Устройство настройки режима работы циклотрона Советский патент 1980 года по МПК H05H7/00 

Устройство настройки режима работы циклотрона относится к области ядерной электроники и может быть использовано для улучшения характеристик пучка частиц в циклических ускорителях, работающих как в импульсном, так и в непрерывном режимах . Известна система стабилизации ма нитного поля ускорителя 1, состоя щая из 25 контуров регулирования, где предусмотрено использование управляющей вычислительной машины для определения величины сигналов коррекции магнитного поля, Недостат ками аналога, являются во-первых, невозможность измерения фазы между высокочастотным ускоряющим напряжением и гармонической составляющей . сигнала пучка, а соответственно и стабилизации магнитного поля при импульсном режиме работы циклотрона во-вторых, необходимость использова ния ЭВМ для осуществления стабилиза ции фазы, т.к. алгоритм необходимых измерений токов обмоток коррекции очень сложен из-за ;ильного влияния друг на друга соседних контуров. Известен также циклотрон фиксиро ванной частоты 2, содержащий сигнальный электрод, схему сравнения, усилитель и дополнительную обмотку. Недостатком прототипа является невозможность его использования в импульсном режиме работы циклотрона, поскольку при импульсном режиме работы теряется информация о фазе сгустка, получаемая с сигнального электрода путем выделения гармоник сигнала. Другим недостатком является сложность в подборе и регулировании токов корректирующих обмоток для сохранения изохронности режима ускорения при медленных уходах фазы сгустка от оптимального значения при временной нестабильности среднего значения магнитного поля циклотрона. Это объясняется сильной связью отдельных контуров системы. Целью изобретения является обеспечение работы в импульсном режиме и упрощение процесса регулирования магнитного поля циклотрона. Цель достигается тем, что в него дополнительно введены генератор пилообразного напряжения, формирователь опорного сигнала и схема стробоскопического преобразователя, причем сигнальный электрод связан через схему стробоскопического преобразователя со входом схемы сравнения и с выходом генератора пилообразного напряжения, вход которого является входом импульса запуска, другой вход системы сравнения соединен с внходомфокмирователя опорного сигнала, связанным с выходом генератора пилообразного напряжения и со входом управления, а выход схемы сравнения, через усилитель соединен с дополнительной обмоткой циклотрона.

На рисунке представле -;а структурная схема устройства настройки режи1ма работы циклотрона.

Устройство состоит из 1 - циклотрона, 2 - дополнительной обмотки, 3 - сигнального электрода; 4 - схемы стробоскопического преобразователя, 5 - генератора пилообразного напряжения, 6 - схемы формирователя опорного сигнала, 7 - схемы сравнения, 8 - усилителя, 9 - входа импульса запуска, 10 - входа управления.

Устройство настройки режима работ циклотрона работает следующим образо Сигнал, наводимый пролетающим пучком заряженных частиц на сигнальный электрод 3, помещенный в камеру циклотрона 1 в зоне расположения дополнительной обмотки 2, поступают на схему стробоскопического преобразователя 4. В стробоскопическом преобразователе 4 осуществляется транспортирование высокочастотного спектра сигнала в низкочастотный (по принципу стробоскопического преобразования повторяющихся сигналов). Время преобразования спектра сигнала определяется параметрами пилообразного напряжения, пос-тупающего с выхода генератора пилообразного напряжения 5, При импульсном режиме работы циклотрона на вход импульса запуска 9, являющегося входом генератора пилообразного напряжения 5, -подается сигнал, совпадающий с началом макроимпульса циклотрона.

При непрерывном режиме работы циклотрона 1 генератор пилообразного напряжения 5 работает в автоколебательном режиме. Напряжение с его выхода поступает также на схему формлрователя опорного сигнала 6. В момен сравнения пилообразного напряжения с управляющим напряжением, поступающим со входа управления 10, в схеме формирователя опорного сигнала 6 вырабатывается импульс. Настройка режима работы циклотрона осуществляется следующим образом. На схему сравнения 7 поступает преобразованный сигнал с сигнального электрода 3 и опорный импульс со схемы 6.. С выхода схемы сравнения 7 сигнал, пропорциональный временному рассогласованию входных сигналов, подается на усилитель 8, который питает дополнительную обмотку 2, размещенную на конечном радиус ускорения циклотрона 1. Изменение

тока в дополнительной обмотке вызывает изменение среднего магнитного поля циклотрона, которое приводит к такому изменению фазового положения пучка, что происходит совпадение временного положения входных импульсов схемы 7. Т.к. пучок заряженных частиц, сигнальный электрод 3, схема стробоскопического преобразователя 4, схема сравнения 7, усилитель 8 и дополнительная обмотка 2 (магнитное поле циклотрона) образуют.замкнутый контур регулирования, то автоматически поддерживается временное совпадение входных сигналов схемы сравнения 7. Оптимальная настройка режима работы циклотрона заключается в изменении временного положения опорного импульса посредством регулирования напряжения на входе 10 до получения максимальной интенсивности выведенного пучка. При возникновении возмущений среднего магнитного поля, вызывающих уход фазы сгустка от оптимального значения (т.е. появление временного рассогласования между опорным импульсом, соответствующим оптимальной настройке цикпотрона, и преобразованным импульсом с сигнального электрода), устройство автоматически вырабатывает сигнал коррекции, который приводит к соответствующему изменению среднего магнитного поля циклотрона с помощью дополнительной обмотки. Таким образом, осуществляется стабилизация оптимального фазового положения пучка как в импульсном, так и в непрерывном режимах работы циклотрона. Очевидна и простота процесса регулирования магнитного поля циклотрона с помои№ю данного устройства, который заключается лишь в изменении величины напряжения на входе управления. При этом обеспечц,Бается сохранение изохронности режима ускорения при медленных уходах фазы от оптимального значения вследствие временной нестабильности среднего магнитного поля ускорителя.

Следовательно, введение схемы стробоскопического преобразователя, генератора пилообразного напряжения и формирователя опорного сигнала, во-первых, позволяет обеспечить работу устройства в импульсном режиме работы циклотрона в отличие от извесных устройств при сохранении стабильности оптимального фазового положения пучка и, во-вторых, упрощает процесс регулирования магнитного прля циклотрона при импульсном режиме работы по сравнению.с известными устройствами.

Использование предлагаемого устроства при импульсном режиме работы циклотрона позволяет сократить время, требуемое для поддержания оптимального режима работы циклотрона. который нарушается вследствие временных нестабильностей среднего магнитного поля . Формула изобретения Устройство настройки режима работы циклотрона, содержащее сигнальный электрод, схему сравнения, усилитель и дополнительную обмотку, отличающееся тем, что, с целью обеспечения работы в импульсном режи ме и упрощения процесса регулирования магнитного поля циклотрона, в него дополнительно введены генератор пилообразного напряжения, формирователь опорного сигнала и схема стробоскопического преобразователя, причем сигнальный электрод связан через схему стробоскопического преобразователя со входом схемы сравнения и с выходом генератора пилообразного напряжения, вход которого является входом импульса запуска, другой вход схемы сравнения соединен с выходом формирователя опорного сигнала, связанным с выходом генератора пилообраз,ного напряжения и со входом управления, а выход схемы сравнения через усилитель соединен с дополнительной обмоткой циклотрона. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Система стабилизации магнитного поля ускорителя. Препринт ОИЯИ, 13-4496, 1969. 2.Патент ФРГ №1146601, кл. , опублик. 1963.