Линейный индукционный ускоритель (лиу) с устройством для измерения тока пучка Советский патент 1987 года по МПК H05H9/00 

Изобретение относится к ускори,тельной технике, в частности к линей№1М индукционным ускорителям (ЛИУ). Известно устройствоДля измерения тока пучка, содержащее датчик противотока в виде низкоомного шунта, включенного в разрыв частицепривода, и регистрирующий прибор. Магнитное поле пучка наводит в стенках ч стицепровода электрический ток, который при определенных условиях становится весьма близким по форме и амплитуде к току пучка. С датчика противотока снимается сигнал, пропор циональный величине этого тока, и по дается на регистрирующий прибор. Недостатком этого устройства является сложность конструкции доста точно узкого вакуумноплотного разрыва частицепровода.. Кроме того, установка датчика приводит к увеличению длины частицепровода и нарушению однородности продольного магнитного поля, создаваемого системами магнитной фокусировки и удержания пучка, что снижает темп ускорения и увеличивает потери транспортируемого пучка. Наиболее близким по технической сути к изобретению является линейный индукционный ускоритель с устрой ством для измерения тока пучка, содержащий индукторы ускоряющих секций, первичные обмотки которых подключены к импульсным модуляторам, магнитоиндукционные датчики, блок . преобразования сигнала и регистрирующий прибор. Для получения информа ции о величине и форме тока пучка сигнал с датчика интегрирует в блоке преобразования сигнала я подается на регистрирующий прибор. Чтобы транить влияние вихревых токов и экранировку магнитного поля пучка, на участке частицепровода в месте установки датчика делается керамическая вставка. В ЛИУ магнитоиндукционные датчики (МИД) устанавливаются в промежутках между ускоряющими секциями. При этом длина частицепровода увеличи- . вается на ширине керамической вставки, что приводит к снижению темпа ускорения. Кроме того, в месте установки МИД нарушается однородность продольного магнитного поля,- создаваемого системами магнитной фокусировки и удержания пучка, что увеличивает потери пучка при транспортиров-, ке по тракту ускорения. Целью изобретения является увеличение .темпа ускорения и уменьшения потерь транспортируемого пучка. Поставленная цель достигается тем, что в линейном индукционном ускорителе с устройством для измерения тока пучка, содержащем индукторы ускоряющих секций, первичные обмотки которых подключены к импульсным модуляторам, магнитоиндукционные датчики, блок преобразования сигнала и регистрирующий прибор, в качестве магнитоиндукционного датчика использован индуктор ускоряющей секхщи, в первичную обмотку которого дополнительно включен датчик тока, а блок преобразования сигнала выполнен в виде схеьы эквивалента ЛИУ, состоящей из импульсного модулятора, трансформатора-эквивалента индуктора и генератора тока, схемы сравнения и усилителя, при этом первичная и вторичная обмотки трансформатора-эквивалента индуктора снабжены датчиками тока и подключета соответственно к импульсному модулятору и генератору тока, а схема сравнения подключена первым входом к выходу датчика тока первичной обмотки трансформатора-эквивалента индуктора и выходом через усилитель к управляющему входу генератора тока, при этом блок преобразования сигнала соединен с датчиком тока первичной обмотки индуктора ускоряющей секции через второй вход схемы сравнения, а с регистрирующим прибором через выход датчика тока вторичной обмотки трансформатора-эквивалента индуктора.. Конструкция индуктора ускоряющей секции ЛИУ аналогична конструкции одновиткового МИД и при прохождении пучка заряженных частиц через секцию на первичных обмотках индукторов наводится значительное напряжение, форма импульса которого соответствует продифференцированной форме импульса тока пучка. Ток первичной обмотки индуктора представляет собой сумму тока, наведенного магнитным полем пучка, и собственного тока индуктора (ток намагничивания и ток потерь), величина которого уменьшается при прохождении пучка за счет того, что магнитное поле пучка размагничивает сердечник, выводя его из нелинейной, близкой к насыщению, области, и, кройе того, падает напряжение на индукторе. Вследствие этого для измерения тока пучка в ЛИУ при использовании в качестве МИД индуктора