Высокочастотная система ускорителя со стоячей волной Советский патент 1987 года по МПК H05H9/04 

Изобретение относится .к ускори- тельной TexHHjce, а именно к высоко- частотньй системам малогабаритных (Ускорителей заряженных частиц со стоячей волной, и может найти применение „ в тех областях науки и техники, где требуются мощные источники ионизирующих излучений или потоков ускоренных частиц.

Целью изобретения является улуч- JQ шение технологичности ускоряющей системы и уменьшение массогабаритных параметров ускорителя.

На чертеже изображена высокочастотная система ускорителя со стоячей J5 волной.

Система содержит высокочастотный генератор (магнетрон) 1, последовательно соединенный с фазовращателем 2 и аттенюатором 3, который соеди- 20 няется с одним из входных плечей вол- новодного моста 4. К другому входному плечу этого моста присоединена волноводная .поглощающая нагрузка 5, а выходные плечи с помощью окон 6 25 ввода ВЧ-мощности подведены к двум соседним ускоряющим резонаторам 7, связанным с помощью крестообразных отверстий связи с ускоряющими резонаторами 9, которые непосредственно зо с волноводами не связаны. Причем крайние из этих резонаторов связаны с помощью щелей связи 10 и 11, чьи проекции на одну плоскость ортого- нальны,. с замыкающими с обоих концов ускоряющую структуру ускоряющими резонаторами 12. В торцовых поверхностях всех ускоряюи1 1х резонаторов имеется по четыре цилиндрических от-- верстия 13 для проводки пучков ускорения электронов.

Система работает следуюпщм образом.

ВЧ-мощность от генератора 1 про-, ц; ходит через фазовращатель 2, с помощью которого выбирают оптимальную рабочую фазу, через аттенюатор 3, назначение которого заключается в регулировании величины проходящей в 50 ускоряющую систему ВЧ-мощности, и далее поступает в первое входное плечо волноводного моста 4, где делится между двумя выходными плечами, причем фазовый сдвиг между падающими волна- 55 ми в выходных плечах составляет /2. ВЧ-мощность, поступающая через окна ввода мощности 6 в соседние ускоряющие резонаторы 7, за счет наличия

35

40

0 5 о

; 0 5

5

0

отверстий и щелей связи 8, 10 и 11, распространяется по всей ускоряющей структуре, т.е. во всех ускоряющих резонаторах 7, 9 и 12 возбуждаются ВЧ-поля,. Причем так как внутренний диаметр резонаторов D -1,2Д, то в них возбуждается на рабочей частоте колебание вида Е . Нужно отметить, что в первый момент вся ВЧ-мощность отражается от высокодобротной ускоряющей системы и поступает в поглощающую волноводную нагрузку 5. Затем ВЧ-поля в ускоряющей структуре нарастают до своих номинальных значений, причем от каждого подвода мощности с помощью окон связи 6 ускоряющая система возбуждается HaJt/2 виде колебаний. Структура ВЧ-поля на этом виде колебаний вдоль ускоряющей системы такова, что для каждого данного конкретного ввода ВЧ-мощности будут возбуждаться разные наборы ускоряющих резонаторов 7, 9 и 12, расположенных один за другим через один, а часть резонаторов 9 и другой резонатор 7 для данного ввода мощности будут играть роль резонаторов связи (ВЧ-поля, возбуждаемые в них от данного ввода ВЧ-мощности, практически равны нулю), но наличие второго ввода мощности приводит к тому, что и в этих резонаторах возбуждаются ВЧ-поля, сдвинутые по фазе относительно ВЧ-полей в соседних ячейках на Р/2. Помимо этого, так как плоскости окон ввода ВЧ-мощности 6 ортогональны, благодаря наличию крестообразных отверстий связи 8,- возбуждаемые от разных вводов ВЧ-мощности поля в -соседних ускоряющих резонаторах (вид колебаний F, )

fto

имеют пространственное распределение с двумя пучностями ускоряющего электрического поля. Причем фазовый сдвиг между электрическими полями в пучностях одного ускоряющего резонатора составляет Jf , а проекция осей, перпендикулярных оси системы и проходящих через пучности электрического поля в соседних резонаторах, ортогональны. Наличие двух щелей связи 10 и П, проекции больших осей симметрии которых на плоскость, перпендикулярную оси системы, ортогональны, соединяющих ускоряющие резонаторы 9 с крайними ускоряющими резонаторами 12, позволяет реализовать такие гра- ничные условия на концах ускоряющей структуры, при которых во всех ускоряющих резонаторах 7, 9 и 12 возбуж71

3

дается рабочий вид -колебаний, так

как щели связи 10 и П действуют избирательно, позволяя возбуждать каждый резонатор 12 от одного ввода ВЧ-мощности. В этом случае они ориентированы вдоль силовых линий азимутальной компоненты магнитного поля, возбуждаемого от одного ввода ВЧ-мощности, а для азимутальной компоненты магнитного поля, возбуждаемого другим вводом ВЧ-мощности, они ориентированы поперек силовых линий и в этом случае возбуждения ускоряющего резонатора 12 н.е происходит. Отверс-

