Линейный ускоритель на стоячей волне Советский патент 1984 года по МПК H05H9/04 

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к ускорителям заряженных частиц со стоячей волной, предназначенных для использования в качестве источников ионизирующего излучения и потоков ускоренных частиц в дефектоскопии, радиационной химии и медицине.

Известны ускорители на малые энергии, в которых в качестве генератора используются магнетроны, питающие ускоряющие резонаторные секции ij .

Недостатком данного устройства является широкий энергетический спектр ускоренных частиц.

Наиболее близким к предлагаемому является малогабаритный линейный ускоритель, содержавши генератор, фазовращатель, волновой мост, две ускоряющие резонаторные секции, состоящие из нескольких ячеек, инжектор, причем первое плечо моста через фазовращатель присоединено к . генератору, второе и третье подключены к ускоряющим секциям, а четвертбе - к поглотителю ВЧ-мощности 2

Недостатком известного устройства является широкий энергетический спектр ускоренных частиц из-за переходногр процесса в высокодобротных ускоряющих секциях с Qg-13000, когда величины уЬкоряющих полей отличны t)T номинальных значений, происходит захват в режим ускорения части инжектируемых электронов, которые, обладая энергией меньше требуемой, сильно ухудшают спектральные характеристики ускоряемого пучка.

Цель изобретения. - улучшение спектральных характеристик ускорителя.

Указанная цель достигается тем, что в линейном ускорителе на стоячей волне, содержащем генератор, фазовращатель, две ускоряющие резонаторные секции, состоящие из неСк ольких ячеек, инжектор и волноводный мост, первое плечо которого через фазовращатель присоединено к генератору, второе и третье подсоединены к ускоряющим секциям, а четвертое - к поглотителю ВЧ-мощности, поглотитель ВЧ-мощности выполнен в виде секции круглого диафрагмированного волновода с трансформатором типа волны на .входе и внутри волноводной нагрузки на выходе, расположенной между инжектором и первой ускоряющей секцией, имеющей в боковых стенках отверстия, лежащие на оси ускорителя, при этом расстояние между центрами последней ячейки ускоряющей секции и первой ячейки второй ускоряющей секции равно

е - (2п+3) а /4, где п 1,2,3, . . .;

А - длина волны генератора.

На чертеже изобраикен предлагаемый ускоритель.

Ускоритель содержит ВЧ-генератор 1, фазовращатель 2, волноводный мост 3, ускоряющие резонаторные секции 4, секцию круглого диафраглдарованного волновода (КДВ) 5, которая, в свою очередь, содержит трансформатор 6 типа волны и внутриволноводную нагрузку 7, а также инжектор 8, Плечи высокочастотного моста нумерованы по порядку от плеча, по которому подводится мощность от генератора 1, против часовой стрелки.

Ускоритель работает следующим образом.

ВЧ-мощность от генератора 1 через фазовращатель 2, волноводный мост 3, делящий ее на две равные части, поступает на вход резонаторных секций 4. В первый момент вся мощность от секций 4 отражается и идет в КДВ 5, который имеет трансформатор 6 типа волны и внутриволноводную нагрузку 7, в котсфой поглощается прошедшая мощность. Затем величина мощности, поступающая в резонаторные секции 4, нарастает по закону

fpPotl-e- oVQH

Р„

где РО

-установившееся значение;

QH Шо

-нагруженная добротность; ;

о - рабочая частота;

а мощность, идущая в КДВ 5, будет убывать до нуля с такой же постоянной времени. Таким образом, во время переходного процесса установления ускоряющих полей в резонаторных секциях 4 как и на заднем фронте огибающей 1зч-импульсаг в КДВ 5 существует электромагнитное поле, причем величину напряженности электрического поля на оси КДВ 5 можно оценить по формуле

J, ui

ITX

Prp fl

где u 1

изменение резонансной частоты при введении возмущающего тела;

Ргр групповая скорость; 71 - длина волньа генератора; Р - ВЧ-мощность; . L - длина КДВ;

а - коэффициент, определяемый методом возмущения в резонаторе, поля в котором поддак)тся точному аналитическому расчету.