ускоряющей секции, подключен ного к модулятору ускоряющей системы, нужно произвести выделение из тока , первичной обмотки индуктора составляющей , обусловленной действием магнитного поля пучка, и привести ее к первичной обмот се с учетом вышеперечисленных факторов взаимодействия пучка с ускоряющей системой). Эта опе рация производится в блоке преобразо вания сигнала предлагаемого устройст ва путем моделирования процессов взаимодействия пучка с ускоряющей системой ЛИУ на макете ускоряющей системы, в котором величины действую щих токов и напряжений уменьшены на 2-3 порядка. Таким образом, совокупность МИД в виде индуктора с датчиком тока в первичной обмотке и предлагаемого блока преобразования сигна ла позволяет выполнить функцию измерения параметров пучка заряженных частиц и одновре14енно его ускорение При этом сохраняется темп ускорения и однородность магнитного фокусирую щего поля. , Н чертеже представлена блок-схе ма предлагаемого устройства для изм рения тока пучка заряженных частиц линейном индукционном ускорителе. Устройство состоит из индуктора 1 ускоряющей секции с датчиком 2 то ка (низкоомный шунт, трансформатор тока) в первичной обмотке, подключенным к суммирующему входу схеьы 3 сравнения, вычитающий вход которой подключен к датчику 4 тока первичной обмотки трансформатора-эквивалента 5 индуктора, входящего в со тав схемы-эквивалента ускоряющей системы ЛИУ, состоящей Из импульсного модулятора 6 (транзисторный ключ с накопителем в виде емкости или формирующей линии), нагруженного на трансформатор-эквивалент 5 индуктора (трансформатор, имекхций ту же индуктивность обмоток, то же сопротивление потерь и работающий в той же области кривой намагничивания, что и реальный индуктор), вторичная обмотка которого соедине134 на с генератором 7 тока. Выход схемы 3 сравнения подключен через усилитель 8 к управляющему входу генератора тока. Регистрирующий прибор 9 соединен с выходом датчика 10 тока, который установлен во вторичную обмотку трансформатора-эквивалента 5 индуктора. Индуктор I подключен к модулятору 11 ускоряющей системы ШУ, На суммирующий вход схемы 3 сравнения подается сигнал с датчика 2, а на вычитающий вход - сигнал с датчика 4 тока, В схеме 3 сравнения происходит алгебраическое вычитание сигналов и на выходе образуется сигнал ошибки, который, усиливаясь усилителем 8, управляет величиной тока генератора 7 тока. При отсутствии пучка датчик 2 тока будет измерять собственный ток индуктора 1 ускоряющей секции. Если чувствительность датчиков 2 и 4 тока выбрана с учетом того, сто эквивалентная схема ускоряющей системы ЛИУ представляет собой модель реальной ускоряющей систеьвл, в которой величины токов и напряжений уменьшены на 2-3 порядка, сигнал ошибки на выходе схеM i 3 сравнения будет равен нулю, Прк этом ток генератора тока будет отсутствовать и эквивалентная схема будет работать также в режиме холос-, того хода. Появление пучка приводит к увеличению сигнала с датчика 2 тока. Вырабатывается отлич11ый от нуля сигнал ошибки, который, усиливаясь усилителем 8, будет управлять генератором 7 тока, увеличивая его ток, что приведет к увеличению тока - пер- вичной обмотки трансформатора-эквивалента 5 индуктора, а с ним и величины сигнала датчика 4 тока, что уменьшит величину сигнала ошибки, В результате в эквивалентной схеме ускоряющей системы ЛИУ будет поддерживаться динамическое равновесие, . при котором ток генератора 7 тока будет иметь такую величину, при которой токи индуктора I и его эквивалента 5 будут отличаться в соответ ствующем масштабе на малую величину, тем меньшую, чем больше коэффициент усиления . усилителя 8, то есть ток генератора 7 тока будет мало отличаться от тока реального пучка в том же масштабе. Величина тока эквивалента генератора 7 тока измеряется датчиком 10 тока и регистрируется прибором 9, например осциллографом. Таким образом, предлагаем 1й блок преобразования сигнала позволяет выделить из сигнала, поступающего с датчика 2 тока, расположенного в первичной обмотке индуктора 1 ускоряющей секции, составляющую, обусловленную действием магнитного поля ускоряемого пучка заряженных частиц и уже приведенную к величине тока во вторичной обмотке индуктора то есть току пучка. Измерение тока пучка происходит с учетом изменения собственного тока индуктора.

