СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСА ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 1998 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к высоковольтной технике, в частности к формированию импульсов в нагрузке, например, в ускорительной трубке, и может быть использовано в установках для генерирования импульсов тормозного излучения и электронных пучков.

Широко известны способы и устройства для формирования одиночных импульсов тормозного излучения и электронных пучков, заключающиеся в использовании для этой цели генераторов импульсных напряжений, работающих на нагрузку (ускорительную трубку) [1].

В качестве прототипа выбраны способ и устройство [2] для формирования последовательных импульсов.

Формирование импульсов тормозного излучения осуществляется с помощью ускорительных трубок при подаче на них через обостряющие разрядники импульсов высокого напряжения. Величина и форма импульсов в этом случае в основном определяется величиной и формой импульса напряжения.

Известное устройство [2] формирования последовательных импульсов тормозного излучения, выбранное в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит два генератора импульсных напряжений, два обостряющих разрядника и две ускорительные трубки. С помощью этого способа и устройства можно генерировать два импульса тормозного излучения как одновременно, так и последовательно с любым интервалом времени между импульсами.

К техническим недостаткам прототипа относятся:
невозможность получения требуемой формы импульса тормозного излучения и обеспечения необходимого соотношения мощностей доз на отдельных участках импульса сложной формы;
сложность конструкции (высокая стоимость);
невозможность (ограничение) проведения исследований в прианодной области по причине пространственного размещения нагрузок (ускорительных трубок).

Таким образом, изобретение направлено на решение задачи по созданию способа и устройства, способных формировать импульс тормозного излучения сложной формы, технический же результат при решении этой задачи выразится в упрощении устройства, в обеспечении возможности формирования импульса требуемой формы, величины и длительности, а также получении необходимого соотношения доз и мощностей доз на отдельных участках этого импульса при выполнении соотношения напряжений U₁ > U₂ (здесь U₁ - напряжение генератора, формирующего короткую часть импульса, U₂ - напряжение генератора, формирующего длинную часть импульса).

Это достигается тем, что при способе формирования импульса тормозного излучения сложной формы, включающем подачу импульса напряжения на ускорительную трубку, согласно изобретению подаваемый импульс формируют из двух импульсов различной формы и величины, а длительность его задают величиной промежутка катод-анод ускорительной трубки из соотношения:

где
h - величина промежутка катод-анод в ускорительной трубке;
v_п=3•10⁶ - скорость распространения плазмы в промежутке катод-анод.

Это также достигается тем, что в устройстве для формирования импульса тормозного излучения сложной формы, содержащем генераторы импульсных напряжений, разрядники и ускорительную трубку, согласно изобретению к ускорительной трубке подключены два генератора импульсных напряжений, один из которых подключен через обостряющий разрядник с зазором h_p1, а другой через коммутирующий разрядник с зазором h_p2: h_p1 > h_p2 > 0, ускорительная трубка выполнена с величиной зазора h катод-анод, определяемой длительностью сложного импульса согласно соотношению
h ≥ 2v_п•τ_n,
где
h - величина промежутка катод-анод;
v_п - скорость распространения плазмы в промежутке катод-анод;
τ_n - длительность импульса.

Именно заявленное соотношение для величины зазора катод-анод обеспечивает согласно способу получение сложного импульса необходимой длительности. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сопоставительный анализ заявляемых изобретений с прототипом позволил выявить новую совокупность существенных признаков, обусловленных изменением приемов получения сложного импульса. Таким образом, заявляемые способ и устройство отвечают критерию "Новизна".

Для проведения физических исследований на ускорителях прямого действия существует необходимость формирования импульса тормозного излучения сложной формы, в общем случае состоящего из двух частей: "короткой" длительностью τ = 20 нс и "длинной" с τ = 500 нс. Мощность дозы на короткой части импульса должна в 10...100 раз превышать мощность дозы в длинной части импульса. (В идеальном варианте необходимо обеспечить возможность регулирования этого соотношения).

На фиг. 1 изображен вариант устройства для формирования сложного импульса, форма которого представлена на фиг. 2. Короткая часть импульса напряжения, которая обеспечивает формирование короткой части импульса тормозного излучения (фиг. 2) формируется генератором 1 (фиг. 1), который подключен к ускорительной трубке 3 через обостряющий разрядник 4. Длинная часть импульса (фиг. 2) формируется генератором 2 (фиг. 1), который подключен к ускорительной трубке 3 через коммутирующий разрядник 5 (фиг. 1).

Формирование сложного импульса осуществляется при заданной последовательности срабатывания генераторов 1 и 2 (фиг. 1). При срабатывании генератора 1 и пробое обостряющего разрядника 4 на ускорительной трубке формируется импульс напряжения, генерирующий короткую часть импульса тормозного излучения. Сформированный импульс напряжения запускает генератор 2, который подключен к ускорительной трубке (фиг. 1) при срабатывании коммутирующего разрядника 5 (фиг. 1). Необходимая последовательность срабатывания генераторов достигается управляемым запуском генератора 1 и запуском генератора 2 импульсом напряжения короткой части. При этом выполняется соотношение h_p2 < h_p1. Длительность импульса тормозного излучения определяется длительностью сложного импульса напряжения или ограничивается временем замыкания плазмой промежутка катод-анод ускорительной трубки.

