ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ СИСТЕМА РЕЗОНАНСНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Советский патент 1994 года по МПК H05H7/02 

Система может быть использована для улучшения параметров и эксплуатационных возможностей ускорителей заряженных частиц, в частности микротрона.

Известна высокочастотная система ускорителя заряженных частиц, содержащая амплитрон, объемный резонатор, стабилизирующий и задающий частоту колебаний, фазовращатель, отражатель и согласованную нагрузку. Ускоряющий резонатор подключен через ферритовый циркулятор.

Недостатком этой схемы является рассогласование частот ускоряющего резонатора и СВЧ генератора за счет электронного и температурного ухода частоты ускоряющего резонатора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является высокочастотная система резонансных ускорителей, содержащая ускоряющий резонатор, присоединенный к выходу амплитрона, импульсный источник питания. На входе амплитрона расположены режекторный фильтр и согласованная поглощающая нагрузка. Режекторный фильтр позволяет при установочной настройке схемы изменять величину коэффициента стоячей волны по напряжению и фазу стоячей волны, причем взаимонезависимо. Для расширения полосы рабочих частот режекторный фильтр располагается возможно ближе к зоне взаимодействия амплитрона, а эквивалентная длина линии замкнутой циркуляции высокочастотной мощности минимальна и кратна длине волны средней резонансной рабочей частоты в контуре. Недостатком этой системы является низкая надежность из-за критичности настройки режекторного фильтра и возможности возникновения паразитных колебаний на частотах, отличающихся от резонансной частоты ускоряющего резонатора, так как на резонансной частоте ускоряющий резонатор при оконечном включении имеет отражение, меньшее, чем на других частотах.

Целью изобретения является повышение надежности работы системы.

Это достигается тем, что в высокочастотной системе резонансного ускорителя, содержащей высокодобротный ускоряющий резонатор, амплитрон, согласованную нагрузку, импульсный источник питания и фазоподстроечный элемент, подключенный к входу амплитрона, ускоряющий резонатор включен в боковую стенку волновода между выходом амплитрона и согласованной нагрузкой на расстоянии, кратном половине длины волны в волноводе от плоскости этой стенки, а фазоподстроечный элемент выполнен в виде короткозамыкающего поршня.

На фиг. 1 схематически изображена высокочастотная система; на фиг. 2 - ее эквивалентная схема.

Система содержит амплитрон 1, ускоряющий резонатор 2, короткозамыкающий поршень 3, согласованную поглощающую нагрузку 4.

Так как ускоряющий резонатор 2 включен непосредственно или с помощью отрезка волновода, длина которого кратна половине длины волны в волноводе, например в узкую стенку волновода, то расстояние между плоскостью аа' эквивалентного представления параметров резонатора (фиг. 2) до сечения ll' кратно нечетному числу четвертей длины волны в передающей линии l = (2n+ 1) . Поэтому отражение выходной мощности амплитрона в сечении ll' происходит преимущественно на резонансной частоте ускоряющего резонатора. На частотах, отличных от резонансной, отражение в сечении ll' уменьшается. Часть выходной мощности амплитрона на резонансной частоте ускоряющего резонатора отражается в данном сечении, проходит через замедляющую систему амплитрона 1, отражается от закороченного конца линии и усиливается амплитроном. Основная часть мощности выходных колебаний, частота которых соответствует резонансной частоте ускоряющего резонатора, проходит в резонатор и используется для ускорения электронов. Согласованная нагрузка 4 поглощает шумовую мощность в процессе возбуждения колебаний, частоты которой не соответствуют резонансной частоте резонатора, устраняя возможность возбуждения паразитных колебаний.

Короткозамыкающий поршень служит одновременно и для создания фазовых условий автоколебаний. Амплитудные условия автоколебаний обеспечиваются подбором коэффициента отражения ускоряющего резонатора, от которого зависит величина мощности, отраженной в плоскости ll'. Величина коэффициента отражения резонатора, нагруженного электронным пучком, должна быть такой, чтобы в схеме обеспечивался устойчивый стационарный режим автоколебаний. Так как коэффициент отражения резонатора в отсутствие электронного пучка повышается и соответственно увеличивается величина обратной связи, то повышается устойчивость и уменьшается время процесса возбуждения и установления автоколебаний в системе, что ведет к повышению эффективности ускорения. Так как амплитрон обычно работает в режиме насыщения, то выходная мощность остается практически постоянной при небольших флуктуациях электронного пучка и соответствующих этому изменениях коэффициента отражения резонатора.

В связи с тем, что частота автоколебаний в схеме определяется резонансной частотой ускоряющего резонатора, в схеме обеспечивается высокая степень совпадения частоты автогенерации и собственной частоты ускоряющего резонатора при изменении последней, что повышает устойчивость процесса ускорения.

Применение такой высокочастотной системы в резонансных ускорителях заряженных частиц позволяет повысить эффективность ускорителя и устойчивость процесса ускорения, а также упрощает конструкцию и повышает надежность системы питания. (56) Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ. "Высшая школа", М. : 1972, т. 2, с. 319-322.

Авторское свидетельство СССР N 530618, кл. Н 05 Н 7/02, 1976.

ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ СИСТЕМА РЕЗОНАНСНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащая высокодобротный ускоряющий резонатор, амплитрон, согласованную нагрузку, импульсный источник питания и фазоподстроечный элемент, подключенный к входу амплитрона, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы системы, ускорящий резонатор включен в боковую стенку волновода между выходом амплитрона и согласованной нагрузкой на расстоянии, кратном половине длины волны в волноводе от плоскости этой стенки, а фазоподстроечный элемент выполнен в виде короткозамыкающего поршня.