Устройство для шунтирования ускоряющего резонатора Советский патент 1986 года по МПК H05H7/00 

а

00

|

со

о: Изобретение относится к ускори тельной технике, а именно к высокочастотным системам синхротронов, накопителей, использукнцих ускоряющие резонаторы. Целью изобретения является повышение шунтирующего действия устройства, что позволит уменьшить вероятность возникновения неустойчивостей, приводящих к потере пучка за счет того, что в устройстве могут быть реализованы более высокие токовые нагрузки. Устройство схематически изображено на чертеже. Коаксиальная линия 1 связана свободным кондом с ускоряющим резонатором 2 посредством элемента 3 связи петлевого или зондового типа. На дру гом конце линии включен коаксиальный резонатор 4, внутренним проводником которого является внешний проводник 5коаксиальной линии 1. Между концом внешнего проводника 5 коаксиальной линии и торцовой стенкой 6 резонатора 4 имеется зазор 7, а внутренний проводник 8 коаксиальной линии соеди нен своим концом с торцовой стенкой. Коммутирующие элементы 9 установлены в зазоре 7. Такое включение коммутирующих элементов необходимо, во-первых,- для устранения отрицательного влияния на работу устройства их собственной емкости. Емкостное сопротив ление зазора скомпенсировано индуктивным сопротивлением короткозамкнутого отрезка коаксиала, образующего резонатор. Таким образом, на рабочей частоте сопротивление зазора 7 чисто активное и определяется потеря ми в резонаторе. Во-вторых, включение коммутирующих элементов 9 в зазо ре 7 необходимо дли размещения большего их количества и повьш1ения тем самым токонесущей способности коммутатора. Это позволяет повысить степень связи устройства с ускоряющим резонатором, а соответственно и степень его шунтирования. Для размещени большого количества коммутирующих элементов 9 на конце внешнего провод ника 5 коаксиальной линии 1 может быть установлен кольцевой диск 10. Соединение внутреннего проводника 8 коаксиальной линии с торцовой стенко 6обеспечивает подключение зазора 7 и коммутирующих элементов 9 параллельно к концу коаксиальной линии. При этом обеспечивается либо замьжание коаксиальной линии накоротко через коммутирующие элементы и торцовую стенку, либо нагружение линии на активное сопротивление зазора 7, шунтирующее ускоряющий резонатор 2. Важно, что шунтирующее действие снимается именно при замкнутом состоянии коммутирующих элементов 9, поскольку в противном случае высокое рабочее ВЧ напряжение на ускоряющем резонаторе 2 формировало бы на коммутирующих элементах пучность напряжения недопустимо большой для них величины (до десятков кВ). Поглощающий элемент 11 помещен внутрь коаксиального резонагора 4. Он может быть закреплен на короткозамыкающей стенке 12 резонатора или в любом другом месте, но между проводниками 13 и 5 (например, нанесен на эти проводники в виде поглощающего слоя). Такое положение поглощающего элемента 11 позволяет выбрать оптимальное значение добротности коаксиального резонатора 4, необходимое для шунтирования ускоряющего резонатора 2, и. одновременно обеспечить минимальные потери в устройстве после замыкания коммутирующих элементов 9, что особенно существенно при сильной связи с резонатором 2.. Выбор размеров поглощающего элемента 11 и расстояния между зазором 7 и элементом 3 связи определяет активную и реактивную составляющие входного сопротивления коаксиальной линии 1 и соответствует условию передачи максимальной активной мощности от источника в нагрузку. В случае, если собственная реактивная составлякяцая элемента 3 связи мала, указанное расстояние равно примерно четверти длины волны рабочего колебания для связи петлевого типа и половине длины волны для связи зондового типа (при этом и тот и другой типы связи обеспечивают трансформацию низкого сопротивления в сечении зазора ускоряющего резонатора 2). В общем случае это расстояние несколько отличается от указанных и соответствует условию резонанса на рабочей частоте входного импеданса коаксиальной линии 1 и реактивной составляющей элемента 3 связи при разомкнутых коммутирующих элементах 9. При такой настройке нагруженная добротность резонатора 2 минимальна. В качестве элемента, поглощающе31

го ВЧ мощность, может быть выбран феррит, например, в форме колец, Закрепленных на короткозамыкающей стенке 12 резон,атора или на его внутреннем проводнике. В устройстве могут использоваться коммутирующие элементы различных типов, например, ВЧ магнитоуправляемые контакты (герконы) или полупроводниковые коммутирующие элементы -p-i-n диоды. Устройство должно быть снабжено соответствукщей системой управления, которая в совокупности с коммутирующими элементами должна удовлетворять требованиям по быстродействию. В случае использования герконов на внешний проводник 13 коаксиального резонатора 4 может быть установлен соленоид, создающий продольное магнитное поле и управляемый импульсами тока. Если использованы полупроводниковые элементы, должна быть предусмотрена развязка по постоянному току между проводником 5 и стенкой 6. Развязка может обеспечиваться, например, с помощью емкости большой величины, включенной в разрьш короткозамыкакнцей стенки 12 резонатора 4.