Пример. Заявляемые способ и устройство реализованы на ускорителе ИГУР-3, схема которого представлена на фиг. 3, форма импульса тормозного излучения изображена на фиг. 4. Первый импульс напряжения длительностью ≈80 нс формируется в схеме генератора импульсных напряжений 1 с индуктивным накопителем и прерывателем тока на основе электровзрывающихся проводников. Величина импульса напряжения изменялась от 2 МВ до 5 МВ, что позволяло менять соотношение мощностей доз на первом и втором участках сложного импульса. Подключение генератора 1 к ускорительной трубке 3 осуществлялось с помощью обостряющего разрядника 4, зазор в котором изменялся в пределах 80-180 мм. Длительность короткой части импульса тормозного излучения составляла 20-50 нс. Вторая часть сложного импульса (длинная часть импульса) формировалась емкостным генератором импульсных напряжений 2, собранным по схеме Аркадьева-Маркса. Величина напряжения на генераторе 2 составляла ≈1 МВ при длительности 0,5-4 мкс. Генератор 2 подключался как непосредственно к ускорительной трубке 3, так и через коммутирующий разрядник 5 с зазором 5-40 мм. В обоих случаях запуск генератора 2 осуществляется напряжением первой (короткой) части импульса, формируемого на ускорительной трубке 3 без использования схем и устройств для синхронизации. В результате получен сложный импульс тормозного излучения длительностью короткой части импульса 20-50 нс, а длинной - 0,3-0,7 мкс. Соотношение амплитуд короткой и длинной частей регулируется в широких пределах за счет изменения параметров генераторов 1 и 2 и изменения зазора в обостряющем разряднике 4.

Использование предлагаемого способа формирования сложного импульса тормозного излучения и устройства для его реализации позволяет проводить более широкий цикл физических исследований по радиационной стойкости изделий.

Реализацию этого способа можно осуществить не только на вновь создаваемых ускорителях, но и на уже действующих путем подключения к имеющейся на ускорителе ускорительной трубке генератора, формирующего длинную часть импульса.

В последнем случае существенно снижаются затраты на создание данного устройства и сокращается время на его создание.

Использование изобретения позволило получить импульс тормозного излучения требуемой формы величины и длительности и обеспечить необходимое соотношение мощностей доз на отдельных участках импульса сложной формы, а использование одной ускорительной трубки для формирования импульса тормозного излучения сложной формы значительно упрощает конструкцию ускорителя.

Литература
1. Ю.Д.Бакулин, В.С.Диянков, А.И.Кормилицын. Ускорители прямого действия с индуктивным накопителем энергии и взрывающимися проводниками. ПТЭ N 2, с. 34-37, 1979.

2. РЖ Физика, N 10, 1991 (10 B 409).

Использование: в установках для генерирования импульсов тормозного излучения и электронных пучков. Сущность изобретения: способ включает в себя подачу на ускорительную трубку импульса напряжения, который формируют из двух импульсов напряжения различной величины и формы, а длительность его задают скоростью распространения плазмы в промежутке катод-анод в ускорительной трубке соотношением, приведенным в тексте описания. Эти операции осуществляют при помощи устройства, содержащего генератор импульсных напряжений, разрядники, ускорительную трубку, при этом один из генераторов подключен через обостряющий разрядник, а другой - через коммутирующий разрядник при условии, что величина зазора в коммутирующем разряднике меньше, чем в обостряющем разряднике, а в ускорительной трубке установлена величина промежутка катод-анод, определяемая скоростью распространения плазмы в этом промежутке и длительностью сложного импульса согласно соотношению, приведенному в тексте описания. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ формирования импульса тормозного излучения сложной формы, включающий подачу импульса напряжения на ускорительную трубку, отличающийся тем, что подаваемый импульс формируют из двух импульсов напряжения различной величины и формы, а длительность его τ_n задают величиной промежутка катод-анод в ускорительной трубке из соотношения
τ_n≤ h/2v_п,
где h - величина промежутка катод-анод в ускорительной трубке;
v_п - скорость распространения плазмы в промежутке катод-анод. 2. Устройство для формирования импульса тормозного излучения сложной формы, содержащее генераторы импульсных напряжений, разрядники, ускорительную трубку, отличающееся тем, что к ускорительной трубке подключены два генератора импульсных напряжений, один из которых подключен через обостряющий разрядник, а другой через коммутирующий разрядник, при условии, что величина зазора в коммутирующем разряднике меньше, чем в обостряющем разряднике
h_p 1 > h_p 2,
где h_p 1 - величина зазора в обостряющем разряднике;
h_p 2 - величина зазора в коммутирующем разряднике;
при этом ускорительная трубка выполнена с величиной зазора катод-анод, определяемой длительностью сложного импульса согласно соотношению
h ≥ 2v_п•τ_n,
где v_п - скорость распространения плазмы в промежутке катод-анод;
τ_n - длительность импульса.