Инжектируемые инжектором 8 электроны имеют относительную скорость, вычисляемую по формуле ,

где WK - кинетическая энергия элект трона; .гпо - масса покоя электрона, в районе 0,4, Для того, чтобы взаимодействие электронов с бегущей в КДВ 5 волной было более интенсивным, (9(р волновода также делается равным 0,4. Тогда в первый момент времени при типичных значениях параметров для ускорителей такого классаЧ Р 1МВт И -s. 10 см, i /И 0,038 (Ч - толщина диафрагмы КДВ) и получаем EQ sf 36 кВ/см, При пролете из инжектора 8 через КДВ 5 в резонаторную секцию 4 инжектируемые электроны будут в результате взаимодействия с электромагнитным полем (магнитным или электрическим либо тем и другим вместе) отклоняться от оси ускорителя и выпадать из прсщесса ускорения. Происхододат отсечка основ ной массы электронов, которые в гфо тотипе и базовом объекте, усксфяясь в неоптимальных значениях для полей в секциях 4, т.е. на переднем и зад нем фронтах, огибающей ВЧ-импульса, сильно ухудааают спектральные характеристики установки. Для того,-чтоб ускоряющие секции 4 с учетом нагруз ки током, имели критическую связь с подводящими волноводами, их нужно в режиме без нагрузки током настраи вать на связь - Г7Ки.эф.Ь 1 RBX .Э(р. эффективное шунтовое сопротивление;Ь - длина ускоряющей секции; величина ускоряемого токл; ..,..,- ч величина входнЬй мощности ВЧ-мощности, Для больиганства используем установок, например для прототипа и базового объекта, Ро - 1,5-2,т.е. нужно р еализовать такой режим работы, чтобы при отражении от резонаторных секций, соответствующем этому коэффициенту, связи в КДВ 5, были такие поля, что часть электронов проходила в ускоряющие секции, тогда система в установившемся режиме будет работать в режиме критической связи, Для приведенных значений в КДВ 5 составит величину -2«10 , т.е. время заполнения КДВ ВЧ-мощностью на несколько порядков меньше времени переходного процесса в высокодобротных резонаторных секциях 4, Таким образбм, отсечка электронов с неоптимальными параметрами будет происходить весьма эффективно. Для Tord, чтобы ускорение электронов в секциях 4 щ оисходило в оптимальном режиме, расстояние между центрами последней ускоряющей ячейки первой и первой ускоряющей ячейки второй секции выбирается равным 6 (« + ) 11/2 + /4 г(2п +3) 1/4, что позволяет сохранить синхронизм между ускоряемыми сгусткамит и ВЧ-полам, так как при таком подключении моста поля во второй секции опережают на ff/2 поля в первой секции, Предлагаемая система позволяет на порядок улучшить спектральные характеристики, ускорителей по сравнению с йрототипом и базовым объектом.

ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ НА СТОЯЧЕЙ ВОЛНЕ, содержащий генерат фазовращатель, две ускоряющие рез торные секции, состоявше из неско ких ячеек, инжектор и волноводный мост, первое плечо которого через фазовращатель присоединено к генератору, второе и третье подсоединены к ускоряющим секциям, а четвертое - к поглотителю ВЧ-мощности, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения спектральных характеристик ускорителя, поглотитель ВЧ-мощности выполнен в виде секции круглого диафрагмированного волновода с трансформатором типа волны на входе и внутриволноводной нагрузки на выходе, расположенной между инжектором и первой ускоряющей секцией, имеющей в боковых стенках отверстия, лежащие на оси ускорителя, при этом расстояние между центрами последней ячейки первой ускоряющей секции и первой ячейкой второй ускоряющей секций равно е