МНОГОПУЧКОВЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ Советский патент 1994 года по МПК H05H11/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для получения нескольких электронных или гамма-пучков с энергией до 1000 МэВ и выше, генерируемых одновременно или со сдвигом во времени.

Целью изобретения является увеличение суммарной мощности пучков электронов за счет повышения конечной энергии ускоряемых частиц,
На фиг. 1 представлена схема многопучкового индукционного ускорителя электpонов в плане; на фиг. 2 - сечение 1/2 одного из модулей.

Многопучковый индукционный ускоритель электронов (фиг. 1) содержит n(n= 2,3,4. . . ) замкнутых в кольцевую систему модулей с центральным ферромагнитным сердечником 1, кольцевые полюсные наконечники 2 и трубчатый магнитопровод 3, образующие в плане замкнутый симметричный многоугольник.

Каждый модуль (фиг. 2) содержит ускорительную камеру 4 с электронной пушкой обмотку 5, подключенную к генератору 6 ускоряющего тока, две обмотки 7 и 8, включенные встречно и подключенные к генератору 9 управляющего тока и обмотку 10 подмагничивания.

Устройство работает следующим образом.

Ускоряющее магнитное поле возбуждается обмоткой 5 от генератора 6 тока с частотой ω_уск и сосредоточено в замкнутом центральном сердечнике 1. Управляющее магнитное поле возбуждается обмотками 7 и 8 от генератора 9 с частотой ω_упр . Обмотки 7 и 8 включены встречно, поэтому создаваемый этими обмотками магнитный поток внутри обмотки 7 компенсируется, т. к. магнитный поток от этих обмоток в центральном сердечнике 1 отсутствует. В пространстве между обмотками 7 и 8, где расположена ускорительная камера 4, управляющее магнитное поле возбуждается обмоткой 8. Управляющий магнитный поток замыкается через кольцевые полюсные наконечники 2 и по трубчатому магнитопроводу 3. Таким образом осуществляется разделение ускоряющего и управляющего магнитных потоков.

Известно, что для компенсации потерь энергии на синхротронное излучение необходимо, чтобы соблюдалось условие
ω_уск/ω_упр= (2/π)arccos)ΔE/ε_уск/α= 0, где ΔE - потери энергии на синхронное излучение за один оборот;
ε_уск - величина ускоряющей ЭДС;
α - фаза косинусоиды, описывающей изменение ускоряющей ЭДС.

Выполнение данного условия позволяет повысить конечную энергию ускоряемых частиц и за счет этого увеличить суммарную мощность пучков электронов.

Обмотка 10 подмагничивания создает в центральном сердечнике 1 магнитный поток, направленный навстречу ускоряющему магнитному полю, возбуждаемому обмоткой 5. Размагничивающий магнитный поток полностью сосредоточен в центральном сердечнике, который должен быть выполнен без воздушных зазоров, поэтому не требуется специальных устройств для компенсации постоянной составляющей магнитного поля на орбите бетатрона. Индукционный ускоритель с центральным сердечником без воздушных зазоров обладает меньшей запасаемой реактивной энергией. Это обстоятельство положительно сказывается на уменьшении массогабаритных параметров генератора 6 ускоряющего тока за счет уменьшения накопителя энергии, генератора и коммутации меньшей мощности.

При совместной работе обмоток 10 и 5 индукции в стали сердечника изменяется от -В_макс до +В_макс, за счет чего повышается амплитуда напряженности ускоряющего магнитного поля на орбите, что позволяет почти в 2 раза уменьшить радиус равновесной орбиты. Но известно, что линейные размеры циклического индукционного ускорителя пропорциональны радиусу равновесной орбиты, а масса ускорителя пропорциональна радиусу равновесной орбиты в кубе.

Таким образом, применение обмотки 10 подмагничивания и замкнутого сердечника 1 приводит к достижению дополнительной цели - снижению массогабаритных параметров ускорителя. (56) Авторское свидетельство СССР N 1692297, кл. Н 02 Н 11/00, 1989.

Авторское свидетельство СССР N 1632347, кл. Н 05 Н 11/00, 1989.

Использование: в ускорительной технике при разработке индукционных ускорителей технологического применения. Сущность изобретения: ускоряющее магнитное поле возбуждается обмоткой 5 и сосредоточено в замкнутом центральном сердечнике 1, а управляющее магнитное поле возбуждается обмотками 7 и 8, которые включены встречно, в результате чего магнитные потоки этих обмоток в центральном сердечнике 1 взаимно компенсируются. В пространстве между обмотками 7 и 8, где расположена ускорительная камера 4, управляющее магнитное поле возбуждается обмоткой 8. Поток этого поля замыкается по трубчатому магнитопроводу 3 через кольцевые полюсные наконечники 2. Этим достигается разделение ускоряющего и управляющего магнитных потоков, что позволяет возбуждать их с разными частотами и тем самым компенсировать потери электронов на излучение и повысить их конечную энергию. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. МНОГОПУЧКОВЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ, содержащий несколько замкнутых в кольцевую систему модулей с центральным ферромагнитным сердечником в виде симметричного многоугольника с прямолинейными участками внутри каждого из модулей, каждый из которых содержит обмотку возбуждения, подключенную к соответствующему генератору тока, и ускорительную камеру с электронной пушкой, отличающийся тем, что, с целью увеличения суммарной мощности пучков электронов за счет повышения конечной энергии ускоряемых частиц, в него введены кольцевые полюсные наконечники и трубчатый магнитопровод, расположенные в каждом модуле соосно с прямолинейными участками центрального ферромагнитного сердечника, при этом трубчатый магнитопровод имеет в медианном сечении форму симметричного многоугольника, обмотка воздуждения каждого модуля состоит из трех секций, одна из которых расположена на центральном сердечнике на радиусе, большем радиуса ускорительной камеры, а две другие включены встречно и расположены на радиусе, меньшем внутреннего радиуса ускорительной камеры. 2. Ускоритель по п. 1, отличающийся тем, что на прямолинейных участках центрального ферромагнитного сердечника в каждом из модулей расположены введенные обмотки подмагничивания.