Линейный индукционный ускоритель Советский патент 1987 года по МПК H05H9/00 

Изобретение относится к ускорительной технике. Целью изобретения является увеличение средней интенсивности ускоренных частиц, что позволяет повысить эффективность использования ускорителяНа фиг. 1 изображен линейный индукционный ускоритель в аксонометрии на фиг. 2 показана принципиальная схема ускорителя. Линейный индукционный ускоритель содержит радиальные линии 1, коаксиальные линии 2 передач, короткозамкнутые на конце и заполненные ферромагнитной средой, экраны 3 ради линии, потенциальный электрод А радиальной линии, наружный корпус 5 коаксиальных линий передач, потенциальный электрод 6 коаксиальных линий передач, ферромагнитный материал 7 коаксиальных линий, полость 8 со сре дой, имеющей большое значение диэлек рической проницаемости (например, во да, керамика и т.д.), полость 9 со средой, имеющей малое значение диэлектрической проницаемости (наприме вакуум, газ, трансформаторное масло и т.д.), последний переключающий дроссель 10 звеньев сжатия мощности конденсатор 11 последнего звена сжатия мощности, переключающие дроссели 12, звенья 13 сжатия мощности, импульсную систему 14 питания, зазоры 15, 16 радиальной линии. Фокусирующая, вакуумная и другие вспомогатель ные системы не показаны. Индуктор линейного индукционного ускорителя представляет собой экранированную радиальную линию 1, по наружному ее периметру равномерно расположены отрезки коаксиальных линий 2 передач. Пространство между потенциальным электродом 6 и наружным корпусом 5 отрезков линии передач частично заполнены ферромагнитным материалом 7 (например, ферритовыми кольцами). Потенциальные электроды 6 отрезков линий 2 с одного конца соединены с потенциальным элек тродом 4 радиальной линии 1, а с дру гого - с наружным корпусом 5, т.е. короткозамкнутым на конце. Потенциальный электрод 4 и экраны 3 образу ют две полости 9 и 8 цилиндрической формы внутри каждой радиальной линии 1. Полость 9 заполнена изоляционным материалом, имеющим малую величину диэлектрической проницаемости Е.. а полость 8 имеет большую величину диэлектрической проницаемости .g . На выходе радиальной линии экран 3 и электрод 4 образуют два зазора 15 и 16. Экраны 3 (и соответственно корпусы 5) имеют потенциал, равный нулю, т.е. заземлены. К точкам соединения потенциальных электродов 4 и наружного корпуса 5 через переключающие дроссели 10 подсоединена импульсная система 14 питания, содержащая магнитные звенья 13 сжатия, состоящие из переключающих дросселей 12 и конденсаторов 11. Работает ускоритель следующим образом. В начале формируется вакуумный и фокусирующий канал по оси радиальных линий 1. От вспомогательной системы фиксируется рабочая точка на петле гистерезиса материала всех переключающих дросселей 12, 10 и материала нелинейных отрезков линии 2 передач. При срабатывании коммутатора в импульсной системе 14 питания с помощью звеньев 13 сжатия мощности происходит импульсная зарядка конден- саторов 11 последнего звена сжатия. В момент времени, когда энергия сосредоточится в этом конденсаторе, последний переключающий дроссель 10 переходит в насыщенное состояние и конденсатор начинает резонансный разряд на радиальную линию 1, к которой параллельно подключены нелинейные линии 2 передач. К моменту окончания разряда большая часть энергии сосредоточится в полости 8 и внутри линий 2. Следует несколько подробнее остановиться на моментах времени перекачки энергии из конденсатора 11 через переключающий дроссель 10 в линии 1 и 2. В эти моменты времени в нелинейных отрезках линий образуется ударная электромагнитная волна, скорость распространения фронта которой в несколько раз меньше, чем в полостях 8 и 9. Разница в скоростях распространения позволяет практически полностью зарядить радиальную линию 1 и линии 2. К моменту времени, когда большая часть энергии будет сосредоточена в полостях 8 и 9 и линиях 2, вектор напряженности электрического поля в зазорах 15 и 16 имеет равные направления одинаковой ве3

личины, к этому моменту времени ударная электромагнитная волна достигает короткозамкнутого конца, тем самым нелинейные отрезки линий 2 вырождаются в линейные и начинается переходной процесс по перестройке зарядов в радиальной линии 1 и отрезках линий 2. Фронт электромагнитной волны, распространяющийся от короткозамкнутых участков линий 2, равен фронту сформировавшейся ударной волны, и он существенно меньще времени передачи энергии из конденсатора 11 в радиальную линию 1 и линии 2. Этот фронт перепада мощности, распространяясь от короткозамкнутой части линий 2, преломив94

шись на сочленении радиальной линии с отрезками коаксиальных линий 2, попадает в полости 8 и 9. Скорость распространения волны в них существенно отличается друг от друга. Таким образом, информация о том, что вход радиальной линии короткозамкнут, к зазору 15 придет существенно раньше, чем к зазору 16. Другими сл овами, перестройка зарядов в полости 9 закончится быстрее, чем в зазоре 16. В моменты разности времен распространения волн в полостях 9 и 8 существует индуцированная напряженность электрического поля , которая и использу- . ется для ускорения зараженных сгустков.

ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКВДОННЬЙ УСКО РИТЕЛЬ, содержащий импульсную систе му питания, включающую источники им пульсного напряжения и звенья сжати мощности с переключающими дросселями, и индукционную систему, включающую ряд объединенных между собой последовательно и соосно расположен ных индукторов, выполненных в виде экранированных радиальных линий, внутренние объемы которых разделены потенциальными электродами на полости и по наружному периметру которых равномерно по азимуту индуктора расположены коммутирующие элементы, о тли чающийся тем, что, с целью увеличения средней интенсивности ускоренных частиц, внутренние полости радиальных линий заполнены средами с различными значениями величины диэлектрической проницаемости, а коммутируняцие элементы выполнены в виде заполненнь х ферромагнитной нелинейной средой коаксиальных отрезков линий передач, короткозамкнутых на конце, при этом потенциальные электроды каждой радиальной линии и соответствующих коммутирующих элеMei TOB соединены между собой и через переключающие дроссели подключены к выходу импульсной системы, а экраны радиальных линий и наружных корпусов коммутирующих элементов объединены, образуя внешний корпус индукционной системы.

П