Ускоряющая секция односекционного линейного ускорителя на бегущей волне Советский патент 1978 года по МПК H05H7/00 

1

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в одиосекционных линейных ускорителях электронов (ЛУЭ).

Как правило, в известных односекционных ЛУЭ ускоряющая секция, выполненная, например, в виде круглого диафрагмированного волновода (КДВ), содержит группирующий участок, на котором происходят захват частиц в режим ускорения и формирование сгустка при одновременном ускорении электронов от энергии инжекции до энергии, соответствующей скорости света, и ускоряющий участок с фазовой скоростью волны, равной скорости света, на котором энергия частиц возрастает до конечной 10-30 МэВ. Система термостабилизации в таких ЛУЭ служит для поддержания температуры КДВ на постоянном уровне, соответствующем рабочему значению частоты ВЧ-колебаний. Одна из задач, которую приходится решать при создаиии таких ускорителей, плавная регулировка энергии ускореииых частиц.

Известен линейный ускоритель с переменным по длине видом колебаний, в котором регулировка энергии осуществляется изменением частоты и мощности СВЧ-питания. Монотонное изменение по длине вида колебаний позволяет расширить диапазон регулировки энергии в таком ускорителе без существенного ухудшения спектральных характеристик пучка заряженных частиц 1.

Однако, поскольку управление энергией в указанном ускорителе осуществляется с помощью изменения входных параметров, не удается избежать нарушения номинального режима работы группирующего участка н сохранить спектральные характеристики полностью неизменными. Искажение спектров особенно снльно проявится с увеличением длины ускоряющей системы в ускорителях на большне энергии (10 МэВ н более). К числу недостатков следует отнести переменную по длине геометрию ускоряющей системы, с помощью которой реализуется монотонное нзменение вида колебаний, что весьма усложняет н удорожает изготовление и настройку }хкорнтеля. Последнее становится существенным препятствие.м во внедрении таких систем в ускорителях на 5-10 МэВ и более, когда длина ускоряющего волновода составляет несколько метров.

Наиболее блнзкнм к предлагаемому устройству является ускоряющая секцня односекционного лннейного ускорнтеля на бегущей волне, содержащая ЗТкоряющую систему, например круглый диафрагмированный волновод, и еистему ее термостабилизации 2.

Регулировка энергии электронов на выходе односекцнонных ЛУЭ осуществляется, как

правнло, с помощью изменения входных параметров: частоты ВЧ-колебаний, уровня ВЧМ01Ц1ЮСТИ, величины тока инжекции. Однако отклонение входных параметров н температуры всего КДВ от номинальных значений приводит к изменению уиравляющих функций фазовой скорости волны и напряженности поля на груииирующем участке и вызывает нарушенпе нормальных процессов захвата п группировки электронов, что сопровождается изменеиием спектральных характеристик и увеличением энергетического разброса. Кроме того, введение регулировок входных параметров ведет к значительному конструктивному усложнению установки и снижению ее надежности. Все это ограничивает приемлемый диапазон изменения конечной энергии и сокращает возможности использования ЛУЭ.

Целью изобретения является упрощение регулировки выходной энергии ускоряемых частиц.

Поставленная цель достигается тем, что система термостабилизации секционирована и в каледую ее секцию введены устройства для независимого изменения температуры этих участков.

Если входные параметры и температуру группирующего участка ускоряющей системы поддерживать иа неизменном уровне, то спектральные характеристики ускорителя остаются неизменными при управлении энергией частиц.

Схема предлагаемого устройства показана на чертеже.

Она содержит ускоряющий волновод 1, состоящий из группирующего 2 и основного ускоряющего 3 участков, систему 4 ВЧ-питания, инжектируемый пучок 5 заряженных частиц из системы 6 ипжекции. Температурные режимы группирующего и основного ускоряющего участков 7 и 8 волновода независимые, для чего системы термостабилизации разделены. В систему термостабилизации группирующего участка входят регулятор 9 температуры группирователя, датчик 10 температуры и система 11 обратной связи. Регулятор 12 температуры и расхода хладагента и датчик 13 температуры входят в состав системы термостабилизации основного ускоряющего участка волновода.

