Способ стабилизации энергии электронов Советский патент 1991 года по МПК H05H7/00 

1

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для стабилизации энергии электронов, ускоренных в линейных ускорителях на бегущей волне.

Цель изобретения - упрощение стабилизации.

Предлагаемый способ иллюстрируется примером его осуществления с помощью схемы, показанной на фиг. 1, где 1 - ускоряющие секции, 2 - источники СВЧ-мощности, на которые через импульсные трансформаторы 3 при срабатывании коммутаторов 4 от формирующих линий 5 подается импульс напряжения. Формирующие линии 5 заряжаются через зарядные дроссели 6 от выпрямителей 7. Возбужденное в секциях электрическое поле ускоряет электронный пучок 8. Для осуществления стабилизации с помощью измерителей 9 непрерывно измеряют напряжение заряда формирующих линий Ur(t1, где i - номер секции, например,, с помощью омических или емкостных дани гелей. Сигналы Uj(t) поступают з управляющий блок 10, в которое каждый из них возводится в квадрат (например,с помощью аналоговых устройств) и умножается на коэффициенты К;, равные отношению прироста энергии в i-й секции к

U2 . Коэффициенты К-, характеризую1i

цие изменение прироста энергии частиц

в i-й секции при изменении из-за изменения амплитуды ВЧ-поля на выходе клистрона и его фазы, определяются из предварительных измерений. Полученное в результате этой операции

ЯКЖав

314/

прошвсдение К; U(t) численно равно ТОМУ приросту -энергии, который получен в i-й секции ускорителя, если синхронизирующий импульс на запуск 1-го модулятора подают в момент времени t. Зятем в блоке 10 производится суммирование полученных произведений. Ич вышесказанного ясно, что полученная суммя 2I.K-U.(t) численно U1

равна тому значению энергии, которое имеют ускоренные электроны на выходе ускорителя, если подать синхронизирующий импульс на его запуск в момент времени t. В блоке 10 имеется комнам г

ратор, в котором сумма 5lK-U.(t)

-t

непрерывно сравнивается с опорным напряжением, численно равным требуемой энергии Ј ускоренных частиц В момент достижения равенства

ZK;U(t)-Ј(О .

i 1

компаратор в блоке 10 вырабатывает синхронизирующий импульс 11, который подается на запуск коммутаторов 4 и

(3)

0

На фиг. 2 показаны процессы заряда формирующих линий в номинальном режиме (кривая l) и при отклонении питающего напряхения от его номинального значения U0 на величину iuU (кривые 2 и 3). Момент времени to выбирается исходя из имеющих место величин нестабильно стей Ди питающего напряжения таким образом, чтобы при максимальном отклонении в сторону уменьшения могло быть достигнуто требуемое значение напряжения на формирующей линии, равное его номинальному значению (t0). Это условие, очевидно, имеет вид 2()U;0 (te)-Ue-(l-cosfi)t/,). (4)

-о о Отсюда следует, что

t arccos (-1+-). Например, при нестабильности

-2

(5)

10 имеем из формулы (5) После определения t

по

формуле (5) определяется П по форму

Изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения - стабилизация энергии электронов в линейных ускорителях на бегущей волне. Цель достигается тем, что непрерывно измеряет квадрэт напряжения заряда формирующих линии импульсного генератора каждой из секцич, а синхронизирующий импульс на .запуск ускорителя подают н момент- достижения рзН2 венства 5lK;U-(t)6, где Ј - требу еi t мое-значение энергии ускоренных частиц U, (t) - напряжение заряда формирующей линии i-й секции BJ; Kj предварительно измеренное отношение прироста энергии электронов в 2 Г э В1 1-й секции к U. I - ; N число /ско- 1 L В -I рягащнх секций„ 2 ил. с 50

других систем ускорителя. В результа-зд ле (3). Тем самым полностью задан

те на ускоряющие секции -подаются БЧ-импульсы такой амплитуды, что сумма приростов энергии частиц в секциях равна требуемой энергии ускоренных частиц Ј .

Проанализируем детально процесс нарастания напряжения на формирующих линиях при их резонансном заряде до требуемых величин. Для этого рассмотрим сначала номинальный режим, когда нестабильности отсутствуют. Считаем, что в этом режиме питание всех формирующих линий осуществляется одинаковым выпрямленным напряжением U0. Заряд формирующих линий приближение описывается соотношением

U;Q (t)U0(l-cosujt)(2)

где U- (t) - значение Ut(t) в номинальном режиме; 03 , f - частота следования импульсов. Формула (2) не учитывает потерь в зарядной цепи, но для проводимых ниже оценок это несущественно. Выберем такое значение U , чтобы в номинальном режиме

в момент времени tfl достигалось требуемое значение суммы (1), поскольку в поминальном режиме все значения U;0(t) равны, то с учетом соотношения (2)

режим заряда формирующих линий, требуемый для стабилизации энергий на основе предлагаемого способа.

