Источник электронов линейного ускорителя Советский патент 1990 года по МПК H05H9/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть исполь- зовано прн наладке фокусирующих сие-, тем линейнык ускорителей резонансного и индукционного типа,

Целью изобретения явд-аяется упрощение юстировки фокусир /ющей системы линейного ускорителя путем инжекцин в тракт транспортнровкк основного

пучка.вспомогательного слаботочного пучкЕ} который выполняет фун:кции злектронного-зонда

Изобретение поясняетсл чертежом, на котором дана схема источника электронов а. ,

Устройства состоит из основного кольцевого катода 1, внутри которого расположен подогреватель 2, н дополнительного юстнровочного катода расположенного в отверстни кольцево го катода 1. Катод 3 снабжен подогревателем 4, По периметру катода 1 рас

положен прнк атодный электрод 5. Перед К.тодоМр соосно с ним расположен анодный электрод б.

Устройство работает следутащим образом. При включении подогревателя 4 нагревается только юстировочный ка, тод 3 и производится юстировка ускорителя. В рабочем режиме бклзочены оба подогревателя 2 к 4 и весь катод работает как единое целое,.

Использование для юстировки слабо- .точного с дополнительного катода,, .соосного с основным} позволяет поочередно включать и вьжлючать . дельные катушки магнитной системьг ускорителя.

Вьшедший из нсточника злетстронов юстировочный пучок проходитужв аъюстированный участок -ускорительного тракта в магнитном поле и достига- ет участка юстировки с тем же приблизительно диаметром, что и на выходе источника электронов. Участок юстировки содержит несколько несъюстиро ванньпс фокусирующих катушек и ка- меру наблюденнк с флюоресцирующим зкрано.м. Ка ручные этого участка пучок движется в магнитном поле только одной из юстируемык катушекs т«е. , проходит участок магнитного поля этой квтушкн, а затем участок д/гиной L до флюоресдируищего экрана, на котором происходит растирейнё пучка полем простраиственного заряда. Практически величина L не превышает 1-2 м, изменяя поле. в юстируемой катуике,

можно наблюдать за поведением пучка на флюоресцирутащем экране. Если геометрическая ось пучка совпадает с магнитной осью катушки, то при изменении магнитного поля изменяется диаметр пучка на флюоресцируюйем зкрй- не а центр его остается неподвижньм, В противном случае происходит смещение геометрического центра юсти- ровочного пучка. Из изложенного ясно, что для проведения юстировки же

лательно иметь тонкий пучок, мало расходящийся на длине .участка юстировки. Однако принципиальных ограничений на возможность проведения юс- тиров очных работ при больших диаметрах юстировочного пучка, вплоть до полного заполнения канала пучком, нгт. Таким образом,- для того, чтобы - источник злектронов обеспечивал воз- 5oжнocть проведения юстировки, необходимо чтобы на длине участка тировки L пучок расходился не более чем до размера канала транспортировки 2Г(. Это обеспечивается при выполнении неравенства

3-10.-p.ln(-), ()

5

где Р - первеанс источника электронов с шстйровочным катодом, Гд радиус юстировочного пучка на входе ршстка юстировки,. MJ cf - угловая д)асходимость пучка, рад; г,, - радиус канала транспортировки, м.

Используя формулу Ленгмюра, можН1з выразить первеанс Р через площадь юстнровочного катода S и расстояние меж,0,у катодом и анодом в..

Р 2.34-.10 irs/d

(2)

Что касается угловой расходнмос . ти пучка с/5 то она может быть выра жена через эмиттанс юстировочного -:

пучка . .

в(- /г,, (3)

где Ге радиус юстировочного пучка в согласованном магнитном поле кату шек съюстированного участка ускори- теля (м)S как так в источнике электронов отсутствуют электроды, форми- специальный юстировочный пучок, то с достаточной точностью можно считать ri, равным радиусу юстировочного катода.

иОП47Д

Юстировочный пучок в области источника алектронов можно в полной мере отнести к параксиальным пучкам Поэтому сферической аберрацией в анодном отверстии можно пренебречь , Единственным источником углового разброса векторов скорости электронов в юстировочном пучке с достаточной точностью можно считать .начальные тепловые скорости электронов в термокатодах косвенного накала, температура поверхности которых не превышает ,17.00 К, Поэтому тепловая энергия электронов elLj- не превышает зВ. Максимальный угол наклона векторов скорости электронов к оси, обусловленный тепловыми скорос- на выходе источника электронов, может быть найден по формуле

(4)

где и,, - амплитуда анодного напряжения источника электронов при юстировке.

