Способ регулировки режима ускорения в многосекционном линейном ускорителе и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК H05H9/00 

11

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для -непрерывного контроля режима ускорения в многосекционных линейных ускорителях и для регулирова- ния этого режима, например для точного формирования каждой ускоряющей секции ускорителя.

.Цель изобретения - упрощение процедуры настройки режима ускорения и повьшение точности настройки каждой ускоряющей секции при заданных вели- чинах тока и СБЧ-мощностги.

Если задана величина тока пучка при данной мощности ускоряющих волн, то приращение энергии пучка в каждом ускоряющем волноводе ускорителя определяется частью энергии пропускаемых через, ускоритель электромагнитных волн, эффективно переданной пучку при его ускорении. Не использованная на ускорение пучка часть энергии СВЧ-волн поглощается в элементах ускоряющего волновода (.диафрагмы,стен- ки, поглощающая нагрузка), вызывая в последних акустические колебания, Электромагнитная волна jc напряженностью магнитного поля Н (0,Hj,U) и ндпряженностью электрического по- ля Е (Ejj,0,0), поглощаясь в элементах ускоряющего волновода, вызывает в них появление вихревых токов с плотностью j (j,0,0) rot Н, которые., в свою очередь, вызывают в проводящей среде элементов ускоряющего волновода наличие плотности электродинамических сил f (0,0,f ) (Uf Jorot Н X Н, где /и - магнитная проницаемость проводящей среды, 41Т 10 Гн/м - магнитная . проницаемость вакуума. В случае СВЧ-поля , электромагнитная волна проникает в проводящую среду лишь на глубину скин-слоя Z J , так что электродинамические силы дейструют в тонком скин-слое , поэтому их можно рас- сматрива уь как давление Р на поверхность среды:

-&

Р J .

о

В случае импульсных режимов электромагнитных волн изменения этого, давления возбуждают акустические колебания в элементах ускоряющего вол- новода, а спектр этих колебаний содержит низкочастотные составляющие, частоты которых определяются акустическими свойствами элементов уско

,

0

5

5

5

22

ряющего волновода и параметра ш СВЧ-импульсов. Чем меньше амплитуда этих акустических Колебаний, тем меньше не использованная на ускорение пучка часть энергии электромагнитных ускоряннцих волн, т.е. тем большее приращение энергии получает пучок в ускоряющем волноводе. Это обстоятельство используется для контроля режима ускорения, который считается оптимальным при минимуме амплитуды акустических колебаний элементов, ускоряющих пучок волноводов.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагае- мьй способ; на фиг.2 - пьезоэлектрический преобразователь; на фиг.З - характерные спектры акустических сигналов в поглощающей нагрузке ускоряющего волновода в зависимости от частоты посьшок импульсов тока пучка ускоряемых частиц; на фиг. 4 - то же, в зависимости от длительности импульсов тока пучка ускоренных частиц; на фиг.З - характерная зависимость амплитуды акустического сигнала в зависимости от угла фазовой расстройки ускоряющего водно- вода, изменяемого посредством фазовращателя от О до 21,

Устройство (фиг.1) содержит возбуждающий генератор 1, соединенный с первым импульсным СВЧ-усилителем 2, волны от которого через передающий волновод 3 подаются в группиро- ватель 4 и в другой передающий волновод 5, а из него через фазовращатели 6 и 7 - на импульсные СВЧ-уси- лители 8 и 9, соединенные передающими волноводами 10 и 11 с соответствующими ускоряющими волноводами 12 и 13, в которых происходит ускорение пучка 14, причем волноводы 12 и 13 и группирова- тель 4 соединены элементом 15, последовательно соединенные пьезоэлектрический преобразователь 16, механически прикрепленный снаружи данного п-ускорякяцего волновода, низкочастотный усилитель 17, частотный фильтр 18, выход которого соединен с первым входом регистратора 19,второй вход которого соединен с п-фазо- вращателем.

В конструкции первичного преобразователя (фиг.2) на элементах ускоряющих волноводов снаружи устлав3.1

ливают пьезоэлектрические преобразователи, содержащие латунный акустический канал 20 (время распространения звукового сигнала порядка 5 х X 10 с) с матрицей для пьезокерами- ческого диска 21, фиксируемого с помощью прижимающего электрода 22,изолированного от экранирующего корпуса преобразователя 23 посредством направляющего полиэтиленового цилинд ра 24 и полиэтиленового уплотнителя 25. Прижимающий электрод имеет изоли рованный от корпуса электрический вывод через разъем 26. Акустические колебания элементов ускоряющего вол- новода по звукопроводу достигают пьезокерамического диска 21 и, деформируя его, создают на обкладках диска обусловленный прямым пьезоэф- фектом сигнал, который после усиле- НИН низкочастотным усилителем 17 (Кц 40 дБ ) через полосовой фильтр 18 (полоса пропускания 20 кГц) фиксируется на регистрирующем приборе (например, двухкоординатный потен- циометр).

