БЕТАТРОН С СИСТЕМОЙ ВЫВОДА ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА ВНУТРИОРБИТНОЙ СЕКТОРНОЙ ОБМОТКОЙ Российский патент 2025 года по МПК H05H11/04 H01F41/71 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке бетатронов с выведенным электронным пучком.

Известен бетатрон с системой вывода электронного пучка, содержащий секторные обмотки, которые формируют секторное возмущение, позволяющее увеличить радиус орбиты ускоренных электронов до радиуса освобождения от фокусирующих сил магнитного поля, исказив орбиту электронов таким образом, что вылет в краевое магнитное поле происходит на заданном азимуте в заданном направлении. Витки секторной обмотки образуют петлю на равновесной орбите, формируя магнитное поле, которое локально уменьшает основное магнитное поле на равновесной орбите и вблизи неё, нарушая бетатронное соотношение 2:1. Петлевая секторная обмотка не влияет на энергию выведенного электронного пучка. Секторная обмотка состоит из двух полуобмоток, соединенных согласно последовательно и расположенных сверху и снизу, вакуумной ускорительной камеры. В современных бетатронах используется стеклянная отпаянная ускорительная камера. Для вывода электронного пучка применяется специальная ускорительная камера с увеличенным радиальным размером в виде улитки с выводным окном.

Основной недостаток такой системы вывода электронного пучка - это потеря энергии электронным пучком при прохождении стекла выводного окна ускорительной камеры. Толщина стекла выводного окна должна быть минимально возможной, но обеспечивать необходимую механическую прочность вакуумной ускорительной камеры. Из-за особенностей производства отпаянных ускорительных камер, флуктуация толщины стекла выводного окна неизбежна, что приводит к флуктуации номинальной энергии выведенного электронного пучка.

Наиболее близким к заявленному изобретению (прототипом) является бетатрон КМБ-10, разработанный для электронной лучевой терапии. Система вывода электронного пучка, имеет петлевые секторные обмотки. Номинальная энергия бетатрона калибруется по магнитному полю. Однако, при выводе электронного пучка из ускорительной камеры бетатрона и взаимодействии его со стеклом выводного окна, электроны теряют энергию. Также электронный пучок теряет часть своей номинальной энергии при прохождении монитора дозы. Потеря энергии приводит к ухудшению качества электронного пучка, уменьшая глубину проникновения и влияя на терапевтические возможности установки.

Задачей изобретения является создание бетатрона с системой вывода, где энергия выведенного электронного пучка соответствует или очень близка к номинальному значению энергии.

Техническим результатом является система вывода, способная компенсировать потерю энергии электронного пучка при выводе из ускорительной камеры бетатрона.

Технический результат достигается за счет того, что заявленное решение в процессе вывода электронного пучка из ускорительной камеры бетатрона создаёт приращение энергии электронов.

Заявляемое устройство иллюстрируется чертежом, где изображены: корпус электромагнита 1, магнитопровод 2, вакуумная ускорительная камера 3, намагничивающая обмотка 4, внутриорбитная секторная обмотка 5.

Заявляемое устройство имеет внутриорбитную секторную обмотку, все витки которой расположены внутри равновесной орбиты. Обмотка состоит из двух полуобмоток, соединенных согласно последовательно и расположенных сверху и снизу, вакуумной ускорительной камеры. Обмотки выполнены из медной фольги на стеклотекстолитовой подложке. Внутриорбитная секторная обмотка должна иметь возможность вращаться для определения оптимального азимута. Изменение азимутальной протяжённости секторной обмотки в пределах 90-270° не влияет на эффективность вывода.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Внутриорбитная секторная обмотка, также как и петлевая секторная обмотка обеспечивает не симметричное смещение электронов с равновесной орбиты, осуществляя вылет в краевое магнитное поле на заданном азимуте в заданном направлении, но нарушение бетатронного соотношения 2:1 происходит за счёт создания дополнительного магнитного потока внутри равновесной орбиты R₀. Дополнительный магнитный поток внутри равновесной орбиты индуцирует вихревое ускоряющее электрическое поле, создавая приращение энергии электронов и компенсируя потерю энергии электронного пучка при выводе из ускорительной камеры бетатрона. Чем больше приращение магнитного потока создаваемого внутриорбитной секторной обмоткой, тем больше приращение энергии выведенного электронного пучка.

Для возбуждения магнитного поля во внутриорбитной секторной обмотке формируются квазитреугольные однополярные импульсы тока. Для достижения оптимальных параметров формирователь импульсов тока должен иметь возможность регулировки амплитуды импульсов и их длительности.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке бетатронов с выведенным электронным пучком. Технический результат - обеспечение возможности компенсировать потерю энергии электронного пучка при выводе из ускорительной камеры бетатрона. Устройство содержит внутриорбитную секторную обмотку, все витки которой расположены внутри равновесной орбиты. Внутриорбитная секторная обмотка, также как и петлевая секторная обмотка, обеспечивает несимметричное смещение электронов с равновесной орбиты, осуществляя вылет в краевое магнитное поле на заданном азимуте в заданном направлении, но нарушение бетатронного соотношения 2:1 происходит за счёт создания дополнительного магнитного потока внутри равновесной орбиты. Дополнительный магнитный поток внутри равновесной орбиты создаёт приращение энергии электронов, компенсируя потерю энергии электронного пучка при выводе из ускорительной камеры бетатрона. 1 ил.

Бетатрон с системой вывода электронного пучка, отличающийся тем, что система вывода электронного пучка имеет внутриорбитную секторную обмотку, состоящую из двух полуобмоток, расположенных сверху и снизу вакуумной ускорительной камеры, все витки которой расположены внутри равновесной орбиты и магнитное поле которой создает приращение энергии электронов, компенсируя потерю энергии электронного пучка при выводе из ускорительной камеры бетатрона.