СВЧ электродинамическая система Советский патент 1983 года по МПК H01J23/24 H05H7/00 

Изобретение относится к СВЧ технике а именно к конструкции электродинамичес ких систем, и может быть, в настности, применено в линейных резонансных ускорителях, а также в электронных прибоpax типа О с высоким КПД. Известна электроданамическая система типа Встречные штыри, содержащая штыри,- укр епленные на стенках цилиндрического . волновода, трубки дрейфа, укрепленные на концах Штырей и образуюи ие пролетный канал системы, при этом по мере аменьшения замедпения по длине системы уменьшается угол сдвига по ази муту между соседними штырями yj Недостатками системы являются низкая механическая прочность и сложность охлаждения штырей системы. Наиболее близкой к изобретению является СВЧ электродинамическая система, содержащая два основания, соединенные боковыми стенками, ряд параллельных штырей, концы которых прикреплены к разным основаниям и перпендикулярны им, а центральные части соседних штырей проходят через ось системы и повернуты вокруг нее в противоположных направлениях на одинаковый угол, при этом штыри установлены на различном рассто5тии друг от друга f . . Недостатками системы являются узкая полоса пропускания при малых замедлениях и ограниченность применения вслед- ствии того, что фазовая скорость постоянна по длине системы. Цель изобретения - увеличение ширины полосы пропускания и расширение области применения системы., Указанная цель достигается тем, что в СВЧ электродинамической системе, преиК1ущественно для ускорителей, содержащий два основания, соединенные боко выми стенками, ряд параллельных штырей концы которых прикреплены к разным основаниям и перпендикулярны им, а цент ральные части соседних штырей размещены по геометрической оси системы и повернуты вокруг оси в противоположных направлениях на одинаковый угол, при этом штыри установлены на различном расстоя НИИ друг от друга вдоль оси системы, в центре штырей укреплены трубки дрейф а расстояние от штырей до боковых стенок меняется по длине системы обратно пропорционально расстоянию между сосед ними штырями. На фиг. 1 показана предлагаемая система, поперечный разрез, на фиг. 2 - то же, продольный разрез. Система состоит из двух оснований 1, соединенных металлическими стенками 2. Стенки 2 и основания 1 образуют вакуумНЫй объем. В этот объем .помещен vyvз.. расположенных в параллельных плоскостях Щ1Ъ1реЙ 3., Размеры всех штырей 3 системы одинаковые. В центре штырей 2 укреплены трубки 4 дрейфа, для которых ось систе1иы служит осью симметрии. Пучок заряженных частиц проходит через отверстия в трубках дрейфа вдоль оси системы. По мере увеличения расстояния между соседними штырями 3 увеличивается длина трубок 4 дрейфа, а расстояние между концами штьгрей 3 и боковыми стенками 2 уменьшается. Поскольку размеры всех шты1зей системы одинаковые, уменьшение указанного расстояния осуществляется путем уменьшения расстояния между боковыми стенками 2. Против концов шты рей в боковых стенках 2 выполнены окна, в которые помещены .прямоугольные порш ни 5. Путем перемещения поршней 5 в наи равлении, перпендикулярном оси, осуществляется настройка системы на рабочую частоту и выравнивание ускорякнцего поля в процессе юстировки. Механизмы, осуществляякяцие эти перемещения, не nt казаны. Предусмотрено жидкостное охлаждение системы. Осуществляется оно за счет того, что щтыри 3 и трубки 4 дрейфа вьшолнены полыми, а в каждом основании 1 выполнено по два канала. Плоск(х;тями, проходящими через середины зазоров между соседними трубквлш 4 дрейфа, предлагаемая система делнгся на отдельные ячейки. Каждую ячейку MQHIно представить в виде колебательного контура, индуктивность и емкость ког эого определяются размерами системы, распределением потенциала и тока по длине штыря 3 и фазовым сдвигом на ячейку (у, В рабочей полосе пропускания на длине штыря 3 укладывается по одной полувод. не потенциала и тока. Пучностт потснвда ла совпадает с узлом тока и находится центре штъфя, узлы потенциала сомшдают с пучностями тока и расположены в месте соединения штыря 3 с основаниями 1. При таком распределении концы штыря 3 выполняют роль индуктивности ячейки, а трубка 4 дрейфа совместно с центральным участком штыря 3 - роль емкости. Собственная частота ячейки Огопределяется по известному выражении дли собственной частоты колебательного контура. В полосе пропускания фазовый сдвиг н ячейку системы принимает значения О 4 (cli. При этом с ростом Ц) от О до И индуктивность ячейки монотонно уменьшается от максимального, значения, до минимального, а емкость монтонно возрастает