Обостритель импульса ускорителя электронов Российский патент 2020 года по МПК H05H15/00 

Описание патента на изобретение RU2736419C1

Изобретение относится к технике ускорителей заряженных частиц, в частности к формированию импульсов ускоряющего напряжения и может быть использовано для генерирования мощных импульсов тормозного и электронного излучения.

Известна установка для генерации импульса тормозного излучения на базе генератора МИГ с плазменным прерывателем тока, в которой реализован двухкаскадный режим обострения импульса. (Кабламбаев Б.А., Ратахин Н.А., Шляхтун С.В. Генерация жесткого тормозного излучения на установке МИГ с плазменным прерывателем тока. Изв. вузов. Физика - 1999 - №12. С. 26). Энергия бегущей волны генератора МИГ аккумулировалась в индуктивном накопителе энергии, при этом в фазе накопления энергии ток замыкался плазмой, создаваемой плазменными пушками, запитываемыми от отдельного источника питания. Количество плазмы и момент прерывания тока регулировались величиной протекающего в пушках тока, задаваемого внешним источником питания, включение которого синхронизировано с работой первичного генератора.

Недостатком такого технического решения является то, что требуется дополнительный источник питания плазменных пушек и схема синхронизации, регулирующая время между моментом инжекции плазмы и формированием основного импульса.

Известно устройство катод-анодного узла ускорителя ИГУР-3, в котором применен режим формирования электронного пучка, основанный на использовании плазмы, образованной в результате пробоя по поверхности диэлектрической вставки в катоде, возникающего под воздействием предимпульса основного импульса напряжения. (Кормилицин А.И. Мощный многофункциональный импульсный ускоритель электронов ИГУР-3: диссертация к.т.н. ВНИИТФ, 2005).

К недостаткам этого технического решения, выбранного в качестве прототипа относится наличие ограничений по повышению мощности электрического импульса (обострению импульса) путем увеличения амплитуды напряжения и сокращения длительности импульса, так как источник плазмы (плазменная пушка) и катод конструктивно совмещены, при этом геометрия катода оптимизирована на фокусировку пучка, что приводит к существенным ограничениям на величину переключаемого в электронный режим тока. ППТ в устройстве, выбранном в качестве прототипа, переключает ток в электронный режим в начальной фазе нарастания тока, следовательно, обострения импульса за счет увеличения амплитуды ускоряющего напряжения и уменьшения его длительности не происходит.

Изобретение направлено на решение задачи повышения мощности импульса тормозного излучения путем обострения импульса ускоряющего напряжения за счет увеличения его амплитуды и сокращения длительности.

Технический результат достигается разделением функции ППТ и вакуумного диода путем размещения плазменных пушек ППТ в дополнительном промежуточном электроде, конструкция которого не связана с геометрией ускоряющего промежутка, при этом электропитание плазменных пушек осуществляется за счет энергии предимпульса напряжения ускорителя, а регулирование количества плазмы для настройки на величину тока срабатывания ППТ осуществляется изменением числа установленных в дополнительном электроде пушек.

Обостритель импульса, схема которого представлена на рис. 1, устанавливается в вакуумную передающую линию (ВПЛ) ускорителя, образованную внешним электродом 1 и внутренним электродом 2. Конструкция обострителя включает в себя промежуточный электрод 4, находящийся под плавающим потенциалом и установленные в нем по окружности плазменные пушки 5. Плазменная пушка состоит из двух электродов, разделенных диэлектрической вставкой, причем один из электродов гальванически соединен с внутренним электродом ВПЛ. Геометрия ускоряющего промежутка катод 3 - мишень 6 подбирается исходя из требований к электронному пучку. Потенциал, возникающий на промежуточном электроде вовремя предимпульса напряжения и определяющий напряжение на электродах плазменных пушек, зависит от соотношения электрических емкостей С1 и С2.

