Линейный ускоритель электронов Советский патент 1985 года по МПК H05H9/00 

ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕШ ЭЛЕКТРОНОВ по авт. свид. № 624546, отличающийся тем, что, с целью увеличения выходной энергии ускоряемых электронов,в него введены два симметрично расположенных высокодобротных резонатора, вклюЧенные в цепь обратной связи через высокочастотный мост, и устройства для ступенчатого изменения коэффициента связи.

S Изобретение относится к ускорительной технике, конкретно - к силь ноточным ускорителям заряженных частиц с малой длительностью импульса тока, и предназначено для использования в ядерной физике, радиационной химии, активационном анализе, дефектоскопии и т.д. Наиболее близким известным техническим решением является линейный ускоритель электронов по основному авт.св. № 624546, содержащий инжектор, две ускоряющие секции, источник высокочастотной мощности, соеди ненный через волноводньй тракт, вкл чающий фазовьй инвертор, с первой ускоряющей секцией, а высокочастотные вход и выход второй секции сое динены с цепью обратной связи, со.держащей фазовращатель u Вторая секция вместе с каналом обратной связи образует резонатор с бегущими волнами (РБВ) который выполняет функции накопительного и ускоряющего устройства. Рабочий цикл ускорителя состоит из двух периодов. На первом происходит возбуждение РБВ сгруппирован ным релятивистским пучком. Причем поле во второй секции воздуждается в противофазе по отношению к фазе колебаний в первой секции. После установления стационарного режима инвертируется фаза колебаний на входе первой ускоряющей секции. Пр этом в оставшуюся часть импульса частицы будут ускоряться как в первой, так и во второй секциях. В таком устройстве невозможно увеличить энергш) заряженных частиц на вьаходе ускорителя более, чем в два раза, по сравнению с энер гией частиц инжекционного ускорите ля, добротность используемого нако пителя недостаточно высока. Целью изобретения является увегличение выходной энергии ускоряемы электронов. Поставленная цель достигается те что 8 известный линейный ускоритель электронов по авт. св. № 624546 введены два симметрично расположенных высокодобротных резонатора, вкл ченных в цейь обратной связи через высокочастотный мост и устройства для ступенчатого изменения коэффициента связи. Таким образом, поставленная цел достигается путем разделения функций накопительного « ускоряющего . устройств, Накопление энергии происходит в высокодобротных резонаторах, а отбор энергии пучка ос пцестйляется в секции замедляющей струк туры. Структурная схема ускорителя представлена на чертеже. Ускоритель состоит из инжектора 1, первый ускоряющей секции 2, питание которой осуществляется от генератора СВЧ-мощности 3 с фазовым инвертором в выходном каскаде, и накопительного устройства, включающего в себя вторую ускоряющую секцию - отрезок замедляющей структуры (например,круглого диафрагмированного волновода)4, вход и выход которого соединены линией обратной связи с фазовращателем 5. В тракт обратной связи через высокочастотньй мост 6 включены вьюокодобротные резонаторы 7 с устройствами 8 для ступенчатого изменения коэффициентов связи. При этом фазовращатель 5 настроен так, что электрическая длина тракта обратной связи от выхода второй ускоряющей секции 4 до устройств 8 для ступенчатого изменения коэффициентов связи и от данных устройств 8 до .входа во вторую ускоряющую секцию 4 выбирается равной . Устройство работает следующим образом. В течение первой (основной) части длительности импульса тока пучка происходит запасание энергии поля излучения в резонаторах 7. Процесс запасания энергии в резонаторах можно интерпретировать следующим образом. В начальный момент времени почти вся энергия поля излучения отражается от резонаторов и накапливается в резонаторе с бегущими волнами, образованными второй ускоряющей секцией и трактом обратной связи,Вследствие этого мощность ВЧ-поля, падающего на аппаратуру связи резонатора 7, быстро возрастает. В стационарном режиме петля обратной связи оказывается разорванной, так как вся излученная во второй секции энергия ВЧ-поля поступает только в резонаторы 7, компенсируя омические потери в нем. В переходном режиме амплитуда . мощности ВЧ-ггЬля, падающего на ре3зонаторы, превышает мощность поля, поступающего в резонаторы в установиэшемся режиме. Это приводит к увеличению скорости нарастания ампл туды поля в резонаторах 7. Следовательно, возможно использовать высокодобротные резонаторы для накопления энергии поля излучения при тех же параметрах пучка, что и в прототипе. В течение второй части импульса тока энергия, накопленная в резонаторах, используется для ускорения заряженных частиц. Это осуществляется устройствами 8 для изменения коэффициента связи резонаторов 7, позволящими быстро перевести накопленную в резонаторах энергию во вторую ускоряющую секцию 4. При этом электрическая длина тракта обратной связи от резонаторов 7 до входа в секцию 4 выбрана так, чтобы поле, поступающее из резонаторов 7 в секцию 4, было ускоряющим для пуч ка. Данное устройство имеет существенные преимущества по сравнению с ускорителями с накоплением энергии в РБВ. Применение накопительного устрой ства, в котором разделены функции накопления и использования энергии позволяет накапливать энергию в высокодобротных резонаторах, что дает 244 возможность увеличить амплитуду .токи пучка, пролетающего через накопительньй элемент. Это позволяет запасти больше энергии ВЧ-поля излучения пучка, чем в прототипе - базовом объекте, и обусловливает больший прирост энергии частиц в накопительном элементе. Как показывают расчеты, прирост энер-г гии частиц в накопительном элементе заявляемого объекта в 1,5-2 раза больше, чем в прототипе. В качестве примера рассмотрим результаты расчета ускорителя с накопительным элементом с параметрами, которые являются типичными для ускорителей на малую энергию. Длина ускоряющей секции 2м. Собственная добротность резонаторов 60000 а/71 0,14. При этих значениях длительность интервала времени, в течение котореУго амплитуда поля в резонаторах достигает своего максимального значения, составляет 2,3 мкс, что примерно соответствует времени возбуждения резонатора с бегущими волнами-, образованного отрезком КДВ той же длины с линией обратной связи. Для выбранных выше параметров предложенное устройство позволяет увели-. чить энергию на выходе ЛУЭ в 1,6 раза по сравнению с прототипом.