от минимального значения до максимального, в результате чего происходит из1 енение собственной частоты ячейки. Чем больше частота ячейки, соответст вующая СР О, отличается ог частотв, соответствующей rt h , тем шире полоса пропускания системы. Поскольку при возрастании (S от О до ft индуктивность уменьшается, а емкость увеличивается, то для получения широкой попосьт пропускания необходимо, чтобы абсолютная величина приращения одной из них бьша значительно больше. В предлагаемой, сиетеме концы соседних штырей, соединенные с одним и тем же основанием уда- лены друг от друга на значительные расстояния вследствие чего электромагнитная связь между ними слабая. Поэтому индуктивность ячейки слабо зависит от Ц) . Емкость ячейки определяется в основном емкостью трубки дрейфа, приращение которой определяется отношением, величины зазора между трубками к длине ячейки. При уменьше1гаи этого отношения величина приращения увеличивается вследствие чего происходит расширение полосы пропускания системь. При движении ускоряемого пучка вдоль системы скорость частиц возрастает. Для того, чтобы при этом частицы находились в синхронизме с ускоряющим полем необходимо увеличивать фазовую скорость вол ны в системе в направлении движения пучка. QicTeMa работает ..с фазовым сдви гом на ячейку (р li . В этом случае относительная фазовая скорость волны в системе fi равна 01.. 5 где Ь - длина . ячейки, - собственная длина волны колебаний с If 9 . Для эффективного ускорения заряженных частиц необходимо, чтобы собственная длина волны всех :ячеек системы была одинакова. Поэтому для увеличения |} .приходится увеличивать длину ячеек L, и оставлять неизменной их собственную дли ну Ьолны, т.е. настраивать ячейки. В при I ципе все ячейки системы можно нас трои Т1, увеличивая отношение зазора к длине ячейки по- мере увеличения расстояния между соседними штырями 3. Однако в этом случае щирина полосы пропускания системы мала, так как она определяется величиной приращения емкости нескольких последних ячеек, где отношение зазора к длине ячейки велико. Для того, чтобы система была широкополосной необходимо, чтобы прирашениё емкости при изменении от О до li было одинакоы 1м для всех ячеек системы. Это условие выполняется, когда отношение зазора к длине ячейки практически одинаково для всех ячеек системы. В этом случае длина трубок 4 дрейфа растет с ростом длины ячейки, т.е. с ростом расстояния между соседними , штырями. С ростом длины трубки 4 дрейфа увеличи.- вается ее емкость и, следовательно, растет собственная длина волны ячейки. Для того, чтобы собственная длина волны. ячейки оставалась неизменной необходимо уменьшать ее индуктивность. Уменьшение индуктивности осуществляется путем приближения -боковых стенок 2 к концам штырей 3 системы, которые в рабочей полосе пропускания играют роль индуктивностей системы. I Для того, чтобы в процессе юстировки можно было скомпесировать неточности, возникаклцие в процессе изготовления системы, часть боковых стенок 2, расположенных непосредственно у концов штырей 3, выполнена подвижной (в стенках 2 выполнены отверстия, в которые помешены прямоугольные поршни 5). Пои прибл ижении поршней 5 к концам штырей 3, индуктивность ячейки уменьшается, при удалении увеличивается. Одновременно с этим проис ходит и изменение ускорякяцего поля на оси системы. Заданного закона изменения ускоряющего поля вдоль оси системы добиваются поочередным изменением положения поршней 5, расположенных подле концов всех штырей 3 системы. Расчетным путем установлено, что система обладает полосой пропускания, средняя длина волны которой в 2,5-3 раза превышает поперечные размеры системы. Ширина полосы достигает 50%. Поля, возбуждаемые на частоте низкочастотной отсечки этой полосы, можно эффективно использовать для ускоре шя сильноточных пучков заряженных частиц.

Фиг1

СВЧ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА преимущественно для ускорителей, содержащая два основания. соединенные боковыми стенками, ряд параллельных щтырей, концы которых прикреплены к разным основаниям и перпендикулярны им, а центральные Части сосед них штырей размешены по геометрической оси системы и повернуты вокруг нее в против(шоложных нап(авлениях на одинаковый угол, при этом штыри установлены на различиt M расстоянии Друг от Друга вдоль оси системы, отличаюша R с я тем, что, с целью увеличения . ширины полосы пропускания и расширения области применения, в центре шшрей ук« реплены трубки дрейфа, а расстояние от щтырей до стенок меняется по длине системы обратно пропсроионапьно расстоянию между соседними штырями.