Ускоритель заряженных частиц Советский патент 1985 года по МПК H05H5/03 

1 Изобретение относится к области систем импульсного питания ускорителей заряженных частиц. Такие ускорители предназначены, например для генерации мощных импульсных электронных пучков в микросекундном диапазоне длительностей. Известно устройство импульсного питания ускорителя,в котором накоп телем энергии являются индукторы двойной формирующей линии. Устройство содержит источник питания, ко мутатор и двойную формирующую лини состоящую из двух одинаковых линий между которыми параллельно им включен ускорительный диод, причем вторая формирующая линия закорочена на конце. Недостатком такого устройства является сравнительно невысокая энергия ускоренных электронов. Амплитуда импульсного ускоряющего напряжения на ускорительном диоде UH равна здесь половине напряжения UQ, до которого заряжаются в процессе формирования импульса конденсаторы двойной формирующей линии, т.е. Иц . Наиболее близким к изобретению является устройство импульсного пи тания ускорителя заряженных частиц содержащее двойную формирующую линию, состоящую из двух одинаковых линий, между которыми последовател но с ними включен ускорительный диод, шунтированный встречно вклю ченным высоковольтным диодом, а также цепь из соединенных последовательно источника питания и управ ляемого коммутатора. Недостатком известного устройст является его низкая надежность, об ловленная тем, что конденсаторы ли ний в нем длительное время находят под высоким напряжением,и для дост жения приемлемого ресурса работы устройства (порядка 10 импульсов) приходится увеличивать линейные ра меры конденсаторов, чтобы снизить значение рабочей напряженности диэлектрика конденсаторов линий. Целью изобретения является повышение надежности ускорителя. Для достижения указанной цели в ускорителе, содержащем двойную формирующую линию, состоящую из двух одинаковых линий, между которыми по следовательно с ними включен ускори 32 тельный диод, шунтированный встречно включенным высоковольтным диодом, а также цепь из соединенных последовательно источника питания и управляемого коммутатора, последняя включена между высоковольтным входом первой линии и высоковольтным выходом второй линии. На фиг. 1 приведена функциональная схема ускорителя; на фиг. 2 форма импульса на ускорительном диоде. Ускоритель содержит формирующую линию, состоящую из двух одинаковых линий 1 и 2, между которыми последовательно с ними включен ускорительный диод 3, шунтированный высоковольтным диодом 4, в качестве которого может быть использована высоковольтная диодная сборка; высоковольтный вход линии 1 соединен с высоковольтн.ым выходом линии 2 через соединенные последовательно низковольтный источник 5 питания, замыкатель 6 (коммутатор) и выключатель 7 на основе взрывчатого вещества (ВВ). Параллельно ему через разрядник 8 подключен электрически взрывающийся проводник (ЭВП) 9. Блоки управления замыкателя 6 и выключатели 7 совмещены в управляющем блоке 10, Работа устройства происходит следующим образом. В исходном состоянии замыкатель 6 разомкнут.В элементах линий 1 и 2 нет запасов энергии. Затем на замыкатель 6 приходит сигнал с управляющего блока 10„ После замыкания контактов замыкателя 6 начинается зарядка током индукторов обеих линий 1 и 2 от низковольтного источника 5 питания через замкнутые контакты замыкателя 6 и выключателя 7 (направление тока показано на схеме стрелками). При достижении током зарядки максимальной величины Jgс управляющего блока 10 приходит сигнал управления на срабатывание взрывчатого вещества (ВВ) выключателя 7, в результате чего сопротивление ветви с выключателем 7 возрастает нц несколько порядков. Под действием напряжения, развиваемого на выводах выключателя 7, пробивается разрядник 8 и ток индуктивного накопителя переводится в ветвь с ЭВП 9, который обеспечивает низкое напряжение на выключателе 7 в течеие времени, достаточного для востановления электрической прочности

3

выключателя 7, после чего ЭВП 9 взрывается, в результате осуществляется размыкание зарядной цепи тока индуктивного накопителя. Ток, запасенный в индукторах формирующих линий 1 и 2, начинает заряжать емкости линий. На входе первой линии 1 возникает перепад напряжения ймплтудой U(j 0 р (где р - волновое сопротивление линии) отрицательной полярности (при принятом на схеме направлении тока зарядки), а на выходе второй линии 2 возникает такой же перепад напряжения, но положительной полярности ( полярность напряжения зарядки конденсаторов линий показана на схеме). Эти перепад напряжения распространяются по линиям по направлению к ускорительному диоду 3 и достигают его через интервал :времени,, равный времени задержки каждой линии tj . В этот момент запирается высоковольтный диод 4, и ускорительный диод 3 оказьшается соединенным последовательно с двумя линиями, заряженными до напряжения U разного знака Иными словами, две соединенные последовательно линии с волновым сопротивлением f , заряженные каждая до напряжения U(суммарное напряжение на линиях равно 2Uo), оказываются включенными на согласованную нагрузку с сопротивлением йц 2р. Начиная с этого момента от места подключения ускорительного диода 3 по обеим линиям 1 и 2, в об стороны начинают распространяться перепады напряжения, равные Uo /2 , снимающие заряд с конденсаторов линий наполовину. После интервала времени, равного tj (времени пробега волны по линии), падающие волны напряжения отражаются в обеих линиях от разомкнутых концов их с

35234

тем же знаком, и по обеим линиям распространяются волны напряжения амплитудой 5/2, снимающие полностью заряд с конденсаторов линий, после

5 чего процессы заканчиваются. Таким образом, напряжение на ускоритель.ном диоде; 3 возникает через интервал времени, равный tj после выключения замыкателя 6 в момент эапира0 ния диода 4, и существует в течение времени, равного длительности двойного пробега волны по линии, т.е. 2t3 (см. фиг. 2). Амплитуда его равна Ug , т.е. величине, до которой

г происходит зарядка конденсаторов линий в процессе формирования импульс ного напряжения. Амплитуда тока через ускорительный диод равна половине тока, запасенного в индукторах линий.

JH Vi.

т.е.

По сравнению с известным, описанное устройство имеет более высокую надежность. Это обусловлено тем, что элементы, имеющие наименьший

5 ресурс работы (а именно конденсаторы линий), здесь оказываются под полным напряжением лишь на очень короткое время, равное или меньшее (в ависимости от расположения относительно нагрузки) длительности импульса, А известно, что пробивная электрическая прочность диэлектриков при коротких импульсных воздействиях напрядсения значительно превьш1ает значения электрической прочности в режиме

постоянного напряжения.

Так например, пробивное напряжение трансформаторного масла, используQ емого в конденсаторах при импульсном напряжении длительностью 25 мкс, оказывается вьше в 1-3 раза. При этом ресурс конденсаторов нарастает более чем на порядок и составит по крайней мере 10 импульсов.

Фиг. 2

УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий двойную формирующую линию, состоящую из двух одинаковых линий, между которыми последовательно с ними включен ускорительный диод, шунтированный встречно включенным высоковольтным диодом, а также цепь из соединенных последовательно источника питания и управляемого коммутатора, о т л и чающийся тем, что, с целью повьпиения надежности, цепь из соединенных последовательно источника питания и управляемого коммутатора включена между высоковольтным входом первой линии и высоковольтным выходом второй линии. s (Л