Способ модуляции сильноточного электронного пучка и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК H05H7/12 

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для генерации мощного высокочастотного электромагнитного , излучения и исследования коллективных методов ускорения заряженных частиц.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона и упрощение управления частотой и глубиной модуляции тока сильноточного электронного пучка (СЭП).

На чертеже приведена схема уст ройства для реализации способа модуляции сильточного электронного пучка На чертеже приняты следующие обозначения: электронный пучок 1, катод 2, канал 3 дрейфа, катушки 4 соленоида, участок 5, имеющий поперечное сечение, большее сечения канала, металлическая сетка 6, управляемый источник 7 ионов, коллектор 8.

Электронный пучок 1 инжектируется с катодом 2 в вакуумный канал 3 дрейфа, и удерживается продольным магнитным полем, создаваемым катушками 4 соланоида, В канале- имеется относительно короткий участок большего, чем канал, диаметра - участок 5, циЛИНд|ричеекая поверхность которого выполнена из .металлической сетки 6« Из управляемого источника 7 ионов через эту сетку в электронный пучок инжектируется модулирован- ньй ионный поток. Электроны, прошедшие через уачсток 5, попадают на коллектор 8 в конце камеры.

Известно, что ток СЭП, распространяющегося в вакууме, ограничивается провисанием электростатического потенциала, обусловленным пространственным зарядом пучка. Предельное значение транспортируемого тока уменьшается при увеличении отношения радиуса канала к радиусу пучка и в рассматриваемой структуре может быТь значительно меньше, чем в гладком канале дрейфа, за счет провисания потенциала на участке 5. Глубина потенциальной ямы на участке 5 может регулироваться путем изменения диаметра участка и его длины, достигая в пределе величины напряжения в ди оде.

Инжектируя на участок 5 канала дрейфа ионы, можно обеспечить нейтрализацию пространственного заряда СЭП и уменьшить глубину потенциальн

S

0

5

0

35

0

45

ямы. Величина транспортируемого тока СЭП при этом возрастает и может достигнуть величины, близкой к.значению предельного вакуумного тока в камере. После ухода ионов из участка 5 канала дрейфа вновь формируется потенциальная яма и электронный ток уменьшается.

Таким образом, инжектируя модулированный с частотой tg ионный поток, можно обеспечить модуляцию тока СЭП с той же частотой.

Управляемый, источник 7 ионов мо- жет быть выполнен в виде плазмона- полненного диода или триода, из которого вытягивается ионный поток, пропускаемьш через коаксиальный резонатор с перестраиваемой частотой. Энергия и плотность тока ионов регулируются величиной прикладываемого к диоду напряжения. Например, для 50% модуляции СЭП с током 6 кА, радиусом 2 см,, энергией 0,5 мэВ тре- . буется модулированный ионный поток сечением 20 см и с плотностью тбка j . : 7 А/см. Длина и диаметр участка 5 составляют при этом 7 см и 14 см - соответственно.

Использование изобретения позволит уменьшить длину участка.транспортировки, на котором осуществляется модуляция тока СЭП, по сравнению с известным способом от нескольких метров до нескольких сантиметров в , диапазоне частот до 200 МГц.

При заданных размерах участка 5 канала дрейфа управление глубиной и частотой модуляции тока СЭП осуществляется путем изменения частоты модуляции, плотности и энергии ионного потока. Рассчитав по известньм формулам величину предельного тока .и время движения ионов поперек канала, можно показать, что для используемых в настоящее время электронных и ион- ных пучков частота и глубина модуляции могут регулироваться в пределах от 10 до 300 МГц и от О до.80Х соответственно.

0

55

Ионный поток, модулированный на заданной частоте, инжектируется в виде о -дельных сгустков поперек участка 5, НачальнЁШ энергия ионов составляет 50-200 кэБ. По мере движения к оси электронного пучка ионы уско- ряются в потенциальной яме, глубина которой достигает 200-500 кВ, а затем тормозятся. На выходе из пучка

ионы имеют приблизительно ту же энергию, что и при входе в лучок. Таким образом, все ионы выходят из пучка и попадают на противоположную стенку с энергией, равной энергии инжек- ции, затем процесс повторяется.

Формула изобретения.

1. Способ модуляции сильноточного электронного пучка (СЭП) транспортируемого в вакууме ч продольном магнитном поле, отличающийся тем, .что, с целью расширения частотного диапазона и упрощения управления частотой и глубиной модуляции тока СЭП, в вакуумную область инжекти

tri

руют модулированный ионный поток в направлении, перпендикулярном направлению распространения СЭП.

2. Устройство для модуляции силь5 ноточного электронного пучка, содержащее катод, канал дрейфа, расположенный внутри соленоида, о т л и - чающе е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона и

О упрощения управления частотой и глубиной модуляции тока, в канале дрейфа выполнен участок с поперечным сечением, большим сечения канала, и боковой поверхностью из металличес кой сетки, со стороны которой подсоединен источник ион ов, управляем по частоте и величине тока.

ИИ I

/

г J

Л

Y////////7///7////////////7/ ///////// /j

// Ж

У/////////////777

// 222

Т

/////7/ ///////// /j

// Ж

У/////////////777

// 222

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для генерации высокочастотного электромагнитного излучения и исследования коллективных ме8СЕШ : ; н ;:, ЕЙТ -- - 1:-: bHbJh iD t., V.A ШЕЙТ -- - 1:-:-; Я тодов ускорения заряженных частиц. Цель изобретения - расширение частотного диапазона и упрощение управления частотой и глубиной модуляции тока сильноточного злектронного пуч- ка - достигается путем инжектирования в вакуумную область модулирован- ного ионного потока в направлении, перпендикулярном направлению распространения сильноточного электронного пучка. Устройство, реализующее способ, содержит электронный пучок 1, катод 2, канал 3 дрейфа, катушки 4 соленоида, участок 5 с поперечным сечением, большим сечения канала, металлическую cejKy 6, управляемый источник 7 ионов, коллектор 8.Электронный пучок инжектируется катодом fl вакуумный канал и удерживается магнитным полем, создаваемым катушками соленоида. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. i V 00 X) N5

Редактор Т.Лошкарёва

Составитель А.Енбаев .

ТехредМ.Ходанич Корректор Н.Король

Заказ 1538Тираж 660Подписное

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