ЭВП 16 на корпус 10. Проволочки взрываются в максимуме первого полупериода разрядного тока контура. Тогда энергия ГИН 1 передается в накопительную индуктивность 12. После взрыва ЭВП 16 на индуктивности формируется импульс напряжения амплитудой в 3-4 раза больше, чем ударное напряжение ГИН. Он пробивает двухэлектродный разрядник 3 и прикладывается к диоду 9 ускорительной трубки 4. Поток электронов эмиттируется с катода, ускоряется в зазоре диода 9 и тормозится на аноде из тяжелого металла (тантал, вольфрам и т.п.), при этом генерируется поток тормозного излучения. Пары меди и газы, образующиеся при взрыве ЭВП 16, отводятся через патрубки (на чертеже не показаны) в крышке 5 и систему фильтров (на чертеже не показано) в специальный объем или в атмосферу. После чего извлекаются отработавшие кассеты и вставляются новые. Цикл повторяется.

Использование настоящего изобретения позволяет расширить эксплуатационные возможности ускорителя путем:
повышения производительности за счет быстрой смены заранее заготовленных кассет. Процесс может быть механизирован и автоматизирован;
повышения надежности установки за счет равномерного распределения потенциала на длине трубы и устранения разности потенциалов между ними, что исключает электрический пробой между ними;
упрощения конструкции ускорителя за счет секционирования СФИ;
повышения выходных параметров излучения ускорителя до 20 МЭВ и выше при токах до сотен килоампер и мощностях доз до 10¹³ р/с в больших объемах;
улучшения условий труда и экологической чистоты за счет упрощения конструкции.

Использование: при радиационных исследованиях, работах по термоядерному синтезу. Сущность изобретения: ускоритель содержит первичный накопитель энергии, систему формирования импульсов (СФИ), обостряющий разрядник и ускорительную трубку. СФИ выполнена многосекционной, каждая из секций которой состоит из отрезка диэлектрической трубы, ограниченного с торцов металлическими фланцами, накопительной индуктивности, расположенной на наружной поверхности этого отрезка трубы и закрепленной своими выводами на его фланцах, и кассеты с размещенными в ней электрически взрывающимися проволочками, расположенной во внутренней полости этого отрезка трубы. Изобретение позволяет расширить эксплуатационные возможности ускорителей заряженных частиц. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ускоритель заряженных частиц, содержащий корпус, первичный накопитель энергии, обостряющий разрядник, ускорительную трубку и секционированную систему формирования импульсов, включающую в себя накопительную индуктивность, размещенную на внешней поверхности изолирующей трубки и соединенную с первичным накопителем энергии, и электрически взрывающиеся проводники, размещенные в полости трубки и соединенные через индуктивность с первичным накопителем энергии, отличающийся тем, что в нем каждая из секций системы формирования импульсов состоит из отрезка диэлектрической трубы, ограниченного с торцов расположенными на наружной поверхности металлическими фланцами, накопительной индуктивности, расположенной на наружной поверхности отрезка трубы и закрепленной своими выводами на его фланцах, и кассеты с размещенными в ней электрически взрывающимися проводниками, расположенной во внутренней полости этого отрезка трубы, при этом секции системы формирования импульсов состыкованы одна с другой торцевыми поверхностями. 2. Ускоритель по п. 1, отличающийся тем, что каждая кассета содержит выполненный из изоляционного материала стержень с металлическими фланцами, на которых расположены ролики качения, закреплены электрически взрывающиеся проводники и выполнены отверстия для прохода газов. 3. Ускоритель по п. 1, отличающийся тем, что в нем система формирования импульсов сцентрирована и закреплена с помощью изоляторов к коаксиальной металлической трубе, разрезанной вдоль оси симметрии на две половины, причем нижняя половина выполнена сплошной и служит корпусом ускорителя, а в верхней выполнены сквозные отверстия.