УСКОРЯЮЩАЯ СТРУКТУРА ЛИНЕЙНОГО РЕЗОНАНСНОГО УСКОРИТЕЛЯ С КОМБИНИРОВАННЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ Российский патент 2024 года по МПК H05H7/18 

Изобретение относится к области создания линейных ускорителей заряженных частиц. Оно может быть использовано при разработке новых и модернизации уже существующих линейных ускорителей заряженных частиц.

Уровень техники

Известны конструкции ускоряющих структур с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой (ПОКФ) на основе 4-х камерного резонатора, например, «Four-vane RFQ accelerator section», описанная зарубежными авторами: Wangler, Т. Principles of RF linear accelerators / Thomas Wangler. - Wiley, John & Sons, Incorporated, 1998 (страница 225-234) [1]; или «ускоряющая структура с ПОКФ на основе 4-х камерного резонатора», описанная в отечественной литературе: Капчинский, И.М. Теория линейных резонансных ускорителей. - М.: Энергоатомиздат, 1982 (страница 130-143) [2], схема конструкции которых приведена на рис. 1. Как показано на рис. 1, к корпусу резонатора (1) крепятся горизонтальные (2) и вертикальные (3) модулированные электроды, установленные вдоль продольной оси корпуса резонатора.

Общим для указанных конструкций является наличие цилиндрического корпуса, выполняющего роль высокочастотного экрана с симметрично размещенными внутри него, а именно, вдоль центральной (продольной) оси корпуса резонатора, 4-мя электродами. Электроды размещаются в корпусе следующим образом: два вертикально, друг напротив друга и два горизонтально, друг напротив друга. Таким образом, в корпусе формируются четыре продольные камеры, ограниченные плоскостями горизонтальных электродов, стенкой корпуса и вертикальных электродов. На части каждого электрода, которая не крепится к корпусу, выполнена продольная пространственная модуляция, обеспечивающая ускорение определенного типа заряженных частиц. Такая конструкция обладает наилучшими параметрами по энергоэффективности.

Недостатком указанных конструкций из-за их конструктивных особенностей является сложность обеспечения стабильной работы ввиду близости к рабочей частоте частоты дипольного вида колебаний. Как известно, ускоряющая структура представляет собой резонансный высокочастотный контур, в котором рабочей частотой (вид колебаний квадрупольный) является резонансная частота высокочастотных колебаний, на которой происходит ускорение частиц, но при этом возникает еще иная резонансная частота (вид колебаний дипольный), на которой ускорения не происходит и на которой может возбуждаться резонансный контур, что может создавать помехи в работе ускоряющей структуры [2].

Известна конструкция ускоряющей структуры, изображенная на рис. 2 раскрытая в патентном документе US 5422549 А, 06.06.1995 [3], в которой горизонтальные электроды (2) и вертикальные электроды с пространственной модуляцией (3) крепятся к корпусу резонатора (1) через опоры (4), такая конструкция позволяет обеспечить более стабильную работу за счет удаленности рабочей частоты от частоты дипольного вида колебаний, но имеет низкую энергоэффективность.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является известная из патентного документа US 5430359 А, 04.07.1995 [4], ускоряющая структура линейного ускорителя заряженных частиц на основе 4-х камерного резонатора, схема которой приведена на рис. 3(А)-(Б).

В прототипе используется конструкция линейного ускорителя ионов на основе 4-х камерного резонатора, в которой вертикальные (3) и горизонтальные модулированные электроды (2) крепятся к корпусу резонатора (1) через юстировочные узлы (5), выполненные на основе микрометрических винтов и расположенные на корпусе резонатора, как показано на рис. 3А. Конструкция линейного ускорителя в прототипе, как показано на рис. 3Б, характеризуется радиочастотным 4-камерным резонатором, камеры которого образованы 4-мя плоскими продольными вертикальными (3) и горизонтальными (2) монолитными электродами с прорезанными в средних частях отверстиями, называемые окнами магнитной связи (В). При этом верхние поверхности электродов (А) имеют пространственную модуляцию, обеспечивающую ускорение заряженных частиц, и приближены к центральной оси резонатора для образования ускорительного канала вдоль центральной оси, а нижние поверхности электродов (Б) закреплены к корпусу резонатора (1).

Такая конструкция по сравнению с выше рассмотренными аналогами обеспечивает достаточную разницу между частотой дипольного вида высокочастотных колебаний и частотой рабочего вида, что обеспечивает более стабильную работу ускорителя при сохранении приемлемой энергоэффективности.

Юстировка электродов в прототипе осуществляется установкой юстировочных узлов в местах сопряжения электродов с корпусом резонатора, в отдалении от приосевой области. При таком расположении юстировочные узлы подвергаются повышенным механическим нагрузкам под весом электродов, что со временем приводит к потере точности первоначальной юстировки и сокращению периода бесперебойной работы ускорителя.

Общим недостатком указанных выше аналогов настоящего изобретения являются сложности в проведении высокоточной юстировки модулированных электродов в области центральной оси резонатора. Эти сложности возникают в связи с тем, что, во-первых, электроды, выполненные, как правило, из меди, имеют высокую массу и габариты. Длина электродов может достигать 100 см, а высота 30 см, масса одного электрода может доходить до 200 кг. Во-вторых, узел юстировки находится далеко от области, где необходимо соблюсти требуемую точность установки массивных электродов. Место установки юстировочного узла это, как правило, расположено в месте сочленения массивного электрода и корпуса резонатора. В-третьих, необходимо обеспечить неизменность положения массивных электродов в процессе эксплуатации ускорителя. Иногда, чтобы избежать этих трудностей отказываются от юстировочного узла и юстировку обеспечивают за счет точности изготовления корпуса резонатора и электродов. Учитывая большие масс-габаритные параметры ускоряющей структуры, изготовление такой конструкции с высокой точностью приводит к значительному возрастанию ее стоимости.

В отношении недостатков прототипа отдельно стоит отметить то, что массивные электроды в нем перемещаются при юстировке как единое целое, хотя место точной юстировки ограничено только приосевой областью, также далекое расположение юстировочного узла от области точной юстировки нагружает юстировочный узел собственным весом электрода, особенно эта нагрузка возрастает на юстировочные узлы электродов расположенных горизонтально. Учитывая большую массу электрода, этот узел должен иметь большие размеры и выдерживать большие нагрузки. Повышенные нагрузки на юстировочный узел со временем могут привести к потере точности первоначальной юстировки. Во избежание этого, приходиться увеличивать запас прочности конструкции юстировочного узла, что, в свою очередь, приводит к увеличению его габаритов. Увеличенный юстировочный узел, крепящийся на поверхности корпуса резонатора, занимает значительное место на корпусе резонатора и усложняет установку на нем другого необходимого оборудования, например вакуумного. Нарушение точности юстировки - приводит к нарушению рабочих характеристик ускоряющей структуры.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема

К ускорителям, используемым в прикладных целях, и в частности, к ускоряющим структурам линейных резонансных ускорителей, предъявляется ряд специфических требований, более близких к производственным. В первую очередь: простота в обслуживании, экономичность, надежность.