Рассмотрим теперь, в какой момент времени происходит запуск ускорителя при отклонении питающих напряжений от номинальных. При наличии нестабильности AU, напряжения питания секции заряд ее формирующей линии происходит по закону

U;(t) (Ue+UU;)(l-cosu)t)(6)

Подставляя выражение (6) в уравнение (), получим следующее выражение для момента срабатывания ускорителя tj :

Например, для двухсекционного ускорителя, когда Ли,, пользуясь выражениями (7) и (3), найдем для момента срабатывания t,

(1-cosWt, ) (l-cosot0) -r ™l :rr-r ,(B)

а при U U( -ftlu--UU найдем для момента сраблтыв.шин II-cosiOL (l-cosQt) -.-««т- .

f aT-TV 2Ј;

В случае, когда ДU, , получим из выражении (7) и (3), что запуск ускорителя происходит в момент

показаны на фиг. 2. В первлх двух случаях в момент запуска напряжения на обеих формирующих линиях одинаковы, в третьем случае напряжение на первой формирующей линии больше, чем на второй. Таким образом, вклад секций в прирост энергии частиц изменяется от импульса к импульсу, а полная энергия электронов на выходе усU;0 (te+ut)Ue(l-co8(0(t0+At);

&U U;0 (t0+ut)-U,0 (to) cosu)t0-cos«(t0 + At)

U

U. o (to)

Формула (II) определяет относи- тельное изменение нанртжения на формирующей линии из-за задержки сигнала запуска на величину Л с.

Сделаем оценку величины ДС в рассмотренных выше условиях ( Гц,

ftU lЈ

„-2

410 ). Пользуясь формулами

i

(1J) и (5), найден что, например, для полупения нестабильности Ј

U

не более 0,1% задержка сигнала At сне должна превьпиать 100 мкс, что легко выполнимо. Таким образом, на основе предлагаемого способа можно уменьшить нестабильность энергии частиц на выходе ускорителя до десятых долей процента при нестабильности питающих напряжений 8%, Для этого, конечно, и величины К- и U должны быть измерены с соответствующей точностью, а величины Kj не должны изменяться со временем, что обычно обеспечивается стабилизацией температуры .секций, частотой питающего СВЧ-гене- ратора, контролем отсутствия пробоев в секциях и т.д.

1478983

ко ригеля остается ем оценки te, t,

AU2.

для случая Г )00 Гц, -- 4 Ю ,

Uo KV I , 2К, ЛТольчуясь выражениями (5),

(О)-(Ю), имеем t0

(-,

8,73- 1(Г с,

.

0

t, -8,2-10 с; -с;

Одним из основных факторов, определяющих точность стабилизации, яв- ляется задержка сигнала запуска ускорителя после достижения равенства (1) в цепях передачи импульсов к блоку 10 (фиг. 1), задержка, обус5 ловленная конечным временем обработ,- ки информации в блоке 10, а также задержка синхронизирующего импульса при его передаче к элементам ускорителя от блока 10. Оценку допустимой задержки сделаем для номинального режима. Вследствие задержки срабатывание ускорителя происходит не в мо0

мент мент найдем

te, а несколько позднее, в мо- t0+At. Пользуясь формулой (2),

l-cosWt0

(П)

Формула изобретения Способ стабилизации энергии электронов, ускоренных в линейном резонансном ускорителе, в котором высоко5 частотную мощность в ускоряющие секции вводят от высокочастотных генераторов, на которые после подачи синхронизирующего импульса подают импульсные напряжения от предвари0 тельно заряженных формирующих линий модуляторов, отличающийся тем, что, с целью упрощения стабилизации, непрерывно измеряют квадрат( . напряжения заряда формирующей линии

5 в каждом модуляторе, а синхронизирующий импульс на запуск ускорителя подают в момент достижения равенства

ЈIk;U(t)-6,

где Ј - требуемое экачение энергии ускоренных частиц Uj (t) - напряжение заряда формирующей линии в i-м модуляторе в момент времени К; - предварительно измеренное отношение прироста энергии электро0

5

нов в i-й секции ускоряющих секций.

- « число