Ускоритель заряженных частиц Советский патент 1992 года по МПК H05H5/00 

J2

СЛ

00 05

ел

Изобретение относится к импульсной {ускорительной технике и предназначено для получения мощных пучков заряженных частицв

кую полярность по отношению к рабоч му импульсу о Через время, необходимое для перемагничивания сердечников (оно меньше времени заряда ДФЛ )

Целью изобретения увеличе- срабатывает плазмоэрозионный раз№1кую полярность по отношению к рабочему импульсу о Через время, необходимое для перемагничивания сердечников (оно меньше времени заряда ДФЛ ),

срабатывает плазмоэрозионный раз№1

Изобретение относится к импульсной ускорительной технике. Цель изобретения - увеличение выходной мощности и энергии заряженных частиц. Ускоритель содержит источ шк импульсного напряжения, вакуумный индуктор, ппая- моэрозионный размыкатель II,и диод 12, коаксиальную линию, устагтвленн -ю между источником и индуктором нл потенциальном электроде 7 которой размещены ферромагнитные сердечники 8, на каждом из которых размещена одновит- ковая обмотка 9. Обмотки включены параллельно между электродами коаксиальной линии, образуя трансформатор тока, что позволяет увеличить выходную мощность ускорителя в (п+1) раз, где п - число ферромагнитных сердеч- никово 2 ил. (Л

ние выходной мощности и энергии заряженных частиц.

На фиг.I представлена схема предлагаемого ускорителя} на фиго2 - эк- :вивааеитная схема ускорителя с двумя |сердечниками.

Ускоритель эаряженных частиц со- де111жит источник импульсного напряжения, выполненный на основе двойной формирующей линии, в которой в ка- 1честве диэлектрика использована во- |да - высоковольтный ввод 1, внешний Iэлектрод 2 двойной формирующей ли10

15

катель 11, между электродами 10 и; 2 образуется плазменный канал, по которому продолжается заряд ДФЛо Магнитное состояние сердечников к этому моменту характеризуется величиной максимально остаточной индукции Bg« По окончании заряда ДФЛ замыкается коммутатор 5, и по линии II-III от коммутатора 5 начнет распространяться волна тока. При дости;кении ею края электрода 3 между электродами 2 и 4 появится импульс напряжения, который равномерно распределен по первичной

|нии (ДФЛ), средний потенциальный элек-пд обмотке, вклЕочаюадей в себя потенциальтрод 3 ДФЛ, центральный электрод 4, коммутатор 5ДФЛо Объем ДФЛ отделен от остальной части ускорителя одним из разделительных изолятйров 6, после которого установлен объем, аапол- ненный трансформаторным маслом« В этом объеме вдоль его оси установлен , являющийся продолжением электрода 4 потенциальный электрод 7 дополнительной коаксиальной линии, ее на- ружнь м электродом является электрод 3, На потенциальном электрода 7 установлены ферромагнитные сердечники 8 с виткам 9 намагничивания Объем с закрыт вторым разделитель- кзопятороМ} к нему присоединен вакуумный объем, в котором распапо- жен потенциальный злектрод 10 вакуум- ного индуктора плазмоэрозионнь1й размыкатель 1, диод 125,

Римскими цифрами показаны участки коаксиальной линии (стушлт, на которых происходит изменение напряже- кия и тока)о

25

30

35

40

ный электрод 7, потенциальный электрод iO и электрод 2, Дальнейшие процессы, происходящие при работе устройства, описываются при помощи эквивалентной схемы устройства, приведенной на фиго2о На эквивалентной схеме наглядно видно, что нагрузкой витков намагничивания 9 каждой ступени являемся вакуумный индуктор Lo Так как коэффициент трансформации каж.цой ступени равен , единице, то действующее напряжение в витках намагничивания каждой ступени равно напряжению на индукторе U,, которое в свою очередь равно (п-И ) где U - напряжение на выходе ДФЛ, п - число ступеней Под действием этого напряжения происходит перемагничивание (обратное предьщущему) сердечников и индуцируемые в витках намагничивания (теперь они выполняют роль вторичных обмоток) токи 1г« и 1(-я складываются с током ДФЛ 1. Следовательно,, ток в индукторе Ii будет равен .1 I.(n + Г),

ный электрод 7, потенциальный эл трод iO и электрод 2, Дальнейшие цессы, происходящие при работе у ройства, описываются при помощи валентной схемы устройства, прив ной на фиго2о На эквивалентной с ме наглядно видно, что нагрузкой ков намагничивания 9 каждой ступ являемся вакуумный индуктор Lo Т как коэффициент трансформации каж ступени равен , единице, то дейс вующее напряжение в витках намаг чивания каждой ступени равно нап жению на индукторе U,, которое в очередь равно (п-И ) где U пряжение на выходе ДФЛ, п - числ пеней Под действием этого напряж происходит перемагничивание (обр предьщущему) сердечников и индуци мые в витках намагничивания (теп они выполняют роль вторичных обмо токи 1г« и 1(-я складываются с ток ДФЛ 1. Следовательно,, ток в инду ре Ii будет равен .1 I.(n +

