Рекуператор энергии пучка заряженных частиц Советский патент 1990 года по МПК H05H7/00 

з да 74 о

Изобретение относится к устройствам электрическбго торможения немоног

энергетического потока заряженных частиц, в частности электронов, и мо- жет быть использовано в электронных приборах, в которых для повышения КПД предусмотрена рекуперация энергии заряженных частиц.

Целью изобретения является повы- шение КПД рекуператора энергии пучка заряженных частиц за счет повышения первеанса и уменьшения потока вторичных заряженных частиц и равномерного распределения тепловой на|- рузки по поверхности электродов рекуператора.

На чертеже изображен предлагаемый рекуператор.

Рекуператор энергии пучка заряжен ных частиц содержит последовательно расположенные коллектор 1 вторичных заряженных частиц, выполненный в виде диафрагмы с центральным отверстием из материала с .низким коэффициен- том вторичной эмиссии, например алюминия или титана, устройство 2 круговой развертки пучка, выполненное в виде статора асинхронного электродвигателя или резонатора круговой развертки, представляющего собой цилиндр с осевыми отверстиями в торцах и двумя радиальными взаимоперпенди- лярными вводами мощности, осесиммет- ричную систему конусообразных электродов 3 и последний электрод-отражатель 4, выполненный в форме иглы, расположенный на оси рекуператора за системой электродов 3 внутри объема, ограниченного поверхностью 5.

Рекуператор энергии пучка заряженных частиц работает следующим образом.

Пучок заряженных частиц через отверстие коллектора 1 вторичных заряженных частиц попадает в устройство 2 круговой развертки, где под действием вращающегося магнитного поля отклоняется, входит в зону торможения, разворачиваясь по конической поверхности,5, и оседает на системе электродов 3.

В предлагаемом устройстве повышение первеанса достигается приданием пучку трубчатой формы в области торможения. Предельный ток для рекуператора равен

з , „а/э ,лг

тс

труЈ

(Т - 1У a/R

где а - толщина кольца, м; Р - радиус коллектора,

м,

т, е масса (кг) и заряд (Кл)

электрона;

с - скорость света, M/cj у - релятивистский фактор. Повышение первеанса предлагаемой системы по сравнению, например, с известной системой, где для повышения первеанса используется квадрупольная линза, преобразующая в фокусе пучок электронов в ленточный, предельный ток для которого с достаточной точностью описывается следующим выраже- нием

тс

лент

( 1) 2TT(R - а/4)

где L и а соответственно ширина и толщина пучка м, можно оценить из выражения

I rpyf

AQHT

иэе

a-L

где Р

лреЭл

МЭ6 - первеансы предлагаемого и известного устройств.

Поскольку обычно R а, то очевидно, что первеанс предлагаемой системы значительно превышает первеанс известной системы.

Кроме того, известная система предназначена только для рекуперации энергии моноэнергетического пучка. Использование известной системы для рекуперации энергии немоноэнергети- ческого пучка электронов невозможно, так как для широких немоноэнергети- ческих пучков появляется зависимость степени отбора энергии электронов от их положения в пучке, что приводит к понижению эффективности рекуперации.

Использование в рекуператоре в совокупности устройства круговой развертки и коллектора вторичных заряженных частиц позволяет получить не только равномерное распределение тепловой нагрузки на электроды и уменьшение потока вторичных заряженных частиц с отражателя, но и уменьшение потока вторичных заряженных частиц из рекуператора за счет отклонения вторичных заряженных частиц устройством круговой развертки на Коллектор вторичных заряженных ч астиц

51

В осесимметричных рекуператорах, использующих для сортировки заряженных частиц принцип фонтанирования, на приосевые заряженные частицы первичного потока не действует радиальное электростатическое поле, и поэтому они, затормозившись, отражаются и ускоряются в обратном направлении. Этого можно избежать, отклонив пучок от оси устройства, однако отклонение приведет к локальному перегреву и деформации электродов. Развертка пучка на входе в рекуператор позволяет равномерно распределить тепловую нагрузку по поверхности электродов, рекуператора, а отклонение потока вторичных заряженных частиц от оси системы устройством круговой развертки и осаждение их на коллектор вторичных заряженных частиц уменьшает выход вторичных заряженных частиц из рекуператора, что приводит к повышению КПД рекуперации и позволяет увеличить мощность рекуперируемого пучка.

