ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ УСКОРЯЮЩАЯ СТРУКТУРА ГЕНЕРАТОРА НЕЙТРОНОВ Российский патент 2010 года по МПК H05H9/00 

Описание патента на изобретение RU2378806C1

Изобретение относится к области технической физики, а именно к ускоряющим структурам линейных резонансных ускорителей ионов, и может быть использовано для ускорения легких ионов, в частности дейтронов, в малогабаритных транспортных генераторах нейтронов.

Известна высокочастотная /ВЧ/ ускоряющая структура ("Radiation sources" edited by A.Charles' by p.171-196. Pergaman Press 1964 Oxford), позволяющая ускорять легкие ионы. При бомбардировке ими нейтронно-образующей мишени появляется рабочее нейтронное излучение, однако большие размеры структуры не позволяют использовать ее в малогабаритных транспортных генераторах нейтронов.

Наиболее близкой по конструктивным признакам к изобретению является принятая за прототип известная структура /а.с. СССР № 1777542/, содержащая размещенный в вакуумно-плотном кожухе объемный Н резонатор выполненный в виде металлического "П"-образного короба /ПК/, состоящего из двух параллельных стенок, соединенных перпендикулярно к ним расположенным основанием; последовательность трубок дрейфа, каждая из которых укреплена на торце штанги, присоединенной вторым торцем к внутренней поверхности одной из стенок ПК; металлический экран "Н" резонатора, образованный циллиндрической обечайкой и укрепленными на ней торцевыми днищами, снабженными перфорацией. Применение структуры прототипа в генераторах нейтронов позволило бы увеличить по сравненению с генераторами, использующими трубки с ускоряющим напряжением, не превышающим несколько сотен киловольт, выходную энергию дейтронов до мегавольтного уровня, при незначительном увеличении габаритов генератора. В результате появилась бы возможность замены нейтронно-образующей мишени, содержащей тритий, на мишень без последнего, например и выполненную из бериллия. При этом нейтронный выход снизился бы незначительно, но увеличилась бы долговременная его стабильность. Однако увеличение рабочего давления в структуре прототипе приводят к возникновению в ней низковольтного высокочастотного резонансного разряда /мультипакторного разряда/.

Целью изобретения является устранение этого разряда.

Техническая сущность изобретения состоит в создании постоянных магнитных полей, силовые линии которых имеют параллельные стенкам ПК 1 составляющие, взаимодействуя с которыми электроны возвращаются на стенку, с которой стартовали. Этим предотвращается двусторонний мультипакторный разряд. Размещением на внутренней поверхности стенок "П"-образного короба /ПК/ полос из не распыляемого гетера предотвращается развитие разряда в десорбированном со стенок ПК ударами возвращающихся электронов газе.

Технический результат достигается тем, что площадь экрана, занятая перфорацией Фп /м2/, определяется из соотношения:

где Ф /м2/ - площадь экрана до перфорации, К - коэффициент вторичной эмиссии материала, из которого изготовлен экран,

на внешней поверхности обеих стенок ПК укреплены на расстоянии А /м/ друг от друга постоянные магниты, в виде параллелепипедов шириной А /м/ и высотой, равной высоте стенки ПК в месте размещения магнита, гранича с ПК своими плоскостями, шириной А, не магниченными перпендикулярно этим плоскостям, средние линии которых размещены в плоскостях, перпендикулярных как оси структуры, так и поверхности стенки ПК, причем магнитные полюса у соседних магнитов разноименные, магниты на противоположных стенках размещены со смещением вдоль оси структуры на расстояние А, относительно проекции, на эту стенку магнитов противоположной стенки, так, что проекция магнита на противоположную стенку приходится на место, свободное от магнита;

на внутренней поверхности стенок ПК укреплены ленты, изготовленные из не распыляемого гетера, так что их средние линии лежат в плоскостях, проходящих через средние линии магнитов, размещенных за ними на противоположной поверхности той же стенки ПК; причем средняя величина магнитного поля на внутренней поверхности стенок ПК определяется из соотношения:

