Ускоритель заряженных частиц Советский патент 1981 года по МПК H05H5/00 

1

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц и может быть использовано при разработке электронных и ионных ускорителей.

Известны ускорители заряженных частиц содержащие индуктивный накопитель и ускорительную трубку 2

Известны также ускорители заряженных частиц, содержащие индуктивный накопитель и ускорительную трубку, включенные последовательно с источником тока з . Роль коммутируквдего элемента в этой конструкции выполняет сама ускорительная трубка. Генерирование импульсов ускоряющего напряжения достигается при уменьшении тока в индуктивности путем изменения первеанса ускорительной трубки посредством переключения напряжений на многосеточной системе при переходе из режима накопления энергии в режим генерирования высоковольтного импульса.

Необходимость использования большого количества сеток (л-100) снижает КПД устройства из-за потерь электронов на электродах. Усложнение ускорителя, снижение его надежности и КПД обусловлены также применением в конструкции многочисленных резисторов (л. 50 ) йГ переключающих разрядников (л. 50) , а также дополнительной магнитной фокусировки, которая может привести к дрейфу частиц со сбросом их на элементы конструкции и возникновению разряда Пеннинга. Значительны потери на стадии накопления энергии из-за относительно высокого падения напряжения на трубке, рабо0тающей в режиме рекупергщии.

Цель изобретения - повыиение КПД и нещежности ускорителя.

Это достигается тем, что по крайней мере, один из злектродов ускори5тельной трубки выполнен подвижным с возможностью периодического изменения межэлектродного расстояния,

В частном случае анодный электрод предлагаемого ускорителя может

0 быть выполнен в виде диска с возможностью его вращения вокруг оси, параллельной оси ускорительной трубки, и снабжен со стороны катодного электрода профилированными выемками,

5 расположенными по окружности на периферии диска.

В такой конструкции изменение первеанса Р достигается изменением зазора d между анодом и катодом труб0 кп: Р v u. Б фазе накопления энергии индуктивности межэлектродный зазор устанавливается минимальным, Это обеспечивает большую величину первеанса, малое внутреннее сопротивление трубки и падение напряжения на ней, и, соответственно, малые потери; энергии в процессе накопления, что повышает КПД всего устройства, В фазе генерирования высоковольтного импульса зазор между катодом и анодом увеличивается, тем самым уменьшается первеанс и соответственно увеличивается внутреннее conpoTHBJieHHe трубки, вызывающие уменьшение тока в цепи индуктивности и возбуждение высоковольтного импульса нагфяжения на электродах трубки в схеме с индуктивным накоплением энергии. Одновременно достигается максимальная электрическая прочность

ускоряющего промежутка.

I

Геометрия электродов и характер перемещения подвижного электрода во времени позволяет получить требуемое соотношение между длительностями фаз накопления и генерирования высоковольтного импульса.

На фиг, 1. изображен предлагаемый ускоритель с трубкой, имеющей вращающийся анод На фиг. 2 - вариант ускорителя с возвратно-поступательно движущимся анодом,

Ускоритель заряженных частиц содержит индуктивный накопитель 1, вакуумную ускорительную трубку 2 с катодом 3 и анодом 4, источник 5 тока На валу двигателя 6 насажен анод, выполненный в виде диска, с возможностью вращения вокруг оси, параллельной траектории пучка, и расположенными на его периферии выемками 7 (фиг.1), При вращении анода зазор между анодом и катодом будет периодически изменяться. Аналогичное изменение величины межэлектродного зазора в трубке достигается при возвратнопоступательном движении анода за счет вращения кулачка.8. Кроме того может быть применено тяговое электромеханическое реле 9 с приводом к. аноду 4 (фиг.2). Ускорительная трубка 2 может быть снабжена управляющим электродом 10 и контактами 11. Индуктивный накопитель размещается в корпусе 12 в среде с высокими дугогасительными и электропрочностныМ.И свойствами, например в элегазе под давлением. Высоковольтный ввод в вакуум осуществляется через изолятор 13. В анод 4 может быть выполнен канал для прохождения пучка ускоренных частиц 14. На корпусе трубки устанавливается мишень или прозрачное для ускоренных электронов окно 15 для выпуска пучка в атмосферу.

Уркоритель заряженных частиц работс ет следующим образом.Включается .накал катода 3 и осуществляется его разогрев до рабочей температуры} приводится в движение анод 4 J включается источник 5 питания. На стадии, когда зазор трубки минимален, происходит накопление электрической энергии в индуктивном накопителе 1. Ток протекает через ускорительную трубку 2 или, при наличии контактов 11, через эти контакты. После завершения фазы накопления контакты 11 размыкаются, зазор между электродами 3 и 4 начинает увеличиваться (первеанс трубки и ток

пучка уменьшаются), а напряжение на трубке воз-растать. Подачей управляющего напряжения на сетку 10 можно воздействовать на ток пучка, а следовательно, на амплитуду и форму генерируемого импульса напряжения. Частота следования импульсов определяется параметрами двигателя 6 или реле 9.

Отсутствие сложной электроннооптической системы, состоящей из большого числа электродов, существенно упрощает конструкцию ускорителя, повышает его надежности и обусловливает некритичность устройства к параметрам электронного пучка. Возможность изменения первеанса ускорительной трубки в значительных пределах (благодаря обратной квадратичной зависимости от.расстояния между электродами позволяет на одном зазоре существенно повысить амплитуду генерируемого импульса напряжения и, следовательно, энергию ускорения.

Использование управляющего электрода, например в виде сетки, расположенной вблизи катода, обеспечивает дальнейшее повышение напряжения на электродах трубки и энергии ускоренных частиц.

При подаче запирающего потенциала на сетку происходит уменьшение первеанса. трубки и достигается управление. формой генерируемого импульса напряжения. Повышение КПД устройства может быть достигнуто также при включении параллельно ускорякицему зазору контактной группы, замыкающей цепь индуктивности в фазе накопления энергии. При этом падение напряжения на трубке равно нулю, а потери энергии в ней отсутствуют.

Формула изобретения

1. Ускоритель заряженных частиц, содержащий индуктивный накопитель и ускорительную трубку, включенные последовательно с источником тока, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, по крайней мере, один из электродов ускорительной трубки выполнен подвижным с возможностью периодическрго изменения межэлектродного расстояния.

2. Ускоритель по п. 1, о т л и ч а ю щ- и и с я тем, что анодный электрод выполнен в виде диска с возможностью его вращения вокруг оси, паргишельной оси ускорительной трубки, и снабжен со стороны катодного электрода профилированными выемками, расположенными по окружности ла периферии диска.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Абрамян Е.А. и др. Ускоритель заряженных частиц. - ЖТФ, 1971,

т. 44, вып. 5, с. 1047.

2.Автгорсйое свидетельство СССР №320242, кл. Н 05 Н 5/00, 1972.

3.Абрамян Е.А. и др. Ускоритель заряженных частиц. - ПТЭ, 1975, 3 с. 25-30..

Фиг.1

J а