Способ высокочастотного питания линейного ускорителя электронов и система для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК H05H7/02 H05H9/00 

Изобретение относится к ускори- .тельной технике, а именно к сильноточным ускорителям заряженных частиц с малой длительностью импульса тока,

Целью изобретения является уменьшение энергетх-гческого разброса электронов за счет уменьшения спад;а литуды сигнала;, поданаемого на вход замедляющей структуры.

На фнг,1 изображена структурная схема устройства J реализ 1ощего. данный способ; на фиг.2 представлены временные MHarpaMivib работы устройства.

Устройство содержит задающкй генератор i ВЧ-л О цности, соед -гнен;-п П1 волноводным трактом с усилителем 2 ВЧ-мощностк через бьгстродсйствую- щнй фазовращатель 3 Вь ход усилителя под.к.1.;:С1чен К ВХОДНОМУ плечу моста 4, К ДЕ-ум другим плечам моста 4 подсоединены два высокодобротных накопмтелькьгд резонатора 5 Ч; устройствами 6 для ступенчатого из-- мененич связи, а к выходному плечу - вход ;гамедлян}цей структуры 7 ускори- тел:я« Дпя создания требуемоГт амплитудной модуляции в такт возбужде- аик ус Ш4-л7еля 2 введен предварительный усилитель 8 ВЧ-мощности (типа лампы с бегущими волнами). Управление усилителя 8 осуществляется от генератора 9 импульсов напряжения заданной , который может быть создан на основе цифро- аналогового преобразователя, подключенного либо к счетчику, либо к ЭВМ

Работает устройство согласно преложенному способу следующим образом.

В течение основной части ВЧ-им- пульса задающего генератора t6(0,tg (см.фиг.2) энергия усилителя 2 мощности запасается в высокодобротных резонаторах 5. В момент времени t осуществляется резкое увеличение связи накопительньпс резонаторов одновременно со срабатыванием быстродействующего фазовращателя 3, вы- зывающегд изменение фазы падающей на резонаторы ВЧ-волны на 180°(см. фиг.2а). Предварительный усилитель 8 после момента времени tg осуществляет амплитудную модуляцип поля на входе в усилитель 2 мощности по закону, определяемому формулой

tefo.to

Е„; t; О,

f..-(.4fp.

, -1 « i-i it .-f -Л

4:о

-X

.,}

qi Т, te to,.t3

) (I)

де t .- момент коммутации ВЧ-энергии, с; t{j - длительность импульса

ВЧ-мощности, с;

Р Коэффициенты связи резонаторов в период накопления и использования ВЧ- звергии соответственно;

40

45

cia

21 ,

1 +1

)

, „„Ol. . irfo(U/5,)

50

g5i

)

- постоянные установления поля в период накопления. и использования ВЧ-знергии соответственно, с

0

5

0

5

0

5

Qp,f - собственная добротность и резонансная частота накопительных резонаторов, Гц; Ер и E,j - напряженность поля волны, падающей на резонаторы в период накопления энергии, и поля на входе ускоряющей секции соответственно.

Эпюра изменения напряженности поля на выходе; усилителя мощности .(t) представлена на фиг.2б. В результате сложения мощности усилителя 2 и мощности излучения из резонаторов 5 на входе в ускоряющую секцию формируется импульс ВЧ-поля E-Ct), эпюра которого представлена на фиг.2в. При зтом в течение некоторого Интервала времени it ( tj) напряженность электрического поля не зависит от времени.

Таким образом, при согласованной работе узлов ускорителя в ускоряющую секцию поступает импульс ВЧ-мощности, значительно превьшающий мощность ВЧ-усилителя 2 и немодулированный по фазе и амплитуде внутри интервала времени At,.

При условии, что время заполнения ускоряющей секции ЛУЭ меньще д t, на выходе ускорителя можно получить пучок заряженных частиц без дополнительного энергетического разброса.

t .

