Высокочастотный ускоритель заряженных частиц Советский патент 1985 года по МПК H05H7/00 H05H9/00 

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для ускорения заряженных частиц обоего знака. Известен ускоритель заряженных частиц, в котором для повьшения энергии ускоряемых частиц введен дополнительный промежуточный электрод, ускоряющий потенциал на котором создается путем осаждения на нем основного или вспомогательного пучков, заряженных частиц. Однако известное устройство имее крайне, низкий коэффициент полезного действия в связи с тем, что для приращения энергии ускоряемого пуч ка, близкого к 100%, необходимо осадить основную часть этого пучка на промежуточном электроде. Введение дополнительного пучка, который аналогичен току части основного пучка, осажденной на промежуточных электродах, ничего не изменяет,в энергетике ускорителя. Известен также высокочастотный резонаторный ускоритель ионов, содержащий двухэлектродную ускоряющую систему с промежуточным электродом и источник заряженных частиц, расположе ньй на низковольтном электр де. В ускорителях такого типа осуще ствляется ускорение только положительных ионов и только в сторону высоковольтного электрода ускорите ля . Это ограничивает диапазон при менения ускорителя, а также затруд няет вьгаод ускоренных частиц. Цель изобретения - обеспечение ускорения отрицательно заряженных частиц при упрощении их вывода из ускори/еля. Дпя достижения поставленной цели на промежуточном электроде со стороны, обращенной к низковоль ному электроду, расположен второй источник заряженных частиц того же знака. Эмиссионная способность второго источника заряженных частиц выбирается меньше, чем эмиссионная спо собность первого источника. В устройстве для возбуждения высокочастотного электромагнитного поЛя между основными электродами ускорителя могут быть использованы различные устройства, например, ре зонансный трансформатор. 852 На фнг.1 представлена конструктивная схема высокочастотного ускорит ;зля заряженных частиц; на фиг.2 (а,б,в,г)- эпюры напряжения и тока в ускорителе. Конструктивная схема высокочастотного ускорителя заряженных частиц (фиг.1) содержит двухэлектродную ускоряющую систему, где высоковольтный электрод 1 соединен с высоковольтньм концом обютки 2 резонансного трансформатора, а низковольтный конец обмотки 2 соединен с низковольтным электродом 3, являющимся корпусом резонансного трансформатора. Между электродами 1 и 3 двухIэлектродной ускоряющей системы размещен промежуточный электрод 4. На электродах 3 и 4 противоположно один другому размещены соответственно источники 5 и 6 заряженных частиц одного знака, обладающие различной эмиссионной способностью. Устройство работает следующим образом. При подаче переменного напряжения на электрод 1 (фиг.2а) посредством обмотки 2. на промежуточный электрод 4 наводится переменное напряжение через емкость С| , образованную электродами 1 и 4, амплитуда которого определяется соотношением емкостей С, и С и определяется согласно выражению: Ч,.с, где Су - емкость между электродами 4 и 3. В зазоре между электродами 4 и 3 под действием наведенной разности потенциалов потекут токи источников 5 и 6. На фиг.2 представлен случай, когда в устройстве используются-источники отрицательно заряженных частиц, например электронов, причем эмиссионная способность источника 5 больше, чем источника 6. В этом случае на электроде 4 накапливается отрицательный заряд такой величины, что постоянная разность потенциалов между электродами 4 и 3 (фиг,26) обеспечивает баланс токов источников 5 и 6 (фиг.2в и 2г). При этом постоянное напряжение на промежуточном электроде 1)л. меньше

амплитуды переменного сигнала на этом электроде и стремится к ней, когда эмиссия источника 6 стремится к нулю:

u.u

(2)

4-4Максимальная разность потенциалов, ускоряющая заряженные частицы, между промежуточным электродом 4 и низковольтным 3 складывается из постоянного напряжения на промежуточном электроде 1) и амплитуды переменного напряжения U 4- этом электроде, как изображено на фиг. 26.

Условие превышения ускоряющей разности потенциалов амплитуды напряжения на электроде 1 записывается следзпощим образом: . U4.U4.Ur

В предельном случае, когда (4 ац усповие (3) можно записать в виде .

2U.

..

(4)

Используя соотношение (1), находим условия, которым должны -удовлетворять величины емкостей Cj и

Cj для получения эффекта увеличения ускоряющего напряжения:

(5)

„С,С2.

При соблюдении условия (5) максимальное значение разности потенциалов меязду электродами 4 и 3 будет превьшать амплитуду напряжения на электроде 1. Эффект увеличения будет тем больше, чем больше величина емкости Ci по сравнению с емкостью Ci .

Ускорение частиц источника 6 5удет происходить по направлению к наружному электроду 3, при этом ускоренные частицы могут быть выведены за пределы ускорителя со

стороны низковольтного электрода.

Для положительно заряженных

(3) частиц приведенные рассуждения остаются справедливы, меняются только знаки напряжений и токов на фиг.2.

Устройство может найти применение в различных областях науки и техники. Например, как ускоритель

электронов дпя получения жесткого рентгеновского излучения, а также для облучения пучком электронов некоторых материалов н т.д.

.Z

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий двухэлектродную ускоряющую систему с промежуточным электродом и источник заряженных частиц, расположен- , ный на низковольтном электроде, отличающийся тем, что, с целью обеспечения ускорения отрицательно заряженных частиц при упрощении их вывода из ускорителя, на промежуточном электроде со стороны, обращенной к низковольтному электроду^ расположен второй источник заряженных частиц того же знака.05соО5со00ел