Инжектор линейного индукционного ускорителя Советский патент 1987 года по МПК H05H5/00 

ИзобретёШ1е относится к импульс ной ускорительной технике и предназначено для получения, формирования и последукяцей инжекции электронного пучка в линейный индукционный ускоритель, а также может быть использовано как самостоятельный ускоритель.

Цель изобретения - упрощение конструкции, что позволяет уменьшить стоимость установки, так как отпадает необходимость во втором источнике питания и коммутаторе,

На фиг.1 показан инжектор линейного индукционного ускорителя; на фиг.2 - эпюры, характеризующие работу устройства.

Предпагаемьгй инжектор содержит корпус 1, ферромагнитные сердечники 2 индукционной системы, витки 3 намагничивания , двойную формирующую линию 4, коммутатор 5, катододержа- тель 6, фокусирующий электрод 7 катода, диэлектрическую пластину 8, сетку 9, обкладку 10, конденсатор 1 дроссель 12 насыщения, анод 13, фокусирующую катушку 14, цилиндр Фара- дея 15, импульсный трансформатор 16 тиристор 17, емкостный накопитель 18

На эпюрах (фиг.2), характеризующих работу устройства показаны напряжение 19 емкостного накопителя, напряжение 20 двойной формирующей линии, ток 21 автоэлектронной эмиссии в сетки, импульс 22 высокого напряжения катод-анодного промежутка, ток 23 с диэлектрической пластины при отсутствии дросселя насьщения, ток 24 с диэлектрической пластины . при наличии дросселя насыщения, напряжение 25 обкладки 10 относительно сетки 9, ток 26 пучка цилиндра Фа- Р адея.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии емкостный накопитель 18 заряжен до требуемого уровня напряжения, а по катушке 14 протекает ток, создающий необходимое фокусирующее продольное магнитное поле. При подаче запускающего импульса на тиристор 17 емкостный накопитель подключается к первичной обмотке импульсного трансформатора 16 и с моментй времени с, начинается заряд формирующих линий 4. Потенциал формирующей линии через дроссель 12 насыщения, конденсатор 11, обкладку 10 прикладывается к промежуткусетка 9. женность

диэлектрическая пластина о - В момент времени С напря- на проводниках сетки мало

5

5

0

го радиуса достигает величины, достаточной для автоэлектронной эмиссии, и на диэлектрическую поверхность начинает осаждаться заряд. Ток в цепи: сетка - диэлектрическя пластина (ток поляризации) - конденсатор 11 - дроссель 12 насыщения - обмотка и fflyльcнoгo трансформатора - корпус 1 - сетка 21 показан эпюрой. Осаждаемый на поверхности диэлектрической пластины заряд компенсируется и удерживается положительным зарядом обкладки 10, поэтому электрическое поле осаждаемого заряда сосредоточено в основном в диэлектрике диэлектрической пластины 8.

0 В момент времени с, когда накопитель 18 передал свою энергию двойной формирующей линии 4, включается коммутатор 5. При этом цепь: обкладка 10 - конденсатор 11 - дроссель 12 насыщения через коммутатор подключается к корпусу ускорителя, а следовательно, через катододержа- тель 6, фокусирующий электрод 7 катода к сетке 9. Напряжение конденсатора 1 I и диэлектрической гшастины 8 прикладывается к промежутку .сетка - поверхность диэлектрической пластины .и осажденные ранее электроны начинают сниматься с поверхности диэлек5 трика. Ток в цепи разряда конденсатора 1I и диэлектрической пластины ограничивается величиной импеданса цепи разряда:: дросселем насыщения и соединяющими проводниками обкладки 10 конденсаторов I1,

В то же время ускоряющее напряжение в катод-ешодном промежутке появляется через время пробега волны по плечу двойной формирующей линии 4 и

5 напряжение линии 4 прикладывается к виткам намагничивания в интервале времени tj-t. Амплитуда импульса высокого напряжения в согласованном режиме равна напряжению заряда двой0 ной формируюп1,ей линии, умноженной на число ферромагнитных сердечников 2. В случае, если в цепи разряда конденсатора 11 и конденсатора, образованного диэлектрической пластиной

5 8, имеется линейный активно-индуктивный импеданс, то ток 23 разряда этих конденсаторов показан эпюрой и начинается сразу при замыкании коммута0

тора 5. Это приводит к тому, что в катод-анодный промежуток за счет прозрачности сетки попадают низкоэнергетические электроны, изменяющие первианс катод-анодного промежутка, и при появлении импульса ускоряющего напряжения захватываемые в ускорение электроны имеют значительный разброс по энергии и высокую расходимость пучка, К тому же значительная часть заряда, ранее накопленного на диэлектрической поверхности, попадает на сетку и не захватывается в ускорение, что при прочих равных условиях требует накопления на диэлектрической поверхности большего заряда.