Ускоритель заряженных частиц р або- Суммирование токов достигаеттает следующим образом

Подается напряжение от источника питания (например, генератора Аркадьева-Маркса) на высоковольтный ввод 1 и внешний электрод 2, Под действием этого напряжения начинается, заряд межэлектродных емкостей ДФЛ Причем заряд емкости между электродами .4 и 3 происходит по виткам 9,.охватываю щим ферромагнитнь1е сердечники 8,, вызывая их пефемагничивание, Тое переводит их в рабочее состояние,, В анод- катодном зазоре диода 12 ивду-, цируется предымпульс, име(вдий обрат50

55

ся за счет соответствунядего выбор направления намотки витков намагн вания 9 каждой ступени. При дости нии током Is критического значени тока плаз№1 в плазмоэрозионном ра кателе М последний срабатывает, происходит резкий обрыв тока с по следующей генерацией вихревой ЭДС Ldl/dt и весь энергопоток за врем LA-L/RK (где L - общая индуктивно цепи, -Rн сопротивление нагрузки переключается в нагрузку - диод При этом действующее напряжение н диоде 12 достигает величиии и1,-1ц

катель 11, между электродами 10 и; 2 образуется плазменный канал, по которому продолжается заряд ДФЛо Магнитное состояние сердечников к этому моменту характеризуется величиной максимально остаточной индукции Bg« По окончании заряда ДФЛ замыкается коммутатор 5, и по линии II-III от коммутатора 5 начнет распространяться волна тока. При дости;кении ею края электрода 3 между электродами 2 и 4 появится импульс напряжения, который равномерно распределен по первичной

обмотке, вклЕочаюадей в себя потенциаль

ный электрод 7, потенциальный электрод iO и электрод 2, Дальнейшие процессы, происходящие при работе устройства, описываются при помощи эквивалентной схемы устройства, приведенной на фиго2о На эквивалентной схеме наглядно видно, что нагрузкой витков намагничивания 9 каждой ступени являемся вакуумный индуктор Lo Так как коэффициент трансформации каж.цой ступени равен , единице, то действующее напряжение в витках намагничивания каждой ступени равно напряжению на индукторе U,, которое в свою очередь равно (п-И ) где U - напряжение на выходе ДФЛ, п - число ступеней Под действием этого напряжения происходит перемагничивание (обратное предьщущему) сердечников и индуцируемые в витках намагничивания (теперь они выполняют роль вторичных обмоток) токи 1г« и 1(-я складываются с током ДФЛ 1. Следовательно,, ток в индукторе Ii будет равен .1 I.(n + Г),

Суммирование токов достигает0

5

ся за счет соответствунядего выбора направления намотки витков намагничивания 9 каждой ступени. При достижении током Is критического значения тока плаз№1 в плазмоэрозионном размь - кателе М последний срабатывает, . происходит резкий обрыв тока с последующей генерацией вихревой ЭДС - Ldl/dt и весь энергопоток за время LA-L/RK (где L - общая индуктивность цепи, -Rн сопротивление нагрузки) переключается в нагрузку - диод 12, При этом действующее напряжение на диоде 12 достигает величиии и1,-1цКн

1г(п-И)К„ (для двух ступеней это увеличение равно трем). Соответственно энергия - .аряженных частиц будет равна, eUjj. Как уже отмечалось вьше, мощ ность пучка зависит от времени его вывода, которое в основном определяется величиной накопительной индуктивности. Так как использование ферромагнитных сердечников 8 с витками на- магничивания.9 позволяет увеличить ток (по сравнению с прототипом) в (п-И) ра.т, то для накопления одной и той же энергии LI /2 необходимая индуктивность составит величину L/ /(), т,е. уменьгаится в ( Соответственно уменьшится время вывода энергии и увеличится мощность в (п+1 ) раз.

Формула изоС5ретення Ускоритель заряженных частиц, содержащий Источник нмг ульсного напряжения, индуктор, гиазмоэроэионный раз викатель и диод, отличающийся тем, цто с целью увеличения выходной мощности и энергии заряженных частиц, введена дополнитель- най коаксиальная линия, установленная между источником импульсного напряжения и индуктором, на потенциальном электроде которой установлены ферро магнитные сердечники равного сечения с одВим витком намагиичйвания на каждом, при этом витки намагничивания соединены между собой параллельно и подключены своими выводами к электродам дополнительной коаксиальной линии.