тия же связи 8, представляющие собой соединение данных щелей связи в одном месте, позволяют возбуждаться соседним ускоряющим резонаторам 7 и 9 при обеих ориентациях полей вида колебаний Е ,. возбуждающихся от различных окон 6 ввода ВЧ-мощности. В принципе связь между ускоряющими резонаторами 7 и 9 можно выполнить вместо одного крестообразного отверс тия связи с помощью четырех щелей связи, расположенных вблизи боковой стенки резонаторов параллельно щелям срставляюрдим крестообразное отверсти связи 8, а щели связи 10 и 11 заменить, каждую - двумя щелями, параллельными им и находящимися вблизи боковой стенки. При этом для другой ориентации структуры поля вида коле

баний Е они будут находиться вообще „

110--э г ПОЛЯ вида колебании Е

в нуле поля. Для проводки пучков - -В резонаторе от ускоряемых электронов в торцовых

от закороткл, что поз чить нормальную связь резонатором 7. В зави го количества М ускор торов 7, 9 и 12 наход ровка в цространстве и 1 и окон ввода мощ обусловлено выполнени условий на -краях ВЧ-с нормального возбужден щие оси сим 1етрии око ти 6 и большие оси си связи 10 и 11, распол роны соответствующего ча ВЧ-моста 4, ортого М/2 четное число, и если М/2 нечетное чис системе, как и в прот ет возможный темп уск нов , так как в данном вые линии ускоряющего

стенки к другой, как и

од

поверхностях каждого ускоряющего резонатора 7, 9, 12 сделано по четыре отверстия, находящихся в местах расположения двух пучностей электрического поля в данной ускоряющей ячейке и двух пучностей в соседних ускоряющих резонаторах. Геометрически отверстия располагают в местах пересечения двух ортогональных осей с окружность диаметром d ,6Л. Длины выходных плачей волноводного моста 4 различаются в кратное Я. число раз, что позволяе обеспечить нормальное функционирование ВЧ-системы при сохранении разнос ти фаз ВЧ-полей в соседних ускоряющих ячейках 7, 9 и 12, равной у , и

кроме того, в момент установления значений ВЧ-полей в структуре отражения ВЧ-мор(ность поступает в площадную волноводную нагрузку 5, Так как волноводный мост 4 выполнен со

связью по узкой степке, то конструктивно выгодно одно выходное плечо БЧ- моста 4 присоединить непосредственно к ускоряющему резонатору 7 через окно ввода мощности 6 в торцовой поверхности волновода, другое закоро- TtiTb, а связь с ускоряющим резонатором 7 осуществить через окно ввода МОБШОСТИ 6 5 расположенное в узкой боковой стенке волновода. Причем пентр окна ввода моищости 6 должен

Л.з находиться на расстоянии т-(2п+1)

0

г .

0

„

г ПОЛЯ вида колебании Е

В резонаторе от

от закороткл, что позволяет обеспечить нормальную связь с ускоряюгшм резонатором 7. В зависимости от общего количества М ускоряющих резонаторов 7, 9 и 12 находится ориентировка в цространстве щелей связи 10 и 1 и окон ввода мощности б, что обусловлено выполнением граничных условий на -краях ВЧ-структуры для ее нормального возбуждения. Так боль- щие оси сим 1етрии окон ввода мощности 6 и большие оси симметрии щелей связи 10 и 11, расположенные со стороны соответствующего выходного плеча ВЧ-моста 4, ортогональны - если М/2 четное число, и параллельны - если М/2 нечетное число. В данной системе, как и в прототипе, возрастает возможный темп ускорения электронов , так как в данном случае силовые линии ускоряющего электрического

направлены торцовой стенки к другой, как и в прототипе

10

одной

на колебании вида Е

010 5

а расстояние

40

45

между стенками в обоих случаях одинаково, и ВЧ-пробой будет происходить при одном значении напряженности электрического поля. Таким образом, в предлагаемой структуре ускорению подвергаются четыре пучка электронов. Причем каждая пара из них ускоряется в одном наборе ускоряющих резонаторов 7, 9 и 12, а другая - в другом, резонаторы которых расположены один за другим через 50 один. Хотя в данном случае возмож- ньм темп ускорения будет меньше в 2 раза, чем в структуре с.Ё видом

колебаний из-за ускорения каждого пучка только в каждом втором ускоряю- . 55 Щем резонаторе, но тем не менее, он будет более чем в 2 раза выше, чем в других бипериодических замедляющих структурах. При этом из-за отказа от боковых резонаторов связи, чьи функ512А687

ции попеременно выполняют ускоряющие резонаторы 7,и 9, происходит уменьшение на 40% поперечного габарита уско- ряющей системы. Использование для ускорения электронов высшего типа 5 колебаний позволяет увеличить на 50% добротность ускоряющих резонаторов (выполняющих и роль резонаторов связи) по сравнению с .прототипом что в сочетании с одновременным ускорением Ю сразу четырех пучков электронов, при котором упрощаются требования к радиальной динамике электронов и воз16

никает 1зозможность проводки большего тока, позволяет существенно повысить эффективность ВЧ-структуры - увеличить долю ВЧ-мощности, отдаваемую пучку. При этом конструкция ускоряющей системы упрощается: она состоит практически из однотипных резонаторов простой формы. В такой конструкции к тому же существенно упрощается предварительная ВЧ-настройка, которая сводится к подгонке размеров ускоряющих резонаторов с помоп1ью расточек на. токарном станке.

I шь 1

jb

cv

-ш

tzj

Составитель E, Громов Редактор Т. Иванова Техред А.Кравчук Корректор С. Шекмар

Заказ -1475Тираж 802Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4