Техническая проблема заключается в отсутствии конструкции ускоряющей структуры, которая позволит обеспечить высокую точность юстировки массивных электродов в приосевой области ускоряющей структуры и существенно не снизить при этом ее энергоэффективность.

В контексте предложенного изобретения под энергоэффективностью понимается общепринятое эффективное расходование энергии (см., например, https://ru.wikipedia.org/wiki/Энергоэффективность [5]). В радиотехнике энергоэффективность характеризуется понятием добротности, которая представляет собой отношение запасенной энергии в резонаторе к энергии потерь за период высокочастотного колебания и является безразмерной величиной.

Техническая задача

В решении этой проблемы заключается техническая задача, а именно, создание конструкции ускоряющей структуры, позволяющей совместить условия обеспечения и сохранения юстировки массивных электродов в приосевой области без значительного уменьшения ее энергоэффективности.

В контексте предложенного изобретения под юстировкой понимается совокупность операций по выравниванию конструкций и конструктивных элементов вдоль выбранного направления, например, «осевого» (см., например, https://ru.wikipedia.org/wiki/Юстировка [6].

Точность и сохранение юстировки электродов в приосевой области предлагается обеспечить за счет снижения массы и габаритов юстируемой части электрода и расположением юстировочного узла как можно ближе к приосевой области. Это достигается изменением конструкции массивного электрода, что не оказывает ощутимого влияния на высокочастотные потери в резонаторе и подходит для надежной долговременной его работы.

Технический результат

Технический результат предложенного изобретения состоит в обеспечении и долговременном сохранении требуемой точности юстировки электродов в приосевой области ускоряющей структуры без существенного снижения энергоэффективности. При этом достигается снижение нагрузки на юстировочный узел по меньшей мере на 80% по сравнению с прототипом и увеличение времени работы установки без потери рабочих характеристик по меньшей мере в 5 раз. Точность юстировки электродов в приосевой области с использованием предложенной конструкции комбинированных электродов составляет около 25 мкм, то есть в пределах требуемой точности установки электродов ускоряющей структуры в приосевой области резонатора. Малонагруженные юстировочные опоры позволяют долговременно сохранять точность установки электродов, при этом электропроводность конструкции электрода с предложенными опорами сопоставима с электропроводностью монолитного электрода. Перенос юстировочного узла ближе к оси резонатора позволяет не занимать на поверхности корпуса резонатора место, которое возможно использовать для размещения необходимого оборудования, например, вакуумного.

Малогабаритность юстировочного узла в составе предложенной ускоряющей конструкции, позволяет разместить его ближе к приосевой области резонатора и установить на него не весь электрод полностью, а только часть электрода, подлежащую точной юстировке, а именно верхнюю часть электрода с нанесенной пространственной модуляцией, обеспечивающей ускорение определенного типа заряженных частиц, тем самым уменьшая нагрузку на юстировочный узел, предоставляя при этом гибкую возможность выбора модулированной части электрода под различные типы ускоряемых частиц.

Каждый электрод для ускоряющих структур с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой (ПОКФ, английская терминология RFQ) на основе 4-х камерного резонатора можно условно разделить на две части с точки зрения выполняемых ими функций.

Так, нижняя часть электрода, которая прилегает к корпусу резонатора, выполняет роль фундамента электрода и должна обеспечивать надежное крепление электрода к корпусу резонатора, а также иметь достаточный электрический контакт с ним. Верхняя часть электрода, расположенная ближе к приосевой области резонатора, выполняется с периодически изменяющимся расстоянием от закругленной поверхности макушки электрода до центральной продольной оси резонатора вдоль длины всего электрода, что называется пространственной модуляцией электрода. Понятие пространственная модуляция электродов в ускорительной технике впервые введено Капчинским И.М. [2] в 1982 году и с тех пор широко используется в области ускорительной техники (см., например, Wangler Thomas, 1998 [1]). Поскольку верхняя часть электрода влияет на ускорение определенного типа заряженных частиц в зависимости от характера модуляции ее поверхности, то это накладывает строгие требования как к выполнению пространственной модуляции ее поверхности, так и к точному расположению ее в приосевой области резонатора. Учитывая, что в верхней части электрода протекают меньшие высокочастотные токи по сравнению с нижней частью электрода, и при размещении именно верхней части электрода с пространственной модуляцией в конструкции резонатора требуется соблюдение высокой точности, что создает определенные сложности при юстировке электрода, предлагается конструктивно разделить электрод на две части, отделив верхнюю - более легкую часть с модуляцией от нижней - массивной, несущей опорную функцию, значительно облегчив тем самым юстировку.

Технический результат достигается за счет предложенной конструкции ускоряющей структуры линейного резонансного ускорителя заряженных частиц, например, ионов.

Согласно настоящему изобретению предложена конструкция ускоряющей структуры с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой линейного резонансного ускорителя, выполненная на основе 4-х камерного резонатора, камеры которого образованы четырьмя плоскими продольными электродами с окнами магнитной связи, где электроды симметрично расположены относительно центральной оси резонатора, прикреплены к корпусу резонатора и имеют электрический контакт с ним. В отличие от прототипа в предложенной конструкции ускоряющей структуры каждый электрод, установленный внутри корпуса резонатора, разделен вдоль продольной оси на две части - верхнюю часть, приближенную к центральной оси резонатора для образования ускорительного канала и обеспечивающую ускорение выбранного типа заряженных частиц, и нижнюю часть, крепящуюся жестко к корпусу резонатора и несущую опорную функцию для закрепленной на ней верхней части электрода, при этом верхняя часть электрода составляет 10-20% от массы и/или объема всего электрода, а нижняя часть электрода составляет 80-90% от массы и/или объема всего электрода, соответственно.

При этом юстировочные узлы расположены вблизи приосевой области резонатора и выполнены в виде токопроводящих юстировочных опор, которые соединяют верхнюю часть электрода с его нижней частью с сохранением электрического контакта всей конструкции разделенного электрода с корпусом резонатора.

В одном из вариантов выполнения предложенной конструкции ускоряющей структуры электрод продольно разделен по всей своей длине на две неравные части таким образом, что верхняя часть (вершина) электрода составляет 10-20% по объему и/или массе от всего электрода, а нижняя часть (основание) электрода составляет 80-90% по объему и/или массе от всего электрода. Например, вершина может составлять 10% по объему от всего электрода, а основание электрода - 90% по объему от всего электрода, либо вершина может составлять 20% по объему от всего электрода, а основание электрода - 80% по объему от всего электрода, либо вершина может составлять 10% по массе от всего электрода, а основание электрода - 90% по массе от всего электрода, либо вершина может составлять 20% по массе от всего электрода, а основание электрода - 80% по массе от всего электрода, либо вершина может составлять 10% по объему и массе от всего электрода, а основание электрода - 90% по объему и массе от всего электрода, либо вершина может составлять 20% по объему и массе от всего электрода, а основание электрода - 80% по объему и массе от всего электрода. Таким образом, габариты нижней части электрода составляют от 80% до 90% от объема и/или массы всего электрода, а габариты верхней части электрода - от 20% до 10% от объема и/или массы всего электрода, соответственно.