Проиллюстрируем преимущества изобретения на примере ЛУЭ с параметрами; длина ускоряющей секции 4,41 м, параметр нагруясения а/ Д 0,J4, мощ-. ность питающего ВЧ-генератора 20 МВт. За исходные параметры берут следующие величины: козффициен- ты связи р езьнаторрв i 1 и J 20, постоянные - установление поля в резонаторах , 5 икс, Cj, 0,5 икс, собственная добротность. Q.fflO, резонансная частота f « МГц, Момент коммутации ВЧ-энергии tp 4 МКС, длительность импульса ВЧ. мощности ty 5 Mice. Тогда согласно выражешло (1) напряженность поля волны, падающей на резонаторы в пе-риод накопления энергии, , МВ/м

и напряженность поля на выходе ускоряющей секции Е - 5 МВ/м. При этих значениях на.выходе ускорителя можно получить пучок электронов с энергией порядка 30-40 МэВ и шириной энергетического спектра 4-5%.

Формула изобретени

1Способ высокочастотного питания линейного ускорителя электронов, включающий возбуждение системы накопительных резонаторов с переменной связью, последующее изменение фазы падающей на резонатор волны на 480 . с одновременным увеличением коэффициента связи накопительных резонаторов с трактом и изменением амплитуды напряженности электрического поля волны, поступающей на накопительные резонаторы, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью уменшения энергетического разброса электронов за счет уменьшения спа- да амплитуды сигнала, подаваемого на вход замедляющей структуры, изменение амплитуды напряженности электрического поля волны, поступающей на накопительные резонаторы, осуществляют согласно следующему выражению:

ЕО для ,t 5 . /ff о(..ip

) ,,t,l,

де tj - момент времени, в который осуществляется вывод ВЧ-энергии из на- копительш 1х резонато- ров, с; ty - длительность импульса

ВЧ-мощности, с; PI, - коэффициенты связи накопительных резонаторов в период накопления и период использования ВЧ-энергии соответственно;

Oil

2/3i

Г+,

(i + f,)

)

- постоянные установления поля в период накопления и исполь зевания ВЧ-энергип соответственно,с; Од - собственная доб

и Е,

ротность накопительных конденсаторов;- напряженность

электрического поля подающей на накопительные резонаторы волны в период накопления энергии и поля на входе замедляющей структуры ускорителя в период использования энергии соответственно, В/м.

2. Система высокочастотного питания линейного ускорителя электронов,

содержащая последовательно соединенные задающий генератор, быстродействующий фазовращатель, соединенный

35.

трактом с входом усилителя высокочастотной мощности, выход которого соединен с входным плечом волновод- ного моста, выходное плечо которого соединено с входом замедляклцей струк40 туры ускорителя, а к каждому из двух других плеч моста подключены накопительные резонаторы, снабженные устройствами для -ступенчатого изменения связи, отличающа

д5 я с я тем, что, с целью повышения монознергетичности пучка, в тракт медду усилителем высокочастотной мощности и быстродействующим фазовращателем введен усилитель с регу50 лируемым коэффициентом усиления, управляющий вход которого соединен с выходом дополнительно введенного генератора импульсов напряжения заданной форьш.

t

Изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения -- уменьшение энергетического разброса ускоренных электронов. Цель изобретения заключается в уменьшении спада амплитуды сигнала5 подаваемого улггя даволорсчигли.- «пгдчпишглс на Бход йг- -ледляк леи Ь ст 4 i o об ;с;;ечиваатск из.сме:-;г;Н;-; я прж Ч ЭН г-ости элег тр;7чс;ского B-VTKM, поступ;:жцеп на накопитс:п. резонаторы г.йстеьъ; пь:соко ас7оттг.иго пптз- ния замедляющей CItcтe.i л;;лсйт1О1-о ускориталя, электроноБ. П);и-.чсдится аналитическое выраже){ие лг:я rpefiye- мсго изменентш напряжентгости полк во рремекн, Спопоб реалпзснгп - уст- ройсгве S, . coдepжзл( ск читч ль с. ре-- гулируем:-:м коэффициентом ус ше тн, генера ср HMnyjTbccB угап эяж гн.п я Зг-;- даиной фср№1.. линейный ускорптет.,, задаю ций ггнере:;тср, 6ыстрод1и1с :-;; С гдий фазовращатель 5 уси.г.ртель высокочастотной мощности, волководкмй мое ., замедляюгп ло сгрук уру, ;-г о- П55тель; ые рег;сь зторы, снабжеи;,ъ:е устройс Г ами ,цлл ступз1-гча огс кия связ; К 2 с,, 2 ;:.л,, К к