В данном устройстве шунтирование ускоряющего резонатора обеспечивается за счет связи с низкодобротным коаксиальным резонатором через трансформирующий отрезок линии. При этом высокое (по сравнению с волновым сопротивлением линии) сопротивление зазора коаксиального резонатора трансформируется линией в существенно более низкое сопротивление, нагружающее ускоряющий резонатор, нежели в-известном устройстве. В результате резонатор оказывается зашунтирован низким сопротивлением, и пучок не может развить на нем большого напряжения. Собственная емкость ключа в его разомкнутом состоянии является элементом резонансного контура, ее шунтирующее действие не сказывается,, так как она компенсируется на рабочей частоте индуктивным входным сопротивлением отрезка коаксиала, образующего резонатор. Поэтому в данном устройстве возможно значительное увеличение количества параллельно включенных коммутирующих элементов, что дает возможность повысить токонесущую способность ключа и уменьшить потери мощности в нем без снижения шунтирующего действия устройства. При необходимости диаметр внешнего

964

проводника коаксиальной линии вблизи зазора может быть увеличен, например, с помощью кольцевого диска} установленного на конце этого проводника, что позволяет разместить в зазоре существенно большее количество коммутирующих элементов. Размещение коммутирующих элементов в плоском зазоре осуществляется конструктивно

более просто, нежели между проводниками коаксиальной линии.

Устройство работает следующим образом.

Если ВЧ мощность в ускоряющий

резонатор не.подается и пучок взаимодействует с холостым резонатором, то коммутирующие элемейты 9 устройства разомкнуты. В этом состоянии устройство обеспечивает сильное шунтирование ускоряющего резонатора и малый и meдaнc его связи с пучком. Мощность, отдаваемая пучком на рабочей частоте в зашунтированный резонатор, рассеивается главным образом в

поглрщакяцем элементе 11 устройства. При этом на зазоре 7 коаксиального резонатора имеет место пучность ВЧ напряжения, которое наводится пучком. Это напряжение может составлять не-

сколько сот вольт, и коммутирующие элементы 9 должны быть рассчитаны на такое напряжение. Перед тем как в ускоряющий резонатор подается мощность от ВЧ генератора, коммутируюпще элементы закорачивают зазор 7 коаксиального резонатора. 4. При этом шунтирующее действие устройства снимается, так как устройство выводится из резонанса и отсекается его низкодобротная часть. ЭДС, наведенная в элементе- 3 связи, отдает в устройство .незначительную долю мощности, которая рассеивается в проводниках 5, 8 коаксиальной линии 1 и коммутирующих

элементах 9. ;

Таким образом, данное устройство позволяет получить большую степень шунтирования ускоряющего резонатора, нежели-известное устройство, что

особенно важно при работе с высокоинтенсивным пучком ускорителя. При этом собственная емкость ключа не снижает шунтирующего действия устройства, что позволяет повысить токонесущую способность ключа и снизить потери мощности в нем. Получить требуемую токонесущую способность ключа путем увеличения количества коммути511637966

рупщих элементов в заявляемом уст-нительное повьшение степени шунтироройстве конструктивно проще, нежели вания резонатора за счет увеличения.

в известном. Поскольку устройстворазмеров элемента связи. Рабочее наможет быт.ь рассчитано на более, высо-5 пряжение на ускоряющем резонаторе

кие токовые нагрузки, возможно допол-может быть также более высоким.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШУНТИРОВАНА УСКОРЯЩЕГО РЕЗОНАТОРА, содержащее коаксиальную линию, соединенную открытым концом с резонатором, коаксиальный резонатор, внутренним проводником которого является внешний проводник коаксиальной линии поглощающий элемент и коммутирующие элементы, отличающееся тем, что, с целью повьшения шунтирующего действия, коммутирующие элементы установлены между концом внешнего проводника линии-и торцовой стенкой коаксиального резонатора, внутренний проводник коаксиальной линии соединен с этой стенкой, поглощающий элемент размещен между внешним и внутренним проводниками резонатора.