В предпочтительном воплощении предложенной конструкции ускоряющей структуры указанные опоры крепятся к верхней части электрода резьбовым соединением, а в нижней части электрода они фиксируются в отверстиях, расположенные напротив резьбовых отверстий в ответной верхней части электрода.

В одном из вариантов выполнения предложенной конструкции ускоряющей структуры указанные токопроводящие юстировочные опоры могут быть размещены попарно, либо в виде одинарной опоры и расположены равномерно через одинаковые расстояния по всей длине электрода, предпочтительно на расстоянии от приблизительно 80 до приблизительно 170 мм от одной пары опор до другой пары опор, либо от одной опоры до другой, соответственно. При парном размещении опор их количество на метр длины электрода будет составлять от 6 до 12 пар, предпочтительно 8 пар. В случае одинарного размещения опор их количество на метр длины электрода будет составлять от 6 до 12 штук, предпочтительно 8 штук.

Электроды изготавливают из электропроводящих материалов, например, из материалов с высокой электропроводностью, например, меди и ее сплавов, стали, покрытой медью и т.п.

Элементы юстировочного токопроводящего узла могут быть изготовлены из электропроводящих материалов, в частности, из стали, меди, алюминия, их сплавов или других подходящих для использования в области ускорительной техники электропроводящих материалов, предпочтительно, с высокой электропроводностью. Например: прокладки и сильфон могут быть выполнены из меди, алюминия, их сплавов и т.п., пружина - из стали, а гайки, болты и винты, в том числе микрометрические винты - из стали, покрытой медью.

Схема предложенной в настоящей заявке конструкции ускоряющей структуры представлена на рис. 4А-Г.

Схема ускоряющей структуры согласно настоящему изобретению с парными (двойными) опорами приведена на рис. 4 (А), а на рис. 4 (Б) приведена схема ускоряющей структуры согласно настоящему изобретению с одинарными опорами, вид в изометрии. Как показано на рис. 4 (А) и 4 (Б), каждый из горизонтальных (2) и вертикальных электродов (3) разделен на две части - верхнюю часть (А¹) разделенного электрода, которая имеет пространственную модуляцию, и нижнюю часть (Б¹), которая выполняет функцию фундамента электрода и жестко зафиксирована на корпусе резонатора (1). При этом в нижней части выполнены окна магнитной связи (В). Юстировочные узлы (5) выполнены в виде токопроводящих юстировочных опор, смещенных ближе к центральной оси резонатора по сравнению с прототипом и, таким образом, расположенных вблизи приосевой области резонатора и соединяющих разделенные продольно на две части электроды. Место соединения верхней (А') и нижней (Б') частей каждого электрода расположено выше окон магнитной связи (В) и доступ к юстировочным опорам осуществляется со стороны нижней части (Б') электрода через юстировочные отверстия (6) в области окон магнитной связи.

На рисунке 4 (В) приведена ускоряющая структура согласно настоящему изобретению, вид сбоку. Показанные на рисунке 4 (В) как горизонтальные (2) электроды, так и вертикальные электроды (2) разделены на две неравные части и соединены юстировочными узлами (5) в виде токопроводящих юстировочных опор предложенной конструкции, которые равномерно распределены по всей длине электрода, где меньшей компактной частью является верхняя часть (А') комбинированного электрода, которая имеет пространственную модуляцию, а большей массивной частью является нижняя часть (Б') комбинированного электрода, которая жестко прикреплена к корпусу резонатора (1) и имеет окна магнитной связи (В).

На рисунке 4 (Г) показан вид спереди ускоряющей структуры согласно настоящему изобретению, которая представляет собой 4-х камерный резонатор, имеющий цилиндрический корпус (1), выполняющий роль высокочастотного экрана с размещенными внутри него, а именно, вдоль центральной (продольной) оси корпуса резонатора, 4-мя электродами. Электроды размещаются в корпусе следующим образом: два вертикально, друг напротив друга и два горизонтально, друг напротив друга. Таким образом, в корпусе формируются четыре продольные камеры, ограниченные плоскостями горизонтальных электродов (2), стенкой корпуса резонатора (1) и вертикальных электродов (3). На верхней части (А') каждого электрода, которая непосредственно не крепится к корпусу, выполнена продольная пространственная модуляция, обеспечивающая ускорение определенного типа заряженных частиц, массивная нижняя часть (Б') электрода имеет окна магнитной связи (В) и закреплена к корпусу резонатора (1), обе части разделенного электрода соединены юстировочными узлами (5) в виде токопроводящих юстировочных опор предложенной конструкции.

Токопроводящие юстировочные опоры могут быть выполнены в разных вариантах, которые обеспечат соединение верхней части электрода с его нижней частью с сохранением электрического контакта всей конструкции разделенного электрода с корпусом резонатора, например, токопроводящая юстировочная опора может быть выполнена в форме микрометрического винта с токопроводящими прокладками или иметь более сложную конструкцию токопроводящей юстировочной опоры цилиндрической формы с внешним токопроводящим сильфоном, как раскрыто в настоящей заявке.

В одном из вариантов выполнения предложенной конструкции ускоряющей структуры токопроводящая юстировочная опора выполнена в форме микрометрического винта с токопроводящими прокладками, проходящего через сквозное ступенчатое отверстие на верхней поверхности нижней части электрода и закрепленного с помощью резьбового соединения в отверстии на ответной нижней поверхности верхней части электрода, при этом головка винта при установке прижимается к нижней части электрода со стороны окна магнитной связи, фиксируя тем самым нижние и верхние части разделенного электрода. При этом винт снабжен прокладками из электропроводящего материала, которые нанизывают на него после прохождения им сквозного отверстия в нижней части электрода и до закручивания его в соответствующем отверстии на верхней части электрода. При фиксации микрометрическим винтом разделенных деталей электрода происходит сжатие токопроводящих прокладок, установленных на микрометрическом винте между нижней и верхней частями электрода, что обеспечивает электрический контакт между указанной верхней и нижними частями соединяемого электрода. Количество и высота установленных токопроводящих прокладок на микрометрическом винте определяется требованиями юстировки электродов в каждом конкретном случае и может составлять от нескольких штук до нескольких сотен штук.

В другом из вариантов выполнения предложенной конструкции ускоряющей структуры токопроводящая юстировочная опора имеет цилиндрическую форму и состоит из внешнего токопроводящего сильфона, который неразрывно соединен с верхней по отношению к нижней части электрода гайкой и нижней по отношению к верхней части электрода гайкой; прижимного болта, расположенного внутри сильфона и соединенного с нижней гайкой посредством резьбового соединения, в теле которого предусмотрено отверстие для центрального юстировочного винта, который в нем расположен и соединен с верхней гайкой посредством резьбового соединения, также в теле прижимного болта предусмотрены два симметрично расположенных относительно центрального юстировочного винта боковых отверстий для установочных винтов с упорными концами, которые расположены в них; пружины для устранения люфта, охватывающей юстировочный винт и опирающейся на внутреннюю плоскость верхней гайки и на торцевую плоскость прижимного болта; и где указанные верхняя и нижняя гайки снабжены прокладками из электропроводящего материала, которые обеспечивают электрический контакт между указанной опорой и соединяемыми деталями электрода.

