Индукционный ускоритель электронов Советский патент 1978 года по МПК H05H11/00 

рейсе при более Енакссм давлении остаточно го газа ( рт. ст)г а искусственное поддержание та&а зеркальнс го изо ражения в желобе позволяет лнквидирсдаать затухание наведенного пучком электронов тсжа из-за конечной прсюодимости материала желоба, На фиг. 1, 2 и 3 схематично показан предлагаемый индукциешный ускоритель и системы питания желоба; на фиг, 4 и 5 - эпюры тсжов в схеме. Ускоритель содержит обечайку 1 вакуум ной камеры, отражающий экран 2, электро ды 3 высокочастотного разряда, вакуумноплотные выводы 4, 5 и 6, 7 соответствен но отражающего экрана и высокочастотной мощности, инжекционный патрубок 8, сильноточный инжектор электронов, катушку 1О импульсного магнитного поля, буферные индуктивнос-ш 11, генераторы 12 и 13, соответственно импульса тока и вьюокочас тотной мощности. На фиг. 4 и 5 показаны ©пюры токов в схеме: 14 - циркулирующий ток электронов в камере (например для участка аб, фиг. 1 15 - зеркальное отображение тока в отражающем экране (на участке аб; фиг, 1), 1G и 17 - ток генератора 12 импульсов тока в отражающем экране, 18 - сечение инжектируемого пучка электронов, 19 распределение плотности тока по сечению сражающего экрана 2 в виде желоба с меньшим сечением в плотаости симметрии от генератора импульсе. . В обечайке 1 вакуумной камеры помеще отражающий экран 2, вьшолненньш в виде желоба с меньшим сечением в плоскости симметрии. Желоб имеет разрьш; концы желоба через выводы 4 и 5 и буферные индуктивности 11 подключены к генератору 12 импульсов тока. Желоб имеет одну точку заземления в районе инжекционного пат- рубка 8, который непосредственно соединен с анодом сильноточного инжектора,Симметрич но относительно желоба с двух сторон располож ны разомкнутые электроды 3,которые электри чески изолированы от металлических поверхностей, ускорителя. Каждый электрод через проходные вьшоды 6 и 7 подключен к генератору высокочастотной мощности 13. Симметрично относительно медианной поверхности ускорителя расположены ступени ускоряющих катушек 10 магнитной системы. Ускоритель работает следующим образом. . В исходном состоянии все элементы ускорителя обесточены. В вакуумной камере созда){о требуемое давление порядка 10 мм рт. ст. В интервале времени fc - t{3 (см. фиг. 4) от генератора 13 на электрода 3 подается ВЧ-мощность. В течеш е этого времени происходит ионизация остаточного газа в камере и создание в области А, прилегающей к желобу 2 плазмы требуемой концентрации (порядка 10 10 исмсж/см). Примерно такой же концентрацией электронов по объему обладает релятивистский злектронньй пучок, инжектируемый сильноточным инжектором. В это же время iji происходит инжекция электронов в камеру. Образование положительно заряженной плазмы происходит иэ-за различной подвижносттн электронов и ионов газа. За счет большей подвижности электроны быстрее удалшотся из межэлектродной области и оседают на преходящих поверхнеютях желоба и электродов. В момент fc. или позднее происходит отключение ВЧ-мсщнехзти, но из-за конечного времени рекомбинации иешизированнелго газа в течение нескеитьких сот микросекунд в области, прилегшощей к желобу, остается положительно заряженная плазма, требуемую степень ионизации которой в дальнейшем пучок создает сам за счет соударений с молекулами газа. При этом происходит компенсация заряда инжектируемых электронов ионами плазмы и создаютхзя условия для .фокусировки сильноточного электронного пуч-, ка. При прохожде1ши пучка электронов вблизи проводящей поверхне)сти (желоба) в ней наводится зеркальное отображение циркулирующего тока, но другого направления. Если проводимость желоба, бесконечно большая, то величина наведенного тока равна току пучка и время циркуляции пучка электронов в желобе зависит только от условий фокусировки и времени жизни пучка в остаточном газе. Такая ситуация показана на фиг. 4 (кривая 14 - циркулирующий ток пучка, кривая 15 - ток зеркального изображения в желобе). Однако при этсм желоб должен быть замкнутым, что делает невозможным последующее ускорение пучка электроноБ переменным во времени магнитным полем из-за демпфирования переменного потока короткозамкнутым витком. В течение времени tjj-fc пучок электронов совершает первый оборот, в течение времени 3. второй и г. д. ИзгогоБлениб; сверхпроводящей поверхности, работающей при рассмотренных выше условиях, в настоящее время технологически не представляется возможным. Если отражающий экран выполнен из материала конечной проводимости и с относительной магнит5{ой проницаемостью, близкой к единице, то начинает сказьшаться скинэффект и диффузия электромагнитаого поля