где R /м/ - расстояние между параллельными стенками "П"-образного короба, М=9,1×10-31 /кг/ - масса электрона, Е=1,6×10-19 /К/ - заряд электрона, И /В/ - максимальная величина напряжения в интервале значений, при которых возможно существование мультипакторного разряда между стенками ПК, определяемое из таблицы:

,

где F /Гц/ - рабочая частота структуры, R /м/ - расстояние между стенками короба.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фигуре 1 изображено сечение ускоряющей структуры плоскостью, перпендикулярной ее оси, а на фигуре 2 представлено сечение структуры плоскостью, перпендикулярной стенкам "П"-образного короба вдоль ее оси. Фигура 3 иллюстрирует область существования двустороннего мультипакторного разряда: диапазон ВЧ напряжений,

в котором возможно существование разряда при конкретных значениях произведения рабочей частоты структуры и расстояния между металлическими поверхностями, участвующими в разряде /Иллюстрация заимствована из книги: "Линейные ускорители ионов", т.2, с.137/Под редакцией Б.П.Мурина. М.: Атомиздат 1978/.

Высокочастотная ускоряющая структура генератора нейтронов состоит из вакуумно-плотного кожуха /не показан/, экрана, размещенного в кожухе. Стенки экрана образованы обечайкой - 1 и двумя днищами - 2. И обечайка и днища выполнены перфорированными. Площадь отверстий перфорации Фп2/ определяется из соотношения (1).

В экране размещен объемный Н-резонатор, выполненный в виде "П"-образного короба /ПК/. ПК состоит из двух медных параллельных стенок - 3, соединенных перпендикулярным к ним медным же основанием - 4. На стенках короба укреплены торцами штанги - 5, на противоположных торцах которых укреплены трубки дрейфа - 6. Соседние трубки укреплены на противоположных стенках. На внешней поверхности обеих стенок ПК укреплены на расстоянии А /м/ друг от друга постоянные магниты - 7, в виде параллелепипедов шириной А /м/ и высотой, равной высоте стенки ПК в месте размещения магнита. Магниты граничат с ПК своими плоскостями, шириной А, и намагничены перпендикулярно этим плоскостям, средние линии которых размещены в плоскостях, перпендикулярных как оси структуры, так и поверхности стенки ПК, причем магнитные полюса у соседних магнитов разноименные, магниты на противоположных стенках размещены со смещением середин плоскостей, граничащих со стенками ПК параллельно оси структуры на расстояние А, относительно проекции на стенку середин плоскостей магнитов, укрепленных на противоположной стенке. Другими словами магниты на стенках укреплены так, что проекция магнита, укрепленного на противоположной стенке, приходится на место, свободное от магнита. На внутренней поверхности стенок ПК укреплены ленты - 8, изготовленные из не распыляемого гетера, так, что их средние линии лежат в плоскостях, проходящих через средние линии магнитов, размещенных за ними на противоположной поверхности той же стенки ПК; причем средняя величина магнитного поля на внутренней поверхности стенок ПК определяется из соотношения

где R /м/ - расстояние между параллельными стенками "П"-образного короба, М=9,1×10-31 /кг/ - масса электрона, Е=1,6×10-19 /К/ - заряд электрона, И /В/ - максимальная величина напряжения в интервале значений, при которых возможно существование мультипакторного разряда между стенками ПК определяемое из таблицы:

,

где F /Гц/ - рабочая частота структуры, R /м/ - расстояние между стенками короба.

Высокочастотная ускоряющая структура генератора нейтронов работает следующим образом. СВЧ электромагнитная энергия поступает от СВЧ-генератора черев вводы СВЧ-мощности /генератор и вводы не показаны/ и возбуждает в структуре рабочий тип электромагнитных колебаний. Между стенками короба возникает разность потенциалов; между трубками дрейфа - ускоряющиеся ионы дейтерия напряжение. Ускоренные ионы бомбардируют нейтронно-образующую мишень /не показана/, в результате образуется рабочее нейтронное излучение. Размещение на стенках короба соседних магнитов с равноименными полюсами обеспечивает параллельную поверхности стенок компоненту магнитного поля. Ее величина удовлетворяет соотношению - (2), и поэтому электроны, вылетающие с одной из стенок и ускоряющиеся электрической компонентой СВЧ рабочего типа колебаний к противоположной, не достигая ее, разворачиваются в магнитном поле и возвращаются к той, с которой стартовали. Двусторонний мультипакторный разряд, для которого необходимы вторичные электроны, выбиваемые из противоположной стенки, не развивается.

