Устройство для выпуска пучка заряженных частиц из ускорителя Советский патент 1986 года по МПК H05H5/02 

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц и может быть использовано при разработке устройств для выпуска интенсивных пучков электронов или других заряженных частиц в атмосферу или в газовую среду с повьшенным давлением. Известно устройство для выпуска пучка электронов из ускорителя в атмосферу, содержащее полый конусный барабан, укрепленной-консольно на конусе ускорительной трубки с возможностью вращения и снабжйн 1ый в донной части кольцевыми окнами, затянутыми электронопроницаемой фольгой. Такая конструкция устройства позволяет осуществить выпуск концентрированного пучка электронов с энергией в сотни кЭВ и мощностью порядка 10 кВт. ) Дальнейшее повышение мощности выпущенного в атмосферу пучка ограничивается энергией электронов и допустимой плотностью тока на фольгу,. скоростью вращения барабдна и диаметром его донной части. Указанные ограничения вызваны недостаточной механической прочностью фольги в условиях ее облучения концентрированным пучком электронов. . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для выпуска пучка заряженных частиц из ускорителя в газовую среду содержащее корпус с установленным в нем клапаном с выпускным отверстием, соосным пучку заряженных частиц, механизм привода клапана и блок синхронизации, связанный с механизмом привода и блоком управления пучком заряженных частиц. Недостатком известного устройства является сравнительно малая надежност вследствие натекания газа в момент, когда клапан, находится в открытом сос тоянии. При такой конструкции практически невозможно выпустить пучок в атмосферу при временах срабатьгоания клапана более 10 с, тем это невозможно при выпуске пучка в среду с повышенным давлением. Целью изобретения является повыше ние надежности и ресурса работы устройства при выпуске мощных пучков заряженных частиц за счет уменьшения натекания газа в вакуумную камеру ускорителя. Поставленная цель достигается тем, что устройство для выпуска пуч742ка заряженных частиц из ускорителя в газовую среду, содержащее корпус с установленным в нем клапаном с выпускным отверстием, соосным пучку заряженных частиц, механизм привода к-лапана и блок синхронизации, связанный с механизмом привода и блоком управления пучком заряженных частиц, снабжено установленной за выпускным отверстием клапана герметичной проставкой с системой вакуумной откачки, на противоположном торце которой расположена фольга, причем длина проставки определяется соотношением И Y ( н ) Д длина проставки; V скорость распространения потока газовой среды; , - длительность фазы уменьшения сечения сквозного канала клапана; f - длительность импульса пучка заряженных частиц. В некоторых случаях, когда из требований эксперимента не допускается взаимодействие пучка с материалом фольги (мембраны), вместо последней установлен второй клапан, синхронизированньш с первым, а.длина проставки определяется условием 2 5 V ( + + 2 14 ) Д г Длительность фазы увеличения сечения сквозного канала второго клапана; S, - время, в. течение которого оба клапана полностью открыты. Данное техническое решение позволит существенно повысить надежность устройства за счет того, что к моменту закрытия первого клапана фронт газового потока, врывающегося в полость проставки через проплавленную пучком мембрану или через, отверстие второго клапана, не успеет дойти до выпускного отверстия, так как длина проставки выбирается из условия & V (f, + 2 Я длина -проставки; V - скорость распространения фронта газового потока в пределах проставки; t длительность фазы уменьшения сечения сквозного канала клапана; - длительность импульса электронного пучка. В случае установки вместо мембраны на конце проставки второго клапана длина проставки выбирается из условия 6 V (t, + 2 + -t ),где ta длительность фазы увеличения сечения сквозного канала второго клапана; с,2 время, в течение которого оба клапана полностью открыты. Таким образом, вакуум в камере не нарушается и катод не отравляется.

На фиг. 1 изображено продольное сече.ние и блок-схема устройства; на фиг. 2 - вариант установки вместо мембраны импульсного клапана; на . иг. 3 - временная диаграмма зависимостей фаз открытия клапанов и про-, хождения пучка.

Устройство содержит ускоритель 1 электронов, быстродействующий импульсный клапан 2, расположенный по оси ускорителя 1 и содержащий подвижный диск 3 с отверстием 4 для выпуска пучка из вакуумной кaмep I. За выпускным отверстием Д установлена вакуумно-герметичная проставка 5 с системой 6 вакуумной откачки. На противоположном торце вакуумной проставки 5 размещена электронопроницаемая мембрана 7. В корпусе клапана 2 размещены быстродействующие микровыключатели 8, соединенные электрически с блоком 9 синхронизации и блоком 10 управления импульсным пучком 11. В том случае, когда при исследовании процессов взаимодействия пучка заряенных частиц с различными средами нежелательно соприкосновение пучка с мембраной, вместо мембраны устанавг ливают быстродействующий импульсный клапан 12 (см. фиг. 2), индемтичный клапану 2, работающий с ним синхронно

Устройство работает следующим 067 разом. . .

После подготовки ускорителя 1 к рабочему импульсу включают механизм клапана 2 (либо обоих вместе в случае работы двух клапанов). В момент ткрытия выпускного отверстия 4 икровыключатели 8 подают сигнал блок 9 синхронизации, с которого

сигнал поступает в блок 10 управления на включение ускорителя 1. Пучок 11 заряженных частиц проходит через выпускное отверстие 4 и попада5 ет в полость проставки 5, затем прО7 жигает мембрану 7 и выходит в контролируемую среду.

По мере перекрытия выпускного отверстия 4 диском клапана микровыклю0 чатель 8 с блоком 9 синхронизации и блок 10 управления отключают ускоритель 1. Длину проставки 5 выбирают так, чтобы к моменту окончания импульса заряженных частиц, а точнее

5 к моменту перекрытия выходного отверстия 4 клапаном 2 газовый поток не успел достичь выпускного отверстия, т.е.. должно бытьсоблюдено соотношение (, + и ) при установке

0 мембраны и Р V ( ь +С + случае установки двух клапанов. Таким образом, вакуум в камере ускорителя после выпуска пучка не ухудшится, что существенно повысит надеж5 ность и увеличит ресурс работы ускорителя. После завершения цикла выпуска пучка заряженных частиц клапан 2 устанавливается в исходное положение, заменяют мембрану 7 (в случае

0 использования двух клапанов второй клапан также устанавливается в исходное положение), вакуумируют полость проставки 5, устройство таким образом подготавливается к производству очередного импульса.

5

Данное техническое решение позволит увеличить надежность и ресурс катодного блока ускорителя более, чем на 80%.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПУСКА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЗ УСКОРИТЕЛЯ, содержащее корпус с установленным в нем клапаном с выпускным отверстием, соосным пучку заряженных частиц, механизм привода клапана и блок синхронизации, связанный с механизмом привода и блоком управления пучком заряженных частиц, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса работы устройства, оно снабжено установленной за выпускным отверстием клапана герметичной проставкой с системой вакуумной откачки, на противоположном торце которой расположена фольга, причем длина проставки определяется соотношением О V (t, + е„), где С - длина проставки; Y - скорость распространения потока газовой среды; -, - длительность фазы уменьшения § сечения сквозного канала (Л клапана; - длительность импульса пучка заряженных частиц.

фольги

Фиг.3

. газа 6 nftocroi/ct