При этом указанные верхняя и нижняя гайки опоры имеют цилиндрическую форму, при этом верхняя гайка имеет внешнюю резьбу для соединения с вершиной электрода и внутреннюю резьбу для соединения с центральным юстировочным винтом, а нижняя гайка имеет внутреннюю резьбу для соединения с прижимным болтом, а указанные прокладки закреплены с натягом на верхней и нижней гайках и при установке указанной опоры прижимаются к соединяемым поверхностям верхней и нижней частей разделенного электрода, соответственно.

Каждый электрод в системе резонатора состоит из двух частей: нижней массивной части (основания электрода) и закрепленной на ней верхней значительно более легкой части (вершины электрода). По массе верхняя часть может составлять до 10-20% от массы и/или объема всего электрода, что значительно облегчает работы по юстировке электрода.

Нижняя и верхняя части электродов соединены между собой резьбовым соединением, например винтовым, через юстировочные токопроводящие опоры, изготовленные из электропроводящих материалов, например, меди и ее сплавов, стали, покрытой медью и т.п.

Таким образом, предложена конструкция ускоряющей структуры линейного ускорителя заряженных частиц, предпочтительно, ионного ускорителя, на основе 4-х камерного резонатора, в резонаторе которого электроды разделены продольно по всей длине на две неравные части - вершину и основание, где нижние части соединены с корпусом резонатора, а верхние части закреплены на нижних частях посредством юстировочных узлов, которые выполнены в виде токопроводящей юстировочной опоры.

Требования к точности изготовления нижней части - основания электрода, занимающей до 90% по объему и массе от электрода в целом, невысоки и могут соответствовать 12 квалитету (см. таблицы ГОСТ 25346-89), а верхняя часть электрода уже может быть изготовлена по 7 квалитету. За счет того, что габариты юстируемой части электрода снижены и юстировочные узлы размещены ближе к приосевой области снижается силовая нагрузка на них, что обеспечивает долговременность работы ускоряющей структуры с сохранением требуемой точности юстировки.

Схема конструкции юстировочного узла в форме токопроводящей юстировочной опоры цилиндрической формы с сильфоном приведена на рисунке 5 (А), где предложенная токопроводящая юстировочная опора показана в составе разделенного электрода и соединяет его верхнюю часть - вершину (А') с пространственной модуляцией с его нижней частью - основанием (Б').

Как показано на рис. 5 (А) токопроводящая юстировочная опора цилиндрической формы с сильфоном состоит из:

- внешнего токопроводящего гибкого сильфона (9) - упругой гофрированной оболочки с гладкой поверхностью, выполненного из электропроводящего материала, который неразрывно соединен с верхней по отношению к основанию (Б') электрода гайкой (7), закрепленной в отверстии (15) на нижней поверхности вершины (А') электрода, и нижней по отношению к вершине (А') электрода гайкой (13), закрепленной в отверстии (16) на верхней поверхности основания (Б') электрода, где верхняя гайка (7) имеет внешнюю резьбу для соединения с вершиной (А') электрода и внутреннюю резьбу для центрального юстировочного винта (11), а нижняя гайка (13) имеет внутреннюю резьбу для соединения с прижимным болтом (14);

- прижимного болта (14), расположенного внутри сильфона (9) и соединенного с нижней гайкой (13) посредством резьбового соединения, при этом в теле прижимного болта (14) предусмотрено центральное отверстие для центрального юстировочного винта (11), который в нем расположен и соединен с верхней гайкой (7) посредством резьбового соединения, и два симметрично расположенных относительно центрального юстировочного винта (11) боковых резьбовых отверстий для установочных винтов с упорными концами (12), которые расположены в них;

- пружины (10), охватывающей юстировочный винт (11) и опирающейся на внутреннюю плоскость верхней гайки (7) и на торцевую плоскость прижимного болта (14), при этом пружина (10) выполнена из пружинистой стали для повышения механической стабильности юстировочного механизма в момент тонкой подстройки и выбирания люфта (при этом желательно, чтобы жесткость (К) пружины находилась в диапазоне К=(1200-1400) Н/м);

- пары прокладок (8) из электропроводящего материала, которые надеты с натягом на верхнюю (7) и нижнюю (13) гайки для обеспечения надежного электрического контакта между токопроводящей юстировочной опорой и соединяемыми деталями - основанием электрода (Б') и его вершиной (А'), используются прокладки.

Способ юстировки электрода ускоряющей структуры ионного линейного ускорителя на основе 4-х камерного резонатора с использованием предложенной конструкции юстировочного узла в форме токопроводящей юстировочной опоры цилиндрической формы с сильфоном, включает:

- вкручивание в соответствующее отверстие, выполненное со стороны нижней поверхности вершины электрода, указанной верхней гайки опоры с сильфоном и прокладкой из электропроводящего материала, что обеспечивает электрический контакт между указанной опорой и вершиной электрода,

- совмещение вершины электрода, с установленной в ней указанной верхней гайкой, с основанием электрода таким образом, чтобы нижняя гайка указанной опоры была отцентрирована в соответствующем сквозном ступенчатом отверстии верхней ответной поверхности основания электрода,

- вкручивание прижимного болта указанной опоры в нижнюю гайку, обеспечивая при этом прижатие прокладки из электропроводящего материала на нижней гайке с достижением электрического контакта между указанной опорой и основанием электрода,

- установку в центральном отверстии в прижимном болте юстировочного винта с проходом через предварительно установленную между верхней гайкой и прижимным болтом пружину и вкручиванием юстировочного винта в верхнюю гайку;

- вкручивание в два симметрично расположенных относительно юстировочного винта боковых отверстий в прижимном болте установочных винтов с упорными концами так, что они упираются в верхнюю гайку;

- размещение собранной конструкции электрода в резонаторе путем фиксации нижней поверхности основания электрода к корпусу резонатора,

- выполнение требуемой настройки положения вершины электрода относительно центральной оси резонатора путем закручивания или выкручивания центрального юстировочного винта в указанной опоре и фиксацией выбранного положения вершины электрода в резонаторе с помощью установочных винтов с упорными концами в составе указанной опоры.

При осуществлении предложенного способа доступ к юстировочному узлу для юстировки электродов обеспечен со стороны основания электрода в области окон магнитной связи, где расположены юстировочные отверстия.

