Линейный ускоритель заряженных частиц Советский патент 1985 года по МПК H05H7/02 

ср

о

00

Изобретение отнрсится к ускорительной технике, а более конкретно к, линейным ускорителям, предназначенным для использования в ядерной физике, радиационной химии, активационном анализе, лучевой те.рапии и т.п.

Известен линейный ускоритель- заряженных частиц с накоплением энергии поля излучения релятивистского пучка, в структуре типа резонатор бегущей волны. Линейный ускоритель состоит из инжектора, первой ускоряющей секции, источника ВЧ-мощности, устройства для инверсии фазы ускоряющего поля и второй секции, вход и выход которой соединены цепькг обратной связи, содержащей фазовращатель. Вторая секция вместе с каналом обратной связи образует резонатор бегущей волны (РБВ), который попеременно выполняет функции накопительного и ускоряющего устройства. .

Недостатками этого ускорителя является то, что за счет дополнительного уск-орения в РБВ можно увеличить энергию частиц не .более чем в 2 раза и из-за спадания напряженности электрического поля во второй секции после переброса фазы дополнительно ускоренные электроны неоднородны по энергии.

.Наиболее близким по техйической сущности к изобретению является линейный ускоритель заряженных частиц, содержащий инжектор, задающий генератор, твистронный усилитель ВЧ-мощности и ускоряющую секцию, вход которой через фазовращатель соединен линией передачи с выходом оконечного каскада твистронного усилителя pj

Недостатком известного устройства следует считать неэффективное использование мощности ВЧ-генератора, стоимость которого составляет до 40-50% стоимости всего линейного ускорителя так как длительность ВЧ-импульса превьшгает длительность импульса тока ускоряемых частиц и часть мощности теряется в поглощающей нагрузке. Это снижает предельно достижимую энергию ускоренных частиц и, соответственно, сужает диапазон возможных энергий для одного ускорителя.

Целью изобретения является увеличение выходной энергии частиц в линейном ускорителе.

Поставленная цель достигается тем, что в линейном ускорителе заряженных частиц, содержащем задающий генератор, и инжектор на входе ускоряющей секции, вход которой через фазовращатель соединен линией передачи с выходом оконечного к4скада,твистронного усилителя ВЧ-мощности, на входе последнего выполнен ввод высокочастотной,мощности, соединенный линией передачи через дополнительньй фазовращатель с выходом ускоряющей секции. Оконечный каскад твистронного усилителя мощности вьтолнен в виде отрезка круглого диафрагмированного волновода.

Структурная схема предлагаемого ускорителя приведена на чертеже. Ускоритель состоит из инжектора 1,

ускоряющей секции 2, питание которой осуществляется высокочастотным источником, содержащим задающий генератор 3 и твистронный усилитель мощности, оконечный каскад 4 которого соединен

линией передачи через фазовращатель 5 со входом ускоряющей секции. Выход ускоряющей секции соединен линией передачи через дополнительный-фазовращатель 6 со входом.оконечного каскада

твистрона. Твистронньш усилитель состоит из электронной пушки 7, входного каскада 8, промежуточных резона- торов 9, оконечного каскада 4, коллектора 10 и источника 11 питания.

Таким образом, ускоряющая секция 2 и оконечный каскад 4 тристронного усилителя, соединенные м&ущу собой линиями передач, образу от резонатор бегущей волны, содержащий в себе активный элемент. В таком резонаторе происходит накопление энергии высокочастотного поля, обусловленное его многократным усилением в оконечном каскаде 4 твистрона.

Ускоритель может работать как в режиме ускорения на запасенной энергии, так и в режиме рекуперации мощности высокочастотного поля. Цикл работы по первому режиму состоит из

периода накопления поля в РБВ и периода ускорения частиц в запасенном электромагнитном поле. При работе во втором режиме ускорение частиц начинается сразу же по заполнении

ускорякщей секции 2 полем. Часть мощности, неизрасходованная на: ускорение, с выхода секции по линии связи поступает на вход оконечного каскада 4 твистрона, усиливается и затем вновь поступает на вход ускоряющей секции 2. Проведенные расчеты показали, что при работе в этом режиме вькодная энергия ускоренных частиц будет превышать энергию частиц на выходе ускорителя-прототипаболее чемв 1,5раза(при, длинеускорящей секции 3м, шунтовом сопротивлении 40 МОм/м и затухании в секции 0,1 .

109030 . 4

; Наличие активного элемента в накопительном устройстве, обеспечивает более эффективную работу предлагаемой модели ускорителя в стадионар5 ном режиме по сравнению с его прототипом - так как в этом случае увеличивается доля энергии, отобранной генерируемым ВЧ -- полем у электронного луча усилительной лам10 пь1.,

1. ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий задающий генератор и инжектор, расположенньй на входе ускоряющей секции, вход которой через фазовращатель соединен линией передачи с выходом оконечного каскада твистронного усилителя ВЧ-мощности, отличающийся тем, что, с целью по ыщения выходной энергии частиц, на входе оконечного каскада твистронного усилителя ВЧ-мощности установлен ввод высокочастотной мощности, соединенный линией передачи через дополнительный фазовращатель с выходом ускоряющей секции. 2. Ускоритель поп.1, отличающийся тем, что оконечный каскад твистронного усилителя ВЧсл мощностй выполнен в виде отрезка круглого диафрагмированного волновода.