Обостритель импульса работает следующим образом. В результате последовательного срабатывания первичного накопителя энергии, например, генератора импульсных напряжений и системы формирования импульсов (СФИ), состоящей, например, из индуктивности, электровзрывного прерывателя тока и коммутирующего разрядника импульс ускоряющего напряжения по ВПЛ подается на вакуумный диод, образованный катодом и мишенью. Характерной особенностью фазы передачи энергии из первичного накопителя в СФИ является появление предимпульса напряжения в ВПЛ и вакуумном диоде. Соответственно, на промежуточном электроде, электрически изолированном диэлектрическими вставками плазменных пушек от внутреннего электрода ВПЛ наводится напряжение. Величина этого напряжения и одновременно напряжения на плазменных пушках после деления по конструктивным электрическим емкостям будет равна Uп = Uпр С2/С1+С2, где Uпр - напряжение предимпульса на внутреннем электроде ВПЛ. В ускорителях мегавольтного уровня Uпр ~ 400-800 кВ, что позволяет получить Uп ~ 100 кВ и выше. Напряжение Uп вызывает электрический пробой по поверхности диэлектрических вставок плазменных пушек, образование плазмы и замыкание этой плазмой вакуумного зазора между промежуточным электродом и внешним электродом ВПЛ. После срабатывания СФИ рабочий импульс напряжения вызывает рост тока в плазменной перемычке. При достижении критического тока (тока обрыва) сопротивление плазмы возрастает, вызывая рост напряжения в вакуумном диоде и переключение тока в вакуумный диод, формирование и ускорение электронного пучка. Длительность фазы ускорения и, соответственно, длительность импульса тормозного излучения определяется временем переключения тока в вакуумный диод и электрической прочностью ППТ (моментом, когда произойдет вторичное замыкание ППТ).

Для эффективной работы обострителя импульса в мегавольтном диапазоне напряжений как наиболее эффективном для генерации тормозного излучения необходимо выполнение ряда условий. Работа ППТ в мегавольтном диапазоне или с наиболее высокими значениями сопротивления после обрыва тока наилучшим образом реализуется при «эрозионном» механизме потери проводимости плазмы (Долгачев Г.И. Физика плазменных прерывателей тока и их возможные применения: диссертация д. ф-м. н. Москва, 2005). Экспериментально установлено, что эрозионный режим работы ППТ возможен при выполнении ограничения на плотность переносимого заряда на «пушку». Эта проблема решается путем установки в промежуточном электроде нескольких плазменных пушек с тем, чтобы, не выходя из эрозионного режима работы ППТ мог пропустить максимальный разрядный ток. Варьирование параметров плазмы и оптимизация срабатывания ППТ осуществляется путем изменения количества установленных в промежуточном электроде пушек. В прототипе эта функция ограничена, так как источником плазмы является одна плазменная пушка, настроенная на эрозионный режим работы, которая при этом совмещена с катодом.