Порядок сборки всех частей резонатора и юстировки электродов с использованием токопроводящих юстировочных опор цилиндрической формы с сильфоном следующий:

Вне корпуса резонатора в верхние части электродов вкручиваются верхние гайки опоры с токопроводящими прокладками. Верхние части располагают над нижними частями так, чтобы ступенчатые отверстия в нижних частях расположились напротив нижних гаек. Верхние части электродов опускают вниз так, чтобы нижние гайки с токопроводящими прокладками вошли своей внешней гладкой поверхностью в соответствующие им ступенчатые отверстия нижней части электрода. Прижимными болтами, вставленными в сквозные ступенчатые отверстия, притягивают нижние гайки к нижним частям электрода. Вставляют в центральное отверстие в прижимном болте юстировочный винт таким образом, что он проходит сквозь предварительно установленную между верхней гайкой и прижимным болтом пружину и вкручивают в верхнюю гайку. В два симметрично расположенных относительно юстировочного винта боковых отверстий в прижимном болте вкручивают установочные винты с упорными концами, упирающимися в верхнюю гайку. Далее собранные вместе части электродов вносят в корпус резонатора и там закрепляют нижними частями к внутренней поверхности корпуса резонатора, например, сваркой, пайкой, резьбовым соединением и т.п. Далее осуществляют процесс юстировки электродов через юстировочные отверстия в нижней части электродов в области окон магнитной связи путем вкручивания или выкручивания юстировочного винта до достижения требуемого положения вершины электрода с последующей его финальной фиксацией с помощью установочных винтов с упорными концами. Точность установки электродов контролируется с помощью промышленного телескопа Тейлор-Гобсон, который задает оптическую ось, по которой проводится юстировка, как это описано, например, у Мурина Б.П. [7].

Последовательность этапов сборки юстировочного узла в виде токопроводящих юстировочных опор цилиндрической формы с сильфоном, схема которого приведена на рисунке 5(A), следующая.

В соответствующее отверстие (15), выполненное со стороны нижней поверхности вершины (А') электрода, вкручивают верхнюю гайку (7) опоры с сильфоном (9) и прокладкой (8) из электропроводящего материала, что обеспечивает электрический контакт между указанной опорой и вершиной (А') электрода.

Совмещают вершину (А') электрода, с установленной в ней указанной верхней гайкой (7), с основанием (Б') электрода таким образом, чтобы нижняя гайка (13) указанной опоры была отцентрирована в соответствующем ступенчатом отверстии (16) верхней ответной поверхности основания (Б') электрода

Вкручивают прижимной болт (14) указанной опоры в нижнюю гайку (13), обеспечивая при этом прижатие прокладки (8) из электропроводящего материала на нижней гайке с достижением надлежащего электрического контакта между указанной опорой и основанием (Б') электрода.

Устанавливают в центральном отверстии в прижимном болте (14) юстировочный винт (11) с проходом через предварительно установленную между верхней гайкой (7) и прижимным болтом (14) пружину (10) и вкручиванием юстировочного винта (11) в верхнюю гайку (7).

Вкручивают в два симметрично расположенных относительно юстировочного винта боковых отверстий в прижимном болте установочные винты с упорными концами (12) так, что они упираются в верхнюю гайку (7).

Далее, как показано на рис. 4 (Б), размещают собранные конструкции комбинированных электродов в 4-х камерном резонаторе, симметрично располагая их относительно центральной оси резонатора и друг друга, путем фиксации нижних поверхностей оснований (Б') электродов (2) к корпусу (1) резонатора, где вершины (А') электродов направлены в центр резонатора для образования ускорительного канала вдоль центральной оси резонатора.

Выполняют требуемую настройку положения вершины электрода относительно центральной оси резонатора путем закручивания или выкручивания центрального юстировочного винта в указанной опоре и фиксацией выбранного положения вершины электрода в резонаторе с помощью установочных винтов с упорными концами в составе предложенной токопроводящей юстировочной опоры. Вкрученные на разную высоту установочные винты при затягивании центрального юстировочного винта обеспечивают малые наклоны верхней части электрода.

Схема конструкции токопроводящей юстировочной опоры в форме микрометрического винта с токопроводящими прокладками приведена на рисунке 5 (Б), где предложенная опора показана в составе разделенного электрода и соединяет его верхнюю часть - вершину (А') с пространственной модуляцией с его нижней частью - основанием (Б¹). Указанная опора в форме микрометрического винта с токопроводящими прокладками состоит из микрометрического винта (17) и набора токопроводящих прокладок (8). Микрометрический винт предпочтительно имеет диаметр 6 - 8 мм и шаг резьбы 0,1 - 0,5 мм, токопроводящие прокладки предпочтительно используются с высотой в диапазоне от 0,05 до 2 мм и диаметром до 35 мм.

Установка и сборка опоры на основе микрометрического винта следующая. Микрометрический винт вставляется в сквозное ступенчатое отверстие (16) в нижней части (Б') электрода со стороны окна магнитной связи (В) в электроде. Головка винта прижимается к нижней части электрода. На стержень винта, выступающий над верхней поверхностью нижней части, надеваются токопроводящие прокладки в форме диска. Количество установленных прокладок выбирается в процессе юстировки, т.к. прокладки имеют разную высоту, например, в диапазоне от 0,05 до 2 мм. Свободный от прокладок конец стержня винта (17) вкручивается в соответствующее отверстие (15) с внутренней резьбой на нижней поверхности верхней части (А') электрода. Резьбовое отверстие в верхней части электрода располагается напротив отверстия в нижней части электрода. При вкручивании винта в верхнюю часть электрода происходит притяжение верхней части к нижней части, ограниченное прокладками.

Предпочтительно токопроводящие юстировочные опоры в форме микрометрического винта с токопроводящими прокладками устанавливаются равномерно по всей длине нижней части электрода попарно друг напротив друга в соответствующие сквозные отверстия вдоль верхней поверхности нижней части электрода, затем на их выступающие концы нанизывают необходимое токопроводящих прокладок, после чего указанные винты с установленными прокладками вкручиваются в соответствующие отверстия в верхней части электрода. Токопроводящие прокладки, нанизанные на указанные винты, устанавливаются между верхней и нижней частями электрода. Необходимое количество устанавливаемых прокладок выбирают при регулировании вертикального положения вершины электрода. Неодинаковое количество указанных прокладок на соседних винтах, установленных в паре, позволяет регулировать наклон вершины электрода. После установки необходимого количества прокладок производят окончательную стяжку верхней и нижней частей электрода путем вкручивания микрометрического винта.

Микрометрических винты и токопроводящие прокладки могут быть изготовлены из электропроводящих материалов, например, меди, алюминия и их сплавов, стали, покрытой медью и других материалов с высокой электропроводностью, использующихся в конструкциях электродов резонаторов линейных ускорителей.

Проверка точности юстировки электродов в приосевой области, согласно предложенному изобретению, осуществляется следующим способом.

Заранее установленный промышленный телескоп Тейлор-Гобсон задает оптическую ось, по которой проводится юстировка [7]. Точность установки на оптическую ось телескопа определяется самим устройством оптики телескопа.

При использовании предложенной конструкции юстировочного узла в виде токопроводящих юстировочных опор цилиндрической формы с сильфоном, вкручивая или выкручивая юстировочный винт и фиксируя установочные винты через юстировочные отверстия в нижней части электродов в области окон магнитной связи производят точную установку электрода на оптическую ось.

При использовании предложенной конструкции юстировочного узла в виде токопроводящих юстировочных опор в форме микрометрических винтов, снабженных токопроводящими прокладками точную установку электрода на оптическую ось производя путем подбора необходимого количества и высоты прокладок.