Точность измерения тока пучка в ЛИУ при использовании предлагаемого устройства будет определяться тоностью моделирования токов и напряжений в макете ускоряющей сиеTeMii ЛИУ и степенью выравнивания тока индуктора 1 и его эквивалента 5 в соответствующем масштабе. Увеличивая коэффициент усиления усилителя 8, можно выравнять токи индуктора и ег эквивалента в соответствующем масштабе с точностью до нескольких процентов. Более точное выравнивание этих токов можно осуществить при использовании положительной обратной связи с коэффициентом единица между выходом генератора 7 тока и входом

усилителя 8. Ток пучка обычно значительно превышает ток индуктора ускоряющей секции ЛИУ, что снижает требование к точности его воспроизведения на эквивалентной схеме ускоряющей системы ЛИУ. Так, если ток пучка в два раза превышает ток индуктора и точность моделирования тока индуктора 20%, что вполне осуществимо, что погрешность измерения тока пучка, обусловленная неточ-. ностью моделирования, составит 10%.

Как показали эксперименты по измерению тока пучка в ускорите5 ле ЛИУ- 5/5000 при использовании макета изобретения, величина и форма тока пучка воспроизводится с точностью не хуже 10% по сравнению с измерениями цилиндра Фарадея, установленного рядом с индуктором, выполняющим функции магнитоиндукционного датчика.

Магнитное поле, фокусирующее пучок и корректирзпощее его положение

в ЛИУ, создается магнитными катушками, установленными внутри ускоряющих секций и в промежутках между ними. Установка оптимальных режимов фокусирующих и корректирующих элементов осуществляется проще всего и точнее при наличии информации о величине и форме пучка на входе и выходе в каждый блок.

ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКдаОННЫЙ УСКО РИТЕЛЬ (Л1У) С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ИЗМЕ РЕНИЯ ТОКА ПУЧКА, содержащий индук торы ускоряющих секций, первичные обмотки которых подключены к импуль ным модуляторам, магнитоиндукционны датчики, блок преобразования сигнала и регистрирующий прибор, о т л и чающийся тем. Что, с целью увеличения темпа ускорения и уменьшения потерь транспортируемого пучка, в качестве магнитоиндукционного датчика использован индуктор ускоряющей секции, в первичную обмотку которого дополнительно включен датчик тока, а блок преобразования сигнала выполнен в виде схемы эквивалента ЛИУ, состЬящей из импульсного модулятора, трансформатора-.эквивалента индуктора и генератора тока, схемл сравнения и усилителя, при этом первичная и вторичная обмотки трансформатора-эквивалента индуктора снабже№1 датчиками тока и подключены, соответственно, к импульсному модулято- ру и генератору тока, а схема сравнения подключена первым входом к выходу датчика тока первичной обмотки трансформатора-эквивалента индуктора и выходом через усилитель к управляющему входу генератора тока, при этом блок преобразования сигнала соединен с датчиком тока первичной обмотки индуктора ускоряющей секции через второй вход cxei« i сравнения, а с регистрирующим прибором через выход датчика тока вторичной обмотки трансформатора-экйивалента индуктора.