Управление выходной энергией ускорителя производится изменением температуры основного ускоряющего участка - оконечной части волновода - с помощью изменения температуры и расхода хладагента в системе термостабилизации этого участка. Из-за изменения температурного режима меняются резонансные размеры ячеек ускоряющей структуры. В связи с этим нарущаются условия синхронизма и меняется скольжение сгустка по отношению к волне ускоряющего поля. В результате изменяется набор энергии частицами егустка. Так, в односекционном ЛУЭ модели У-27 нагрев оконечного участка КДВ на 43°С больще номннальной температуры приводит к уменьшению энергии электронов иа выходе на

1,5 МэВ; с 7 ло 5,5 МэВ при токе пучка в импульсе 300 мА и СВЧ-мощности на входе КДВ 6 Мвт.

В процессе унравлсния выходной энергией частнц с помощью изменения температуры оконечного участка ускоряющего волновода не затрагиваются условия работы группирующего участка и его режим: входные параметры и температура, остаются неизменными. Захват и группировка не нарушаются. Это позволяет сохранить выходные параметры грунпирователя, в том числе энергетический спектр без изменений во всем диапазоне регулировки энергии.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами перед известными устройствами того же назначения.

Регулировка энергии осуществляется с помощью одного органа управления, по одному параметру, не связанному с другими, что особенно удобно для промышленного использования.

Системы термостабилизации хорошо разработаны и освоены, они обеспечивают высокую точность регулировки температуры. Поэтому можпо обесиечить большую плавность и точность изменения энергии частиц на выходе ускорителя.

Регулировка энергии с помощью изменения температуры окопечного участка ускоряющей системы не нарушает работы группирователя и позволяет сохранить неизменными фазовые и энергетические сиектральные характеристики пучка.

Паличие зависимости выходной энергии от температуры оконечного участка ускоряющей системы позволяет при иоддержании стабильными входных параметров и темиературы группирующего участка определять выходную энергию по температуре оконечного участка с достаточной для практических нужд точностью, ввести датчик 14 выходной энергии и систему 15 обратной связи для стабилизации температуры оконечного участка ускоряющей системы и величины энергии частиц на требуемом, регулируемом уровне.

Предлагаемое устройство позволяет упростить и удешевить линейные ускорители, избавив их от органов регулировки входных параметров.

Достигается увеличение надежности всего ускорителя и наиболее ответственных его систем (СВЧ-питания и инжекции) путем выбора оптимальных и неизменных условий их работы в процессе экснлуатации.

Секционирование систем термостабилизации ускоряющих секций линейных ускорителей и независимое изменение температуры на отдельиых участках позволит также корректировать спектральные характеристики, в том числе энергетический разброс, путем соответствующего изменения скольжения сгустков ускоряемых частиц относительно волны на этих участках, препятствовать возникновению поперечной неустойчивости при больших

токовых нагрузках изменением с помощью температурного режима вида колебаний на отдельных участках, затрудняя тем самым развитие паразитных зон, ответственных за эффект укорочения импульса.

Формула Изобретения

Ускоряющая секция односекционного линейного ускорителя на бегущей волне, содержащая ускоряющую систему, например круглый диафрагмированный волновод, и систему ее термостабилизации, отличающаяся тем, что, с целью упрощения регулировки выходной энергии ускоряемых частиц, система термостабилизации секционирована и в каждую ее секцию введены устройства для независимого изменения температуры всех участков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство № 366825, кл. Н 05Н 9/02, 1972.

2.Вальдер О. А. и др. К вопросу о регулировке энергии в линейных электронных ускорителях сб. «Ускорители, вып. VIII, М., «У томиздат, 1966, с. 5-18.

C/IU6

2-iJ E6oi

jf.f)aoazenmo. оагенп