Ленты из не распыляемого гетера поглощают десорбирующийся со стенок возвращающимися на них электронами газ. Этим предотвращается развитие в структуре газового разряда. Выполнение экрана с перфорацией, удовлетворяющей соотношению /1/, предотвращает развитие мультипактора между экраном и "П"-образным коробом.

Похожие патенты RU2378806C1

название год авторы номер документа
ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ДЕЙТРОНОВ - НЕЙТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР 2008
  • Иосселиани Дмитрий Дмитриевич
RU2366124C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОВОЛНОВОЙ ВАКУУМНО-ПЛАЗМЕННОЙ С ЭЛЕКТРОННЫМ ЦИКЛОТРОННЫМ РЕЗОНАНСОМ ОБРАБОТКИ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД НА ЛЕНТОЧНЫХ НОСИТЕЛЯХ 1999
  • Яфаров Р.К.
RU2153733C1
СИЛЬНОТОЧНЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ 2000
  • Гаврилов Н.М.
  • Комаров Д.А.
  • Струков Ю.Н.
RU2183390C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОВОЛНОВОЙ ВАКУУМНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД НА ЛЕНТОЧНЫХ НОСИТЕЛЯХ 2008
  • Яфаров Равиль Кяшшафович
RU2419915C2
ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫЙ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ КОММУТАТОР ДЛЯ АКТИВНОГО КОМПРЕССОРА СВЧ ИМПУЛЬСОВ 2011
  • Вихарев Анатолий Леонтьевич
  • Исаев Владимир Александрович
  • Лобаев Михаил Александрович
  • Иванов Олег Андреевич
RU2461922C1
БЕЗЖЕЛЕЗНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ДЕЙТРОНОВ - НЕЙТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР 2008
  • Иосселиани Дмитрий Дмитриевич
RU2370003C1
СПОСОБ СИНТЕЗА ШАРОВЫХ ПЛАЗМОИДОВ 1991
  • Яковлев В.П.
  • Мишин Г.И.
  • Андрианов В.И.
SU1831977A3
Импульсный нейтронный генератор 2021
  • Боголюбов Евгений Петрович
  • Кузнецов Юрий Павлович
  • Пресняков Алексей Юрьевич
  • Юрков Дмитрий Игоревич
RU2773038C1
СИСТЕМА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В ЛАМИНАРНОМ ВОЗДУШНОМ ПОТОКЕ 2021
  • Божьев Иван Вячеславович
  • Дагесян Саркис Арменакович
  • Жарик Георгий Александрович
  • Колпаков Михаил Александрович
  • Панасюченко Павел Станиславович
RU2789655C1
ВВОД СТЕНКИ КОРПУСА 2010
  • Древон Клод
  • Вандье Оливье
  • Нево Давид
RU2549886C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 378 806 C1

Реферат патента 2010 года ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ УСКОРЯЮЩАЯ СТРУКТУРА ГЕНЕРАТОРА НЕЙТРОНОВ