Характерные частоты собственных колебаний элементов ускоряющего волновода определяют с помощью анализатора спектра (0,4 - 600 кГц). Изуча- ют изменения спектральных составляющих сигналов в зависимости от режимов ускорения пучка (фиг.З и 4) в щироком диапазоне токов пучка (10 - 1,5 А) и длительностей им- пульсов тока (3«10 - 5-10 с). Проверяют возможность контроля оптимального режима ускорения по минимуму сигнала на регистраторе (фиг.5) в диапазоне частот посьшок импуль- сов тока 5 - 900 Гц.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Импульс электромагнитных волн от

возбуждающего генератора 1 поступает на импульсный СВЧ-усилитель 2, далее - по передающему волноводу 3 - в группирователь 4. Часть электро- магнитных волн по передающему волноводу 5 через фазовращатели 6 и 7 поступает на другие импульсные СВЧ- усилители 8 и 9 соответственно, а от них - передающим волноводам 10 и 11 и в ускоряюище волноводы 12 и 13. Электромагнитная волна в ускоряющем волноводе, отдав часть своей энергии на ускорение пучка 14, пог124

лощается в элементах этого волновода и вызьгоает в них акустические колебания, амплитуда которых измеряется пьезоэлектрическим преобразователем 16, сигнал от которого после усиления низкочастотным усилителем 17 через полосовой фильтр 18 поступает на регистратор 19. Минимального сигнала от пьезоэлектрического преобразователя 16 добиваются, изменяя (при заданных значениях тока пучка, мощности возбуждения и СВЧ-усиления) режим фазовращателя 6- (для случая расположения преобразователя 16 на ускоряющем волноводе 12, т.е. для -случая контроля режима ускорения пучка в ускоряющем волноводе 12), а непрерывный контроль оптимального режима ускорения, т.е. контроль максимальной части энергии, отдаваемой пучку в ускоряющем волноводе, сводится к контролю минимума - сигнала на регистраторе 19.

Для измерения амплитуды акустических колебаний пьезоэлектрический преобразователь прикрепляется снаружи ускоряющего пучок волновода. Для контроля режима ускорения контролируют минимум амплитуды сигнала с датчика, а не измеряют ток и энергию пучка, периодически помещая датчик под пучок,кроме того, нет необходимости в отклонении пучка и прерывании процесса сильноточного ускорения.

Таким образом, существует принципиальная возможность широкого использования предлагаемого способа и реализующего его устройств-а для быстрого контроля режима ускорения в многосекционных линейных ускорителях, контроля и выявления критических моментов в работе ускоряющих волноводов, например высокочастотных пробоев, ухудшения свойств поглощающих нагрузок задолго до аварийного выхода этих волноводов из строя. Это позволяет увеличить срок службы ускорякяцих волноводов за счет своевременной диагностики состояния элементов этих дорогостоящих устройств с помощью предлагаемого устройства (увеличение в процессе эксплуатации амплитуды акустических колебаний в элементах ускоряющих волноводов при прочих равных условиях ускорения пучка указывает на снижение эффективности работы ускоряющих волноводов, на уменьшение части энерto

512922

гии, передаваемой ускоряемому в них пучку).

Способ позволяет оперативно оцеивать режим ускорения во время неп- 5 рерывной работы ускорителя в широком диапазоне токов пучка, длительостей и частот посылок импульсоэ тока пучка. Тот факт, что скорость распространения звуковых волн много меньше скорости распространения электромагнитных колебаний, а также спользование в устройстве частотных фильтров, делают устройство, реализующее пр едлагаемый способ, помехоустойчивым.

Формула изобретения

1. Способ регулировки режима уско- 0 рения в многосекционном линейном ускорителе, заключающийся в пропускании пучка через группирующую и ускоряющую секции, фазировании этих секций и последующем измере - нии тока и энергии пучка, о т -- ичающийся тем, что, с целью упрощения и повьш1ения точнос15

126

ти способа при заданных величинах тока и СВЧ-мопщости, измеряют амплитуду акустических колебаний в -элементах каждой ускоряющей секции и при достижении минимального значения этой амппитуды фазирование секции прекращают.

2. Устройство для регулирования режима ускорения в многосекционном линейном ускорителе, содержащее набор первичных преобразователей, выходы которых соединены с входами блока регистрации, входь которого соединены с управляющими входами фазовращателей, установленных в каналах ВЧ питания секций, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, первичные преобразователи выполнены в виде пьезоэлектрических преобразователей и установлены на наружной поверхности элементов ускоряющих секций.

.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что крепление пьезоэлектрических преобразователей к элементам ускоряющих секций осуществлено через звукопровод.

Изобретение относится к ускорительной технике и позволяет упростить процедуру настройки режима ус- коренид, а также повысить точность настройки каждой ускоряющей секции. Устройство содержит возбуждающий генератор 1, импульсные СВЧ-усилители 2,8 и 9, передающие волноводы 3,5, 10 и 11, группирователь 4, фазовращатели 6 и 7, ускоряющие волноводы 12 и 13, первичные преобразователи 16, низкочастотный усилитель 17, частотный фильтр 18 и регистратор 19. Лучок 14 пропускают через группирующую и ускоряющую секции. Секции фокусируют и измеряют токи и энергию пучка 14. В элементах каждой ускоряющей секции посредством первичных преобразователей 16, вьшолненных в .виде пьезоэлектрических преобразователей, закрепленных на наружной поверхности ускоряющих секций через звукопровод, измеряют амплитуду акустических колебаний. При достижении минимального значения этой амплитуды фазирование секции прекращают. 2 с.п. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил. о & (Л

Длите/гьиость wngfJbCoO тока. S,

т

50 60 70 ,кГц 9иг.З

200

и,иВ

150

100

50

Дпиттност импу/ftcoS шот-5,5-Ю с

и,м5

80 120 т 200

т

т

50

Дттелмост

импу/г1 сов

тока-З-Ю с

4{7 80 т 160 200 f.ffГц 9и.г.

Амплитуда сигнала, отн, ед

Ч

/

60 120 180 500 Ш Ш

Угол фазовой расстроит ускоряющего бол но до да.град

(Риг.5

Редактор И.Дербак

Составитель Е.Громов Техред Л.Сердюкова

Заказ Тираж 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

/

,.

Корректор С.Шекмар