Циклический ускоритель циклонов Советский патент 1977 года по МПК H05H13/00 

Изобретение относится к области ускорительной техники. Известно, что при дефектоскопии крупногабаритных металлических .изделий возникает необходимость в использовании переносных источников рентгеновского излучения с регулируемой энергией в области 0,5-1,5 МэВ и более при среднем токе ускоренного электронного пучка в 1 - 10 мА. Ускорители прямого действия в этой области энергий сли1пком дороги и громоздки, а известные циклические и линейные ускорители не обеспечивают регулируемость энергии и необходимую интенсивность. Цель изобретения--создание компактного и высокоИитенсивного циклического ускорителя с регулируемой энергией, эффективно работающего в области 0,5-1,5 МэВ. Она достигается применением специального безжелезного магнита, формируюп1его несколько областей с относительной апертурой порядка единицы, приюдных д.оя ускорения частиц. Эффективность ускорителя обусловлена также отсутствием инжектора, применением ускоряющего высокочастотного напряжения постоянной частоты и малой (при кинетиче :кой энергии частиц, сравнимой с энергией покоя) реактивной мощностью магнита. ель; на фиг. 2 (а-г) проиллюстрирована рабоа ускорителя. Основной соленоид 1, имеющий зазор 2 для выпуска тормозного излучения, охватывается снаружи добавочными обмотками 3. Внутри соленоида I коаксиально с ним расположен цилиндрический объемный резонатор, выполненный в виде вакуумированного диэлектрического корпуса 4, на внутренней поверхности которого нанесено металлическое покрытие 5. По оси резонатора расположен катод 6 в виде металлической нити. На внутренней поверхности резонатора укреплена мншень 7 в середине зазора 2. На наружной поверхности корпуса 4 размещен соленоид 8, который вместе с конденсаторами 9 образует искусственную длинную линию на LC-элементах. В конце этой линии подключен генератор 10 электрических импульсов. Ускоритель работает следующим образом. Под действием тока, протекающего по соленоиду 1 и обмоткал1 3 внутри объемного резонатора образованного проводящим покрытием 5, возбуждается аксиально-симметричное магнитное поле Н. При N дополнительных обмотках внутри резонатора образуется (N-1) о ластей, имеющих циклотронную конфигурацию магнитного поля (показатель спада магнитного ПОЛЯ находится в пределах ,2). Оче-, видно, что при этом в каждой области поле аналогично по форме полю в обычной адиабатической ловушке. Под действием высокочастотного генератора (на чертежах не показан) в полости цилиндрического объемного резонатора возбуждаются высокочастотные колебания типа Н,,. . Траектория ускоряющейся равновесной астицы представляет собой разворачивающуюся спираль с радиусом асимптотически приближающимся к r KR , где К(- радиус резонатора, Э€ 0,543. Подобная траектория, очевидно, может быть только при увеличении Н в соответствии с условием /Э Е еНг. Строго говоря здесь Н - пое на радиусе г. Однако для простоты будем считать Н однородным внутри полости. Тогда E 36eHR. Эмиссия электронов из катода 6 происходит под действием высокочастотного электрического поля. Эмиттированные электроны захватываются в режим ускорения аналогично тому, как это происходит в фазотронах и увеличивают затем свою энергию в соответствии с Е afeHRj,. В максимуме основного магнитного поля к концам искусственной линии с помощью генератора 10 подается электрический импульс, в результате чего появляется поперечная составляющая магнитного поля, которая создает силу, действующую на частицы в направлении основного магнитного поля. Эта поперечная составляющая будет распространяться вдоль основного магнитного поля по направлению к середине устройства в течение времени t , где f-длина соле оида искусственной линии, а V - скорость распространения импульса. Пусть величина аксиального магнитного поля полученных таким образом подвижных магнитных «пробок превышает поле между областями ускорения. Тогда при выполпении условия адпабатичности (tQ Т где Т - период обращения частиц) ускоренные частицы смещаются за счет отра жений от пробок в центральную область ускорения и выпадут на мищень. Радиальный сдвиг частиц к мишени или к выпускному устройству .уожет осуществляться в спадающем магн1 тном за счет Быключения ускоряющею СВЧ напряжения. Благодаря большой имтеисинностн незначите. размерам, конструктивной простоте, отсутствию инжектора, использованию высокочастот1.(ого напряжения неизменной частоты и ооз:.ю;к1;ости приме1 ения при Т Е незначительно пульсируюпгего магнитного поля устройст1 п может служить основой для разработки промьпилснного образца нередвижной установки, предназначенной для дефектоскопии масcHBiibix металлических изделий. Картина силовых линий высокочастотногоЕ и вихревого UgQc электрического поля в плоскости ускорения части 1 изображена на фиг. 2а , а на фиг. 2й изображена топография силовь(х линий магнитного поля BQ в одной из областей ускорения. На фиг. 2в показана траектория частицы, перемещающейся по Z в область нарастающего магнитного поля. На . 2. условно изображено изменение во pcMenii основных параметров, характеризующих работу ускорителя, где BQ-напряженность магнитного поля, напряженность пысокочасготного электрического поля, Up,p - напряжение, подаваемое на искусственную , V интенсивность тормозного ЗЛУЧС ИЯ С мишени. Формула изобретения Циклический ускоритель электронов, содержащий основпсй соленоид ведущего магнитного ПОЛИ, катод, выполненный в виде накаливае;- ой металлической нити, цилиндрический объеггиый рззспатор, расположенный внутри соле.молла, из диэлектрика с металлизироваппои: внутренней поверхностью, отличающийся тем, что, с целью повыщеиня интенсивиост.; ускоренных электронов, катод размещен пдоль ocii основного соленоида, на наружной поверхности резонатора расположен соленоид псгГ/сственной длинной линии на LC-элементах для смеихения ускоренных электронов в главную область ускорения, а па основном соленоиде расположены добавочные обмотки для формирования нескольких областей ускорения.