Изобретение относится к области технической физики, а именно к ускоряющим структурам линейных резонансных ускорителей ионов, и предназначено для ускорения легких ионов в малогабаритных транспортных генераторах нейтронов. Высокочастотная ускоряющая структура генератора нейтронов размещена в вакуумноплотном кожухе. Ускоряющая структура содержит объемный Н-резонатор в виде металлического "П"-образного короба. Короб состоит из двух параллельных стенок. Стенки короба соединены перпендикулярно расположенным к ним основанием. На стенках короба укреплены торцами штанги. Трубки дрейфа укреплены на противоположном торце штанги. Экран "Н" резонатора образован цилиндрической обечайкой и укрепленными на ней торцевыми днищами. Обечайка и днища выполнены перфорированными. Площадь отверстий перфорации определяется из соотношения. На внешней поверхности обеих стенок короба укреплены на определенном расстоянии друг от друга постоянные магниты. Магнитные полюса у соседних магнитов разноименные. Магниты на противоположных стенках размещены со смещением вдоль оси структуры на определенное расстояние. На внутренней поверхности стенок короба за магнитами укреплены ленты. Ленты изготовлены из нераспыляемого гетера. Изобретение направлено на устранение высокочастотного резонансного разряда. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 378 806 C1

Высокочастотная ускоряющая структура генератора нейтронов, размещенная в вакуумноплотном кожухе, содержащая объемный Н-резонатор в виде металлического П-образного короба (ПК), состоящего из двух параллельных стенок, соединенных перпендикулярно расположенным к ним основанием; последовательность трубок дрейфа, каждая из которых укреплена на торце штанги, присоединенной вторым торцем к внутренней поверхности одной из стенок ПК, экран "Н" резонатора, образованный цилиндрической обечайкой и укрепленными на ней торцевыми днищами, снабженными перфорацией, отличающаяся тем, что площадь экрана, занятая перфорацией - Фп (м2), определяется из соотношения , где Фп (м2) - площадь экрана до перфорации, К - коэффициент вторичной эмиссии металла, из которого он изготовлен,
на внешней поверхности обеих стенок ПК укреплены на расстоянии А (м) друг от друга постоянные магниты в виде - параллелепипедов шириной А (м) и высотой, равной высоте стенки ПК в месте размещения магнита, которые граничат с ПК своими плоскостями, шириной А, намагниченными перпендикулярно этим плоскостям, средние линии которых размещены в плоскостях, перпендикулярных как оси структуры, так и поверхности стенки ПК, причем магнитные полюса у соседних магнитов разноименные, магниты на противоположных стенках размещены со смещением вдоль оси структуры на расстояние А относительно проекции на эту стенку магнитов противоположной стенки так, что проекция магнита на противоположную стенку приходится на место, свободное от магнита, на внутренней поверхности стенок ПК укреплены ленты, изготовленные из нераспыляемого гетера, так что их средние линии лежат в плоскостях, проходящих через средние линии магнитов, размещенных за ними на противоположной поверхности той же стенки ПК, причем средняя величина магнитного поля на внутренней поверхности стенок ПК, определяется из соотношения:
В>1/R·(2И·М/Е)1/2,
где R (м), - расстояние между параллельными стенками П-образного короба, М=9,1·10-31 (кг) - масса электрона, Е=1,6·10-19 (K) - заряд электрона, И (В) - максимальная величина напряжения в интервале значений, при которых возможно существование мультипакторного разряда между стенками ПК определяемое из таблицы:
,
где F (Гц) - рабочая частота структуры, R (м) - расстояние между стенками короба.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2378806C1

Ускоряющая структура для линейного резонансного ускорителя ионов 1987
  • Гусев Михаил Леонидович
  • Кушин Виктор Владимирович
  • Орешников Андрей Юрьевич
  • Плотников Сергей Валентинович
  • Селезнев Дмитрий Николаевич
  • Угаров Сергей Борисович
  • Хоменко Игорь Владимирович
SU1494254A1
Многоканальная ускоряющая структура 1986
  • Гусев М.Л.
  • Кушин В.В.
  • Манусаджян С.Б.
  • Плотников С.В.
  • Селезнев Д.Н.
  • Угаров С.Б.
  • Хоменко И.В.
SU1424711A1
CA 1085054 A1, 02.09.1980
Способ прокатки неравнополочных угловых профилей 1983
  • Кравченко Евгений Логинович
  • Шарапов Игорь Александрович
SU1148657A1
JP 2007305496 A, 22.11.2007.

RU 2 378 806 C1

Авторы

Иосселиани Дмитрий Дмитриевич

Даты

2010-01-10Публикация

2008-06-04Подача