Высокочастотный ускоритель электронов Советский патент 1986 года по МПК H05H9/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть исполь зовано при разработке малогабаритных ускорителей заряженных частиц. Цель изобретения - повьшение энергии электронов и надежности работы ускорителя при сохранении габаритов и веса путем сокращения поперечных размеров элемента связи и повышения электрической прочности емкостного промежутка в элементе связи, а также повьшения собственно частоты паразитного контура, образованного элементами генераторной лампы. На фиг. 1 изображен вариант уско рителя с прямолинейным внутренним электродом на фиг. 2 - со спиральным внутренним электродом. Ускоритель содержит электронного пушку 1, мишень 2, внутренний элек род вакуумного коаксиального четвер волнового резонатора 3, внешний электрод вакуумного коаксиального четвертьволнового резонатора 4, эле мент связи лампы с резонатором 5,, высоковольтный изолятор 6, дроссель 7, генераторную лампу 8, корпус 9, др.оссель 10, элемент обратно связи 11. Во втором варианте прямолинейный электрод 3 заменен на спиральный 12. Устройство работает следующим об разом. Откачивают, обезгаживают и отпаи вают резонатор. Через дроссель 10 включают ток накала катода, а через дроссель 7 - напряжение питания ано да генераторной лампы 8. При этом возбуждается автогенератор, и на емкостном зазоре резонатора возникает напряжение высокой частоты. Включают электронную пушку 1. Пучок электронов ускоряется в емкостном: зазоре резонатора, попадает на мишень 2, рентгеновское излучение с которой направляют на исследуемый объект. В заявляемом устройстве форма, расположение и ориентация элемента связи лампы с резонатором не меняет по сравнению с прототипом емкостного характера самой связи. Однако в этом случае необходимая величина емкости связи набирается в основном между боковой стенкой стакана элемента связи лампы с резонатором помещенного в вакуумный объем резон тора и внешним электродом резонатора, что, в силу ВЫСОКОЙ электрической прочности вакуумного промежутка, позволяет значительно сократитьгабариты самого элемента связи, увеличив при этом его емкость. Кроме того, обращение поверхности дна стакана в сторону анода генераторной лампы повышает собственную частоту паразитного контура, образованного распределенными параметрами анода генераторной лампы, элемента связи лампы с резонатором и корпусом генератора. Таким образом совокупность перечисленных факторов обеспечивает повьшгение надежности и предельной энергии ускорителя при очевидном упрощении его конструкции. Поскольку продольные габариты ускорителя определяются в основном продольными размерами резонатора и генераторной лампы, а поперечные габаритами элемента связи, то предложенные форма, расположение и ориентация последнего обеспечивают и одновременно.е уменьшение габаритов ускорителя в целом. Расчеты и конструкторские проработкипоказывают, что заявляемое устройство, выполненное в габаритах и весе прототипа, обладает по крайней мере в 2 раза большей предельной энергией и по сравнению с прототипом обладает более простой конструкцией что обусловлено отсутствием дополнительной высоковольтной изоляции. При этом собственная частота упомянутого паразитного контура в 1,5 раза вьш1е, чем в прототипе, что указьшает на его большую надежность. Широко известным приемом сокращения продольного размера резонатора является выполнение его внутреннего электрода в форме спирали. В данной конструкции ускорителя этот прием также позволяет получить дополнительные преимущества: дополнительно снизить вес и повьюить надежность ускорителя. Действительно, величина емкости элемента связи лампы чет: ертьволновым коаксиальным резонатором может быть определена из выраженияh - коэффициент трансформации где анодного напряжения лампы

в ускоряющее напряжение ре зонатора;

uJ - частота резонатора; - волновое сопротивление резонатора.

Выражение (1) можно пЪлучить, например, так: напряжение и ток в их пучностях связаны по определению соотношением U 1ут,схх- (2), записав выражение для напряжения на электроде связи лампы с резонатором

(3) и подставив

как

. uJc

(2) и (3) в формулу, определяющую

11860634

и

коэффициент трансформации: U.

Приходим к вьфажению

- 0Х

UcB

Из выражения (1) следует, что при постоянных h и uj емкость С уменьшается с ростом U/ .

Следовательно, выполнение внутреннего электрода резонатора в форме спирали снижает величину С j что приводит к сокращению габаритов и веса элемента связи лампы с резонатором и ускорителя в целом и дополнительно повьш1ает его надежность, т.е. устойчивость работы на частоте резонатора

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ; ЭЛЕКТРОНОВ, содержащий вакуумный коаксиальный четвертьволновый резонатор с внешним и внутренним электродами и емкостным зазором между ними, электронную пушку, выход которой обращен в сторону емкостного зазора, источник высокочастотной мощности, вьшолненный на генераторной лампе, анод которой закреплен на удаленном от пушки торце внутреннего электрода резонатора, который вакуум-плотно соединен с внешним электродом резонатора с помощью высоковольтного изолятора, а также соосный с резонатором элемент связи лампы с резонатором, закрепленный на удаленном от пушки конце внутреннего электрода резонатора, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения энергии электронов и надежности работы ускорителя при сохранении габаритов и веса, элемент связи лампы с резонатором выполнен в форме стакана, расположенного внутри резонатора, причем внешняя поверхность дна стакана обращена в сторону анода генераторной лампы. СХ) О) о а 00