и

Из изложенного следует, что при

2,

100-200 КВ величина . о( в формуле (1) составит (1 ,7-0,85) .

Минимальный радиус юстировочного катода ограничивается по двум причи- нам, Эмиттирушщая поверхность юстировочного катода должна иметь правильную круглую форму, иначе затрудняется визуальное наблюдение за смещением центра тяжести юстировочного пучка, С другой стороны, -достаточная яркость изображения пучка- на флюоресцирующем экране достигается при его средней, мощности более ,1 Вт. Удов летворить обоим этим требованиям можно при диаметре юстировочного катода более 1 мм; Инду сционный ускоритель, Hanpvmepj лвляется ускорителем кило- амперного диапазона. Площадь термокатода для получения килоамперных пучков при достигнутых плотностях ток.а ЭМИССИЙ составляет тысячи мм, Источники электронов ЛИУ работают при первеансах более 1-JO А/В, . Таким образом, из приведенных чисг ленных данных с учетом формулы (2) следует, что минимальное значение первеанса юстировочного пучка в практически осуществимых конструкциях будет иметь порядок ,1 0 А/В , при этом

3.10 -Р-1п(--))в

л

Следовательно, величиной в формуле (1) можно пренебречь, и она с учетом С2) будет иметь вид

«-к

L tO,223()4n(-)l dr, (5)

.. v

где TO - диаметр юстировочного катода, м,

Юстировка ускорителя с использованием данного источника электронов имеет следующее преимущество. При юстировке традиционным способом торможение кнлоамперного пучка на коллимирующей диафрагме (сопровождается мощным импульсом тормозного излучения, поэтому юстировка проводится с пульта управления ускорителем. Наблюдение за юстировочньм пучком осуществляется при помощи прикладной

телевизионной установки, а для сокращения времени юстировки приходится использовать дистанционно-уиравляемые устройства перемещения фокусирующих

катушек по поперечным и угловьм координатам.

Так как ток юстировочного пучка источника эле.ктронов очень мал (до не- скольких десятков миллиампер в импульсе при среднем значении менее- 0,5 мкА), то даже при значительной величине энергии электронов около 100-2бО кэВ юстировку ускорителя можно проводить при нахождении обслуживающего персонала в ускорительном зале. Это спо-. собствует сокращению времени наладки ускорителя и Позволяет существенно упростить конструкцию юстнровочных приспособлений фокусирующих катушек, .

Формула изо

р е т е и. н я

. Источник электронов линейного ус- корителя, содержащий основной термо-- катод н формирующие пучок прикатодный электрод и анод, отличающийся тем, что, с целью упрощения юстировки фокусирующей системы линейного ускорителя, в устройство введен дополнительный термокатод с ,

автономным подогревателем, эмиттирую- щая поверхность которого меньше эмит- тирующей поверхности основного термокатода и который расположен в центре основного термокатода соосно с .

НИН, и при этом в шолняется следующее

условие:

к

Lf

tO,223(H.) ln(--),

dГе

где L - длина участка юстировки

ускорителя, м; г, - радиус дополнительного термокатода, м;

гк радиус канала транспортировки ускорителя, м;

d - расстояние между катодМ4 и анодом, м.

Изобретение может быть использовано при наладке ф окусирующих систем линейных ускорителей ХЛУ) резонансного и индукционного типа. ник электронов ЛУ содержит термокатод (ТК) 1 с подогревателем 2 и ТК 3 с автономным подогревателем 4 эмит- тирующая поверхность которого меньше эмиттирующей поверхности ТК 1 н кото- рь1й расположен в центре ТК t соосно с ним, а также катод 5 и анод 6 При этом должно выполняться условие 7 0,223()4n(r/r,) . dr, fo где L - длина участка юстировки ЛУ; TO - радиус ТКЗ; г - радиус канала транспортировки ЛУ; d - расстояние между катодом 5 и анодом 6. Упрощается юстировка фокусирующей системы ЛУ путем ннжекции в тракт - транспортировки основного пучка.вспомогательного слаботочного пучка, ко торый выполняет функции электронного зонда. 1 ил. i СД

S