Для устранения этого недостатка в цепь разряда конденсатора 1I введен дроссель 12 насыщения, которьй задерживает импульс тока электронов с диэлектрической поверхности на время t4-t3, и он оказывается сфази- рованным по отношению импульса 22 высокого напряжения катод-анодного промежутка.

Роль активно-индуктивного импеданса в рассматриваемом,случае вы- полняет обмотка насыщенного дросселя насыщения и участок коаксиального кабеля, образованный катододержате- лем 6 и проводником, соединяющим обкладку 10 и конденсатор II, Наличие конденсатора 11 позволяет согласовать напряжение имеющегося источника с напряжением, необходимым для пит ания диэлектрического эмиттера, и, кроме того, контролируя напряжение на конденсаторе 1I, можно осуществлять измерение величины заряда, осаждаемого на диэлектрическую поверхность,

В качестве диэлектрического эмиттера предлагаемого инжектора целесообразно использовать диэлектрик с большой диэлектрической проницаемостью - сегнетоэлектрики. Например для диаметра катода до 100 мм диэлектрический эмиттер легко выполняется .50 что, с целью упрощения конструкции, на основе конденсаторов типа КВИ илиа инжектор введены последовательно

10

К 15 - 10 0,01 мкФ, 45 кВ, Е 1300), В качестве сетки используются проводники из нихромовой проволоки диаметром 0,08 мм, расположенные на расстоянии 1-2 мм над поверхностью диэлектрика с шагом 4-5 мм. Дроссель насыщения целесообразно выполнять в

соединенные конденсатор и дроссель насьш1ения, при этом конденсатор подключен к подложке катодного узла, 55 а дроссель к общей точке соединения коммутирующего элемента, двойной формирующей линии и импульсного неточника питания.

95540

виде ударной линии, располагая его в катододержателе.

Например, для получения тока

10

15

, 1,5:10 Ав течение импульса 0, с необходимый заряд на диэлектрической пластине будет при напряжении на обкладке 32 кВ, и при зарядном напряжении двойной формирующей линии 50 кВ потребуется конденсатор в цепи обкладки А/0,02 мкФ, а дроссель насыщения должен иметь потокосцепление v5 10 , что при размахе индукции 2,5 Т требует 20 см стали. Указанный ток 1,5 кА при длительности 0,210 си энергии электронов

500 кэВ получен экспериментально в рассмотренном инжекторе.

Таким образом, в предлагаемом устройстве для питания диэлектрического эмиттера используются источник питания и коммутатор, создающие импульс высокого напряжения в катод- анодном промежутке, что существенно упрощает конструкцию устройства и увеличивает ее надежнос1ь Осуществление фазирования тока электронов с диэлектрической поверхности с импульсом высокого напряжения катод- анодного промежутка дросселем насыщения позволяет исключить низкоэнергетические электроны в катод-анод ном промежутке до прихода импульса высокого напряжения и тем самым уменьшить разброс энергии электроно-- пучка и повысить его качество.

Формула изобретения

Инжектор линейного индукционного ускорителя, содержащий ферромагнитную индукционную систему, подключенную к двойной формирующей линии, вход которой через коммутирующий элемент подключен к выходу импульс-. ного источника пиtaния, анодньй электрод и катодный узел, содержащий сетку и металлическу ю подложку, на кото рой расположена диэлектрическая пластина, отличающийся тем,

соединенные конденсатор и дроссель насьш1ения, при этом конденсатор подключен к подложке катодного узла, 55 а дроссель к общей точке соединения коммутирующего элемента, двойной формирующей линии и импульсного неточника питания.

Lh

II

(pue.Z