После проверки точности установки электродов на ось корпуса резонатора проводится дополнительная подстройка, если это требуется.

Проведенный расчет программой CST-studio [8], широко используемой в области расчета параметров резонаторов, показывает, что для достижения приемлемой энергоэффективности 4-х камерной резонансной системы с комбинированными электродами с учетом надлежащего высокочастотного электрического контакта (на рабочей частоте 40 МГц), сравнимой с энергоэффективностью этой же системы с монолитными электродами, достаточно иметь на 1 м длины электрода количество опор от 6 до 12 штук, предпочтительно 8 штук (см. рис. 6). Одновременно такое количество опор обеспечивает и требуемую жесткость конструкции. При установке в конструкцию 4-х камерного резонатора диаметром 1 м, высотой электродов 0,5 м и высотой юстируемой части 0,05 м минимальная высота опор может составлять 30 мм, а их диаметр не менее 25 мм. Предпочтительно, высота опор составляет приблизительно 30-50 мм, а их диаметр приблизительно 25-35 мм.

Предложенная конструкция юстировочного узла позволяет проводить дополнительную юстировку ускоряющей структуры в процессе эксплуатации ускорителя, если это потребуется, без демонтажа ускоряющей структуры.

Краткое описание чертежей

Рисунок 1. Схема ускоряющей структуры, описанной в аналогах [1] и [2], где:

1 - корпус резонатора;

2 - горизонтальные электроды;

3 - вертикальные электроды.

Рисунок 2. Схема ускоряющей структуры на основе 4-х проводной линии согласно [3], где:

1 - корпус резонатора;

2 - горизонтальные электроды;

3 - вертикальные электроды;

4 - опоры.

Рисунок 3 А. Схема ускоряющей структуры на основе 4-х камерного резонатора с узлами юстировки электродов согласно прототипу [4], где:

1 - корпус резонатора;

2 - горизонтальные электроды;

3 - вертикальные электроды; 5 - юстировочный узел

Рисунок 3 Б. Схема ускоряющей структуры на основе 4-х камерного резонатора с окнами магнитной связи электродов согласно прототипу [4], где:

1 - корпус резонатора;

2 - горизонтальные электроды;

3 - вертикальные электроды;

А - верхняя поверхность монолитного электрода, которая имеет

пространственную модуляцию;

Б - нижняя поверхность монолитного электрода;

В - окна магнитной связи.

Рисунок 4 (А) Схема ускоряющей структуры согласно настоящему изобретению с парными (двойными) опорами, вид в изометрии, где:

А' - верхняя часть комбинированного электрода, которая имеет

пространственную модуляцию;

Б' - нижняя часть комбинированного электрода;

В - окна магнитной связи;

1 - корпус резонатора;

2 - горизонтальные электроды;

3 - вертикальные электроды;

5 - юстировочные узлы;

6 - юстировочные отверстия.

Рисунок 4 (Б) Схема ускоряющей структуры согласно настоящему изобретению с одинарными опорами, вид в изометрии, где:

А' - верхняя часть комбинированного электрода, которая имеет пространственную модуляцию;

Б' - нижняя часть комбинированного электрода;

В - окна магнитной связи;

1 - корпус резонатора;

2 - горизонтальные электроды;

3 - вертикальные электроды;

5 - юстировочные узлы;

6 - юстировочные отверстия.

Рисунок 4 (В) Схема ускоряющей структуры согласно настоящему изобретению, вид сбоку, где:

А' - верхняя часть комбинированного электрода, которая имеет пространственную модуляцию;

Б' - нижняя часть комбинированного электрода,

В - окна магнитной связи;

1 - корпус резонатора;

2 - горизонтальные электроды;

3 - вертикальные электроды; 5 - юстировочные узлы.

Рисунок 4 (Г) Схема ускоряющей структуры согласно настоящему изобретению, вид спереди, где:

А' - верхняя часть комбинированного электрода, которая имеет пространственную модуляцию;

Б' - нижняя часть комбинированного электрода;

1 - корпус резонатора;

2 - горизонтальные электроды;

3 - вертикальные электроды; 5 - юстировочные узлы.

Рисунок 5 (А) Схема юстировочного узла, выполненного в виде токопроводящей юстировочной опоры цилиндрической формы с сильфоном, в составе комбинированного электрода, где:

А' - верхняя часть комбинированного электрода, которая имеет пространственную модуляцию;

Б' - нижняя часть комбинированного электрода;

7 - верхняя гайка;

8 - токопроводящая прокладка;

9 - токопроводящий гибкий сильфон;

10 - пружина;

11 - юстировочный винт;

12 - установочный винт с упорным концом;

13 - нижняя гайка;

14 - прижимной болт;

15 - отверстие в нижней поверхности верхней части (вершине) комбинированного электрода;

16 - отверстие в верхней поверхности нижней части (основании) комбинированного электрода;

Рисунок 5 (Б) Схема юстировочного узла в форме микрометрического винта с токопроводящими прокладками, в составе комбинированного электрода, где:

А' - верхняя часть комбинированного электрода, которая имеет пространственную модуляцию;

Б' - нижняя часть комбинированного электрода;

8 - токопроводящая прокладка;

15 - отверстие в нижней поверхности верхней части (вершине) комбинированного электрода;

16 - отверстие в верхней поверхности нижней части (основании) комбинированного электрода;

17 - микрометрический винт

Рисунок 6 Зависимость энергоэффективности 4-х камерного резонатора от количества токопроводящих юстировочных опор.

Осуществление изобретения (примеры выполнения)

Пример 1 Сравнительный, демонстрирующий юстировку электродов, осуществляемую согласно прототипу.

При тонкой механической настройке точного геометрического положения верхней поверхности электрода в приосевой области для структур типа ПОКФ (юстировке) в прототипе самой сложной задачей является точная установка электродов в их рабочее положение. Сложность заключается в том, что монолитный электрод за счет своих габаритов и массы деформируется под собственным весом, особенно это актуально для ускоряющих структур с низкой рабочей частотой, например, 40 МГц. Вследствие этого на юстировочные и опорные узлы электрода передается высокий крутящий момент. Высокие нагрузки требуют использования усиленных опор электрода, что ведет к увеличению размеров юстировочных узлов и сопутствующих деталей, а также к необходимости увеличения жесткости, материалоемкости, массы корпуса резонатора. Был проведен расчет программой CATIA V5R21 [9] на прочность и провисание верхней поверхности электрода в случае монолитного электрода для ускоряющей структуры на рабочую частоту 40 МГц. Типичные для такой частоты размеры корпуса (цилиндрического бака) составляют диаметр 1 м и высота электродов 0,5 м. Результаты, представленные в таблице 1, показали, что отклонения верхней поверхности горизонтального монолитного электрода в приосевой области под собственным весом выше допустимых, допустимое отклонение не должно превышать 25 мкм. Также расчет показал, что для уменьшения этого отклонения нужно значительно увеличивать габариты юстировочного узла, что усложняет конструкцию.

