Магнитная система индукционногоуСКОРиТЕля Советский патент 1981 года по МПК H05H7/04 

(54) МАГНИТНАЯ СИСТЕМА ИНДУКЦИЭННОГО УСКОРИТЕЛЯ

Изобретение относится к области ускорительной техники и предназначено для ускорения электронов вихревым электрическим полем. Известна магнитная система индукционного усилителя электронов, содержащая магнитопровод,обмотки возбуждения и подмагничивания,подключен ные к системе питания. Причем подмагничивание магнитопровода электромагнита осуществляется постоянным током с амплитудным значением, равным, примерно, амплитудному значению переменной составляющей тока, а возбуждение электромагнита осуществляется синусоидальным током . Такая схема возбуждения электромагнита не приводит к увеличению размаха индукции в стгши электромагнита в процессе ускорения частиц,так как значение индукции изменяется, примерно, от нуля до максимально допустимого, но при этом почти вдвое уменьшаются потребляемая установкой мощность и потери в стали электромаг нита. Известна также магнитная система индукционного ускорителя, содержащая магнитопровод, источник постоянного тока и подключенные к содержащей емкостный накопитель импульсной системе питания обмотки возбуждения и обмотку подмагничивания, уложенную на сплошном центральном сердечнике магнитопровода t23 . Такая схема возбуждения электромагнита приводит к значительному увеличению размаха индукции в стали электромагнита в процессе ускорения частиц, так как центрешьный сплошной сердечник магнитопровода предварительно подмагничен до максимально допустимого отрицательного значения индукции в нем. Однако эта схема не лриводит к уменьшению величины энергии, необходимой для возбуждения электромагнита ускорителя, поскольку индуктивность, включенная в цепь обмотки подмагничивания, представляет собой громоздкий, энергоемкий дроссель. Цель изобретения - снижение величины энергии, необходимой для возбуждения электромагнита ускорителя. Это достигается тем, что обмотка подмагничивания включена последовательно и встречно с обмоткой возбуждения, причем общая точка соединения обмоток возбуждения и подмагничивания через источник постоянного тока соединена с обкладкой емкостног накопителя, В выполненной таким образом магнитной системе уменьшение магнитного сопротивления центральной части межполюсного пространства за счет замыкания центробежного воздушного зазора компенсируется магнитодвижущейсилой обмотки подмагничивания,уложеиной на сплошном центральном сердечнике и включенной последовательно и встречно с обмотками возбуждения. Требуемая пропорциональность, изменения потока в пределах орбиты и поля на орбите (бетатронное отношение 2:1 определяется соотношением магнитодви жущих сил обмоток возбуждения и подмагничивания, а поскольку в течение всего интервала ускорения по обмоткам протекает общий ток, выполнение требуемой пропорциональности обеспечивается выбором соответствующего коэф фициента трансформации обмоток возбуждения и подмагничивания. Изв-естно что магнитный поток,, пронизывающий центральный галетный блок электромаг нита, составляет 70-80% от суммарного магнитного потока, и запасаемая в центральном воздушном зазоре энергия составляет значительную часть энергии, требуемой уля возбуждения, электромагнита.Поскольку в предлагае мой магнитной системе замыкание центрального воздушного зазора не требует наличия громоздкого энергоемкого реактора в цепи обмотки подмагничивания, энергия, требуемая для возбуждения электромагнита, уменьшается в 1,5-2 раза по сравнению с известными схемами. На фиг.1 дана схема магнитной сис темы индукционного ускорителя; на фиг.2 - его импульсная система питания; на фиг.3 - эпюры изменения маг нитных потоков, токов и напряжений в схеме. Магнитная система индукционного . ускорителя состоит из магнитопровод 1 электромагнита ускорителя, обмоток 2 возбуждения, обмотки 3 подмаг ничивания, вакуумной камеры 4, исто ника 5 постоянного тока, емкостного накопителя б, управляемых вентилей .7 и 8, коммутирующего конденсатора коммутирующего дросселя 10, коммутирующего диода 11, управляемого вен тиля 12 и и .неуправляемых, вентилей 13 и 14. На фиг.З показаны эпюры изменения Магнитных потоков, токов и напряжени в схеме, где 15 - изменение напряжения на емкостном накопителе; 16 - из менение тока обмоток 2 возбуждения; 17 - изменение тока обмоток 3 подмаг ничивания; 18 - изменение напряжения на коммутирующем конденсаторе 9; 19 изменение напряжения на обмотках 2 возбуждения; 20 - изменение ампервит -ков обмоток 2 возбуждения 2; 21 изменение ампервитков обмотки подмагничивания; 22 - изменение магнитного потока (индукции) в стали электромагнита; 23 - изменение магнитного потока (индукции) в области вакуумной камеры 4. Схема работает.следующим образом. в исходном состоянии от источника 5 постоянного тока через включенный управляемый вентиль 8 в обмотке 3 подмагничивания протекает постоянный ток. Поскольку в магнитопроводе 1 отсутствуют воздушные зазоры, то для перемагничивания стали требуются незначительные ампервитки, и поле в межполюсном пространстве практически отсутствует, В момент времени t (см. фиг,3) емкостный накопитель 6 через включенные управляемые вентили 7 и 8 подключается к обмоткам 2 и 3, Коммутирующий конденсатор 9 заряжается от е.мкостного накопителя б через коммутирующий дроссель 10 и коммутирующий диод 11, За счет ампервитков обмотки подмагничивания 3 переменный магнитный поток, создаваемый обмотками 2 возбуждения, делится на две части. Первая часть, пропорциональная ампервиткам обмотки 3, вытесняется из центрального сердечника и. замыкается через межполюсный возд/шный .зазор (кривая 23) , Эта часть переменного магнитного потока является управляющей и удерживает ускоряемые электроны на равновесной орбите. Другая часть, обратно пропорциональная ампервиткам обмотки 3, замыкается через центральный.сердечник, Эта часть переменного магнитного потока создает вихревое электрическое поле, ускоряющее электроны. Выполнение бетатронного соотношения (значение индукции на равновесной орбите равно удвоенному среднему значению изменения индукции в круге, ограниченном равновесной орбитой) осуществляется путем выбора соответствующего коэффициента трансформации обмоток 2 и 3. В момент времени t2, после окончания процесса ускорения, включается управляемый вентиль 12, -и под действием напряжения коммутирующего конденсатора 9 управляемые вентили 7 и 8 обесточиваются и выключаются, а ток обмоток.2 и 3 замыкается в цепи управляемого вентиля 12 и коммутирующего конденсатора 9. Конденсатор 9 перезаряжается и в момент времени tj, когда напряжение на нем и на емкостном накопителе 6 сравнивается, неуправляемые вентили 13 и 14 открываются. При этом ток обмотки 3 падает до нуля, а ток обмотки 2 переходит в цепь неуправляемых вентилей 13 и 14, и емкостный накопитель б заряжается с той же полярностью, что и разряжался. Таким образом, энергия, отдаваемая накопителем б за t. i в магнитное