Устройство импульсного питания ускорителя прямого действия Советский патент 1979 года по МПК H05H5/00 

Изобретение относится к сильноточным ускорителям электронов микросекундного, диапазона с источником питания на базе индуктивного накопителя энергии. Такие ускорители могут быть пр°именены для нагрева плазмы в термоядерных реакторах, а также при создании сверхмощных СВЧ-генера торов. Первые ускорители микросекундног диапазона были выполнены с емкостным накопителем ™ низкоо1лной .форг шрую- . щей линией,В результате ряда зкспе рим нтальных раббт было установлено что наибольшие на пути создания холодных катодов с длительнос тью импульса tr S lOp могут быть достигнуты в устрбйствах с торможением ка|тодной в неоднородных -магни ных-полях. Идея магнитного торможения воплощена в индуктивном накопителе с соосным внутренним расположением ускорительной трубки. Индуктивный накопитель обладает также большими преимуществами в отношении габаритов (создание источников с энергией i -io Дж на основе конденсаторной техники экономически нецелесообразно) и возможности получения минимального внутреннего сопротивления, что благоприятно для согласования с низкоомным импедансом вакуумного диода. Однако в источниках с одиночным накопителем коммутатор тока в режиме ускорения частиц должен вьщерживать полное напряжение индуктивного накопителя. При напряжениях порядка миллиона и более вольт.конструирование такого коммутатора представляет серьезную проблему. Как показали эксперименты с импульсными системами, проще коммутировать большие токи принизких напряжениях, чем малые токи при высоких напряжениях. В настоящее время в большинстве лабораторий, исследующих мощные импульсные системы с индуктивными накопителями, восстанавливающееся напряжение на размыкателях обычно принимают равным 20-50 кВ. Поэтому индуктивный накопитель в ряде случаев выполняют по трансформаторной схеме или включают его на нагрузку через повышающий трансформатор со стальным сердечником. Возможно использование также нескольких трансформаторов с последовательным включением обмоток. Известен индуктивный накопитель, выполненный по трансформаторной схеме, состоящей ; из повышающего трансформатора, в первичную обмотку которого включен источник тока накачки и коммутатор тока (размыкатель) , а во вторичную - нагрузка, .Конструкция трансформаторного накопителя без сердечника сравнительно проста. Однако принеобходимости по лучения высокого напряжения порядка миллионовВОЛЬТ изолирующий промежуток между первичной и вторичной обмотками получается значительной величины, что резко уменьшает потокосцепление обмоток-. Передача энергии в цепь вторичной обмотки становится неполной, и при коммутации то ка накопителя значительную часть предварительно запасенной в магнитн поле энергии приходится рассеивать, например в балластных сопротивлениях. Повышающие трансформаторы со стальным сердечником принципиально обеспечивают более высокий коэффици ент связи между первичной и вторичной обмотками. Передача энергии от индуктивного накопителя через такой трансформатор получается более полной.. Однако конструкция повышающих трансформаторов со стальным сердечником на полную мощность индуктивного накопителя и на напряжения поря ка миллиона и более вольт сложнее конструкции воздушных трансформаторов . По этим причинам выполнение индуктивного накопителя на предельное напряжение 1MB и выше при использовании какого-либо одного типа трансформатора оказывается не эконо мичным. Цель изобретения - повышение эко номичности устройства и предельных значе°ний ускоряющего напряжения, . Это достигается тем, что в устройстве питания с трансформаторным накопителем и дополнительным трансформатором первичная . обмотка допол нительного трансформатора включена параллельно размыкателю первичной обмотки накопителя, .причем параллел но размыкателю и обмотке подключен блок коррекции. На чертеже изображена принципиальная электрическая схема ускорителя. Индуктивный накопитель, выполнен ный по трансформаторной схеме с первичной и вторичной обмотками 1 и 2 заряжается от источника 3 постоян ного напряжения через замыкатель .4 и размыкатель 5. Параллельно размыкателю подключены блок б коррекции импульса напряжения и первичная обмотка трансформатора 7. Вторичная обмотка трансформатора последовательно с обмоткой 2 подключена к ускоряющему зазору между источником 8 частиц и трубкой 9. При разведенных контактах размыкателя 5 на вторичных обмотках трансформаторов имеется согласное напряжение. Поэтому накопленная в магнитном поле энергия передается в нагрузку через оба трансформатора. Изменением коэффициентов трансформадии можно регулировать долю участия каждого из трансформаторов в передаче энергии в нагрузку. Обмотки 1 и 2 целесообразно располагать коаксиально вокруг ускорительной трубки, В этом случае их магнитное поле будет фокусироватьускоряемый пучок. Кроме того, подбором распределения поля можно осуществлять торможение плазменных фа-т келов катода, что увеличивает предельную длительность импульса частиц На чертеже вторичные обмотки соединены последовательно, причем обмотка трансформатора с сердечником находится под потенциалом обмотки 2. Возможен и другой вариант схемы, когда одним выводом обмотка трансформатора с сердечником заземлена, а обмотка 2 находится под-ее потенциалом, КПД ускорителей, выполненных в соответствии с изобретением, может достигать 70-80% при напряжении 1-3 МБ. При повышении напряжения КПД установка будет понижаться. Для сравнения следует отметить, что при йспользовании в ускорителе одного лишь воздушного трансформатора уже при напряжении около 1 МБ КПД установки трудно получить более 20-30%. При суммарном напряжении около ШВ дополнительный трансформатор на нап- - ряжение 500 кВ может быть выполнен с достаточно хорошей связью и без стального сердечника, поэтому на .напряжение до 1 МБ устройство может быть выполнено на безжелезных трансформаторах. Формула изобретения Устройство импульсного питания ускорителя прямого действия, содержащёе индуктивный трансформаторный накопитель, в первичную обмотку которого включен источник тока накачки и размыкатель, а вторичная соединена последовательно со вторичной обмоткой дополнительного трансформатора, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности устройства и предельных значений ускоряющего напряжения, первичная обмотка дополнительного трансформатора включена параллельно размыка|Телю, причем параллельно размыкателю и обмотке подключен блок коррекции.