Расчет показывает, что для достижения требуемой точности установки верхней поверхности электрода, необходимо использовать размер юстировочного узла диаметром 200 мм. Любая механическая конструкция подвержена вероятности деформации по причине временной усталости металла под нагрузкой, а в случае монолитного электрода такой нагрузкой является его масса, таким образом, сохранить первоначальную точность установки электродов, особенно горизонтальных, довольно затруднительно.

Юстировка электродов в прототипе осуществляется юстировочными узлами, расположенными в местах сопряжения электродов с корпусом резонатора. Эти юстировочные узлы позволяют перемещать электроды в вертикальном направлении, либо приближая верхнюю поверхность электрода к оси резонатора, либо отдаляя ее от оси резонатора, а также позволяют отклонять электрод на небольшие углы вокруг центра юстировочного узла. Энергоэффективность конструкции с монолитными электродами считается наилучшей, но для того, чтобы существенно не увеличивать размеры юстировочного узла, точность юстировки, достигаемая в прототипе, может составлять+\-100 мкм, что значительно выше допустимых пределов отклонения.

Пример 2. Использование конструкции ускоряющей структуры согласно предложенному изобретению с юстировочными узлами в форме микрометрических винтов с токопроводящими прокладками, демонстрирующий преимущества по сравнению с прототипом.

Использование кинематической схемы юстировки только верхней части электрода, согласно предложенному изобретению, в сравнении с юстировкой электродов ПОКФ в прототипе имеет следующие преимущества:

1) Масса детали, юстируемой в приосевой области резонатора, многократно ниже массы всего электрода

2) Нижняя часть электрода жестко крепится к корпусу резонатора и не требует высокой точности юстировки и изготовления

3) Нижняя часть электрода является продольным ригелем-усилителем корпуса резонатора, снижающая продольные деформации цилиндрического корпуса резонатора в режиме рабочего вакуума и увеличивая многократно общую жесткость резонатора.

Предложенная конструкции юстировочного узла была установлена в корпусе 4-х камерного резонатора линейного ускорителя ионов. В резонаторе диаметром 1000 мм, рассчитанном на частоту 40 МГц, были установлены комбинированные электроды, нижние части (Б) которых посредством юстировочных узлов в виде токопроводящих юстировочных опор предложенной конструкции (высота токопроводящих юстировочных опор - 30-50 мм, а их диаметр - 25-35 мм) были связаны с их верхним частями (А). Через юстировочные отверстия, расположенные в области окон магнитной связи, обеспечивался доступ к юстировочным узлам для юстировки электродов как описано в настоящей заявке.

Был проведен расчет программой CATIA V5R21 [9] (на прочность и провисание верхней поверхности вершины в случае комбинированного электрода для ускоряющей структуры на рабочую частоту 40 МГц. Расчет провисания вершины электрода был проведен для случая, когда опора электрода приближена к приосевой области для ускоряющей структуры на рабочую частоту 40 МГц. Типичные для такой частоты размеры корпуса (цилиндрического бака) составляют диаметр 1 м, длина 0,9 м, высота электродов 0,5 м, высота юстируемой части 0,05 м.

Расчет показывает, что для достижения требуемой точности установки вершины комбинированного электрода, достаточно использовать размер юстировочного узла диаметром 25 мм, что повышает технологичность конструкции для серийного производства. Результаты, представленные в таблице 2, показали, что отклонение верхней поверхности вершины горизонтального комбинированного электрода, стоящей на юстировочных опорах, не выходит за допустимые пределы, допустимое отклонение не должно превышать 25 мкм.

Было проведено исследование зависимости отклонения вершины электрода от высоты верхней части электрода таблица 3. Из таблицы видно, что высоту верхней части электрода для снижения провисания верхней поверхности его вершины необходимо изготавливать менее 50 мм.

Также было установлено, что нагрузка на опору в случае составного электрода по меньшей мере на 80% ниже по сравнению с прототипом (см. таблицу 4). Снижение силовой нагрузки на опоры обеспечивает более долговременную сохранность результата юстировки по сравнению с прототипом, при этом время работы установки без потери рабочих характеристик увеличивается по меньшей мере в 5 раз (см. таблицу 4).

Также проведенный расчет программой CST-studio [8] показывает, для того чтобы энергоэффективность 4-х камерной резонансной системы с хорошим высокочастотным электрическим контактом при использовании медных опор и медных прокладок (на рабочей частоте 40 МГц) была меньше всего на 10% по сравнению с конструкцией с монолитными электродами, достаточно иметь на 1 м длины электрода количество опор от 6 до 12 пар, оптимально 8 пар, таблица 5.

Пример 3. Использование конструкции ускоряющей структуры согласно предложенному изобретению с юстировочными токопроводящими опорами с сильфоном, демонстрирующий преимущества по сравнению с прототипом.

Использование юстировочных узлов в виде предложенных малогабаритных токопроводящих опор позволяет провести юстировку только верхней части электрода с пространственной модуляцией, имеющей меньшую массу и объем в сравнении с нижней частью электрода 4-х камерного резонатора. Приближение юстировочного узла к приосевой области снижает на него нагрузку, что позволяет плавно и равномерно перемещать юстируемую часть электрода и сохранять точность установки электрода на протяжении продолжительного периода работы ускорителя, что обеспечивает его долговременную бесперебойную работу. Плавность перемещения обеспечивается использованием в конструкции опоры резьбового соединения, чем достигается требуемая точность юстировки.

Предложенная конструкции юстировочного узла была установлена в корпусе 4-х камерного резонатора линейного ускорителя ионов. В резонаторе диаметром 1000 мм, рассчитанном на частоту 40 МГц, были установлены комбинированные электроды, нижние части (Б) которых посредством юстировочных узлов в виде токопроводящих юстировочных опор предложенной конструкции (высота токопроводящих юстировочных опор - 30-50 мм, а их диаметр - 25-35 мм) были связаны с их верхним частями (А). Через юстировочные отверстия, расположенные в области окон магнитной связи, обеспечивался доступ к юстировочным узлам для юстировки электродов как описано в настоящей заявке.

Расчет провисания верхней поверхности вершины электрода был проведен для случая, когда опора электрода приближена к приосевой области для ускоряющей структуры на рабочую частоту 40 МГц. Типичные для такой частоты размеры корпуса (цилиндрического бака) резонатора составляют: диаметр 1 м, длина 0,9 м, высота электродов 0,5 м, высота юстируемой части 0,05 м.

Результаты, представленные в таблице 6, демонстрируют, что отклонения верхней поверхности верхней части (вершины) горизонтального электрода в приосевой области под собственным весом не превышают допустимых значений (допустимое отклонение не должно превышать приблизительно 25 мкм). Также расчет показал, что для уменьшения этого отклонения достаточно незначительного изменения габаритов юстировочного узла.

Также было установлено, что нагрузка на опору в случае составного электрода по меньшей мере на 80% ниже по сравнению с прототипом (см. таблицу 7). Снижение силовой нагрузки на опоры обеспечивает более долговременную сохранность результата юстировки по сравнению с прототипом, при этом время работы установки без потери рабочих характеристик увеличивается по меньшей мере в 5 раз (см. таблицу 7).