Скорость развертки пучка можно подобрать так, что распределение тепловой нагрузки по поверхности электродов 3 рекуператора будет равномерным. Так как пучок заряженных частиц тормозится и разделяется по скорости вне конической поверхности 5, то поток вторичных заряженных частиц с отражателя k отсутствует. Ввиду конеч ного поперечного размера пучка часть заряженных частиц может отразиться от поверхности электродов 3j обращенной к входному отверстию, и, ускорившись, вылететь из рекуператора. Такие.заряженные частицы в магнитном поле устройства 2 круговой развертки отклоняются и попадают на коллектор

1вторичных заряженных частиц, поверхность которого имеет низкий коэф- фициент вторичной эмиссии, например 0,1-0,3. Расстояние между устройством

2круговой развертки и коллектором

1 вторичных заряженных частиц должно быть достаточным для отклонения пото- ка вторичных заряженных частиц от отверстия коллектора вторичных заряженных частиц 1 и определяется выражением

R - R Q в

o

0

0

5

0 , о

5

0

где M,Q,V - масса, кг, заряд, Кл, и максимальная скорость вторичных заряженных частиц;

D - толщина устройства круговой развертки, М; В - индукция магнитного поля

в нем, Тл,

R - радиус отверстия коллектора 1 вторичных заряженных частиц, м.

Предлагаемое устройство возволяет увеличить КПД рекуперации по сравнению с прототипом за счет повышения первеанса и уменьшить уровень шумов, например, в СВЧ-приборах за счет уменьшения потока вторичных заряженных частиц. Кроме того, может быть увеличена мощность пучка в 2-4 раза за счет равномерного распределения тепловой нагрузки по электродам рекуператора .

Формула изобретения

1.Рекуператор энергии пучка заряженных частиц, содержащий осесиммет- ричную систему конусообразных электродов и последний электрод-отражатель, расположенный на оси рекуператора, и выполненный в форме иглы, отличающийся тем, что,

с целью повышения КПД, он снабжен устройством круговой развертки пучка, установленным перед системой конусообразных электродов.

2.Рекуператор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен коллектором вторичных заряженных частиц, выполненным в виде диафрагмы с центральным отверстием из материала

с низким коэффициентом вторичной эмиссии, расположенным перед устройством круговой развертки. ,

3.Рекуператор по пп. 1 и 2, о т - личающийся тем, что устройство круговой развертки выполнено в виде резонатора круговой развертки.

k. Рекуператор по пп. 1 и 2, о т- личающийся тем, что устройство круговой развертки выполнено в k виде статора асинхронного электродвигателя „

Изобретение относится к устройствам электрического торможения немоноэнергетического потока заряженных частиц и может быть использовано в электронных приборах с рекуперацией энергии. Цель изобретения - повышение КПД рекуператора - достигается путем повышения первеанса и уменьшения потока вторичных заряженных частиц и равномерного распределения тепловой нагрузки по поверхности рекуператора. Пучок заряженных частиц через отверстие коллектора вторичных заряженных частиц попадают в устройство круговой развертки 2, где пучок отклоняется и входит в зону торможения, разворачиваясь по конической поверхности 5, и оседает на системе электродов 3. Повышение первеанса системы достигается за счет придания пучку трубчатой формы в области торможения. Использование в рекуператоре совокупности устройства круговой развертки и коллектора вторичных заряженных частиц позволяет получить не только равномерное распределение тепловой нагрузки на электроды, но и уменьшение потока вторичных заряженных частиц из рекуператора за счет отклонения вторичных заряженных частиц устройством круговой развертки на коллектор вторичных заряженных частиц. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.