в материале экрана. При этом существенную роль играет чистота обработки рабочей поверхности желоба, поскольку глубина проникновения поля (с1(ин-эффект) и область, в которой наводится тик зеркальиого изображения, составлшот десятки микрон. В случае замкнутого желоба и прекращения инжекции и установления круглого тока зеркального изображения наступает квазистацисмарный режим. Ток зеркального изображения за счет падения напряжения на материале желоба начинает затухать с постоянной времени С, величина которой для меди составляет десятки микросекунд, при этсм также происходит диффузия поля пучка в металл, и пучок за счет центробежной силы ложится на желоб и прекращает свое существование. Для компенсации затухания величина гока зер-, кального изображения в предлагаемом

устройстве генератором 12 импульсов тока в желобе создается дешолнительный ток кривая 16 (см. фиг. 4), время нарастания которого соответствует вре1у1ени затухания тока зеркального изображения, а величина тока генератора равна или больше тока зеркального изображения в случае толстостенного отражающего экрана. Возможно предварительное наведение тока в желобе от генератора 12; при этом ток зеркального изображения в желобе будет суммой постоянного |ТОка генератора и наведенного тока зеркального изображения (кривая 17). В этом случае за счет вьшолнения отражающей поверхности в виде желоба переменного сечения возможно создание дополнительных боковых фокусирующих сил путем выбора соответствующего профиля распределения плотности гок по сечению желоба (кривая 19, фиг. 5 Выполнение желоба с разрывом и подклю1ение его к генератору 12 тока через индуктивности 11 позволяет практически кскпючигь демп4ированиежелобом переменного магнитного поля при ускорении и схсатии электронного кольца.

Применение предварительной ионийаиии остаточного газа низкого давления, создание плазмы в районе прохождения пучка позволяет ксыпенсирсеать расталкивающее действие кулоновских сил и тем самым формир(вать электронные кольца на равновеснсж радиусе магнитной системы больщой плотности с циркулирующими т(жами десятков килоампер. Это делает предлагаемый индукционный ускоритель электронов наиболее эффективным для коллективного метода ускорения, создания бесстеночных ловушек при исследовании горячей плазмы и т.д.

Формула изобретен и я

1,Индукционньй усксфитель электронов, Ьодержащий инжектор, вакуумную камеру, отражающий экран, заземленный в одной точке, отличающийся тем, что, с целью увеличения циркулирующего тсжа электронов и времени жизни, экран вьшолнен симметрично разомкнутым относительно поперечного разреза, каждая из половин экрана через клемму и индуктивность подключена к выходу генератора импульсов тока, а симметрично относительно экрана размещены два разомкнутых электрода, каждый из которых подключены через клемму к выходу высокочастотного генератора.

2.Ускоритель по п. 1, отличающийся тем, что экран выполнен в виде желоба с меньшим сечением в плоскости симметрии.

Фие. 1

12

-uiz 1

13

Фие.2

Фиг.З