Использование предложенных опор позволяет проводить дополнительную юстировку электродов в процессе эксплуатации ускорителя, если это потребуется, без демонтажа ускоряющей структуры.

Юстировочный механизм предлагаемой опоры окружен сильфоном, соединяющим верхнюю и нижнюю гайки опоры, которые снабжены прокладками, при этом сильфон и прокладки выполнены из материала с высокой электропроводностью, в данном примере, меди, что обеспечивает сохранение приемлемой энергоэффективности резонатора.

Проведенный расчет программой CST-studio [8] широко используемой в области расчета резонаторов, показывает, что для достижения приемлемой энергоэффективности 4-х камерной резонансной системы с учетом надлежащего высокочастотного электрического контакта при использовании медного сильфона и медных прокладок (на рабочей частоте 40 МГц) достаточно иметь на 1 м длины электрода количество опор от 6 до 12 штук, предпочтительно 8 штук (см. рис. 6). Одновременно такое количество опор обеспечивает и требуемую жесткость. Минимальная высота опор может составлять 30 мм, а их диаметр не менее 25 мм.

Предложенная конструкция позволяет проводить дополнительную юстировку ускоряющей структуры в процессе эксплуатации ускорителя, если это потребуется, без демонтажа ускоряющей структуры.

Литература

[1] Wangler, Т. Principles of RF linear accelerators / Thomas Wangler. -Wiley, John & Sons, Incorporated, 1998;

[2] Капчинский И.М. Теория линейных резонансных ускорителей. -М.: Энергоатомиздат, 1982.

[3] патентный документ US 5422549 А, 06.06.1995 [4] патентный документ US 5430359 А, 04.07.1995

[5] Статья Википедии «Энергоэффективность», размещенная по адресу https://ru.wikipedia.org/wiki/Энергоэффективность в редакции на 25.11.2023.

[6] Статья Википедии «Юстировка», размещенная по адресу https://ru.wikipedia.org/wiki/Юстировка в редакции на 25.11.2023

[7] под редакцией Мурина Б.П., Линейные ускорители ионов. Т. 2, М: Атомиздат, 1978 [8] CST Studio Suite, https://www.3ds.com/ru/

[9] CATIA V5R21 Dassault Systemes, https://www.3ds.com/

Изобретение относится к ускоряющей структуре линейного резонансного ускорителя с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой, выполненной на основе 4-камерного резонатора с системой электродов. Каждый электрод разделен вдоль продольной оси на две части - верхнюю часть, расположенную вблизи приосевой области центральной оси резонатора и обеспечивающую ускорение выбранного типа заряженных частиц, и нижнюю часть, крепящуюся жестко к корпусу резонатора и несущую опорную функцию для закрепленной на ней верхней части электрода, соединенные токопроводящей юстировочной опорой. Причем юстировочные узлы, расположенные вблизи приосевой области резонатора и выполненные в виде токопроводящих юстировочных опор, соединяют верхнюю часть электрода с его нижней частью с сохранением электрического контакта всей конструкции разделенного электрода с корпусом резонатора. Кроме того, верхняя часть электрода составляет 10-20% от массы и/или объема всего электрода, а нижняя часть электрода составляет 80-90% от массы и/или объема всего электрода, соответственно. Техническим результатом является обеспечение и долговременное сохранение требуемой точности юстировки электродов в приосевой области ускоряющей структуры без существенного снижения энергоэффективности. 7 з.п. ф-лы, 6 ил., 7 табл.

1. Ускоряющая структура с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой линейного резонансного ускорителя, выполненная на основе 4-камерного резонатора, камеры которого образованы четырьмя плоскими продольными электродами с окнами магнитной связи, где электроды симметрично расположены относительно центральной оси резонатора, прикреплены к корпусу резонатора и имеют электрический контакт с ним, отличающаяся тем, что каждый электрод, установленный внутри корпуса резонатора, разделен вдоль продольной оси на две части - верхнюю часть, приближенную к центральной оси резонатора для образования ускорительного канала и обеспечивающую ускорение выбранного типа заряженных частиц, и нижнюю часть, крепящуюся к корпусу резонатора и несущую опорную функцию для закрепленной на ней верхней части электрода, при этом верхняя часть электрода составляет 10-20% от массы и/или объема всего электрода, а нижняя часть электрода составляет 80-90% от массы и/или объема всего электрода, соответственно,

где юстировочные узлы расположены вблизи приосевой области резонатора и выполнены в виде токопроводящих юстировочных опор, которые соединяют верхнюю часть электрода с его нижней частью с сохранением электрического контакта всей конструкции разделенного электрода с корпусом резонатора.

2. Ускоряющая структура по п. 1, где указанные опоры крепятся к верхней части электрода резьбовым соединением, а в нижней части электрода они фиксируются в отверстиях, расположенных напротив резьбовых отверстий в ответной верхней части электрода.

3. Ускоряющая структура по любому из пп. 1, 2, где токопроводящая юстировочная опора выполнена в форме микрометрического винта, установленного с использованием прокладок из электропроводящего материала для обеспечения электрического контакта между указанной опорой и соединяемыми деталями электрода.

4. Ускоряющая структура по п. 3, где указанные опоры расположены попарно по всей длине электрода и количество опор на метр длины электрода составляет от 6 до 12 пар.

5. Ускоряющая структура по любому из пп. 1, 2, где токопроводящая юстировочная опора имеет цилиндрическую форму и состоит из внешнего токопроводящего сильфона, который неразрывно соединен с верхней по отношению к нижней части электрода гайкой и нижней по отношению к верхней части электрода гайкой; прижимного болта, расположенного внутри сильфона и соединенного с нижней гайкой посредством резьбового соединения, в теле которого предусмотрено отверстие для центрального юстировочного винта, который в нем расположен и соединен с верхней гайкой посредством резьбового соединения, также в теле прижимного болта предусмотрены два симметрично расположенных относительно центрального юстировочного винта боковых отверстий для установочных винтов с упорными концами, которые расположены в них; пружины для устранения люфта, охватывающей юстировочный винт и опирающейся на внутреннюю плоскость верхней гайки и на торцевую плоскость прижимного болта; и где указанные верхняя и нижняя гайки снабжены прокладками из электропроводящего материала, которые обеспечивают электрический контакт между указанной опорой и соединяемыми деталями электрода.

6. Ускоряющая структура по п. 5, где указанные гайки имеют цилиндрическую форму, при этом верхняя гайка имеет внешнюю резьбу для соединения с вершиной электрода и внутреннюю резьбу для соединения с центральным юстировочным винтом, а нижняя гайка имеет внутреннюю резьбу для соединения с прижимным болтом.

7. Ускоряющая структура по п. 5, где указанные прокладки закреплены с натягом на верхней и нижней гайках и при установке указанной опоры прижимаются к соединяемым поверхностям верхней и нижней частей разделенного электрода, соответственно.

8. Ускоряющая структура по любому из пп. 5-7, где указанные опоры расположены равномерно по всей длине электрода и количество опор на метр длины электрода составляет от 6 до 12.