Похожие патенты RU2736419C1

название год авторы номер документа
УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ 1989
  • Долгачев Г.И.
  • Закатов Л.П.
  • Ушаков А.Г.
RU1653525C
ПЛАЗМЕННЫЙ ПРЕРЫВАТЕЛЬ ТОКА 1991
  • Бабкин А.Л.
  • Дубинов А.Е.
  • Дубинов Е.Е.
  • Корнилов В.Г.
  • Селемир В.Д.
  • Челпанов В.И.
SU1811763A3
ГЕНЕРАТОР МОЩНЫХ СИЛЬНОТОЧНЫХ ИМПУЛЬСОВ 1999
  • Метелев А.П.
RU2157047C1
ПЛАЗМЕННЫЙ ПРЕРЫВАТЕЛЬ ТОКА 2000
  • Дубинов А.Е.
  • Макарова Н.Н.
  • Селемир В.Д.
RU2187909C2
МНОГОМОДУЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ МУЛЬТИТЕРАВАТТНОЙ МОЩНОСТИ 2013
  • Завьялов Николай Валентинович
  • Пунин Валерий Тихонович
  • Басманов Валерий Федорович
  • Гордеев Вячеслав Серафимович
  • Гришин Александр Владимирович
  • Мысков Геннадий Алексеевич
  • Назаренко Сергей Тихонович
  • Павлов Владимир Станиславович
  • Пучагин Сергей Юрьевич
  • Страбыкин Кирилл Валерьевич
RU2547235C1
ПЛАЗМОЭРОЗИОННЫЙ РАЗМЫКАТЕЛЬ 1989
  • Зубков П.И.
  • Лукьянчиков Л.А.
  • Тен К.А.
  • Горяинов Г.М.
RU2037278C1
Двойная формирующая линия 1980
  • Герасимов Анатолий Иванович
SU911688A1
ИНДУКТИВНЫЙ ГЕНЕРАТОР 1999
  • Селемир В.Д.
  • Бухаров В.Ф.
  • Жданов В.С.
  • Корнилов В.Г.
  • Челпанов В.И.
RU2169442C1
ПЛАЗМЕННЫЙ ПРЕРЫВАТЕЛЬ ТОКА 1999
  • Дубинов А.Е.
  • Макарова Н.Н.
  • Садовой С.А.
  • Селемир В.Д.
  • Халдеев В.Н.
RU2165684C2
Ускоритель ионов 1986
  • Быстрицкий В.М.
  • Красик Я.Е.
  • Подкатов В.И.
  • Толмачева В.Г.
  • Синебрюхов О.А.
SU1386004A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 736 419 C1

Реферат патента 2020 года Обостритель импульса ускорителя электронов

Устройство предназначено для повышения мощности импульса тормозного излучения. Устройство работает в мегавольтном диапазоне напряжений, повышение мощности импульса тормозного излучения обеспечивается путем обострения в вакуумном диоде (ВД) ускорителя электронов импульса ускоряющего напряжения за счет увеличения его амплитуды и сокращения его длительности. Поставленная цель достигается разделением функции плазменного прерывателя тока (ППТ) и ВД путем размещения плазменных пушек ППТ, электропитание которого осуществляется за счет энергии предимпульса, в дополнительном промежуточном электроде, конструкция которого не связана с геометрией ускоряющего промежутка ВД. Техническим результатом является возможность варьирования параметров плазмы и оптимизация срабатывания ППТ при эрозионном механизме потери проводимости плазмы. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 736 419 C1

Обостритель импульса ускорителя электронов, состоящий из электродов вакуумной передающей линии, промежуточного электрода и установленного в нем плазменного прерывателя тока, в котором плазма в плазменных пушках образуется в результате электрического разряда по поверхности диэлектрика под воздействием предимпульса рабочего импульса напряжения, величина которого определяется соотношением электрических емкостей между промежуточным электродом и электродами вакуумной передающей линии, отличающийся тем, что промежуточный электрод с установленными в нем плазменными пушками и вакуумный диод конструктивно разделены и регулирование параметров плазмы для настройки момента переключения тока в вакуумный диод с целью обострения импульса осуществляется изменением количества установленных в промежуточном электроде плазменных пушек.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2736419C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛЬНОТОЧНЫХ ДИПЛОИДНЫХ ПУЧКОВ ЭЛЕКТРОНОВ 2008
  • Мордасов Николай Григорьевич
  • Иващенко Дмитрий Михайлович
  • Каменский Валентин Александрович
  • Членов Александр Михайлович
RU2387109C2
НАНОСЕКУНДНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ 2001
  • Котов Ю.А.
  • Соковнин С.Ю.
  • Балезин М.Е.
RU2191488C1
СИЛЬНОТОЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА 2003
  • Озур Г.Е.
  • Проскуровский Д.И.
  • Карлик К.В.
RU2237942C1
KR 1020160049425 A, 09.05.2016
KR 101754780 B1, 10.07.2017
CN 202487521 U, 10.10.2012
CN 102074431 B, 04.07.2012
KR 101350035 B1, 16.01.2014.

RU 2 736 419 C1

Авторы

Федоров Андрей Алексеевич

Метелёв Александр Павлович

Даты

2020-11-17Публикация

2019-12-17Подача