Входное устройство линейного ускорителя заряженных частиц Советский патент 1983 года по МПК H05H7/06 

(5) ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

1

Изобретение относится к ускорительной технике и может испол-ьзоваться при разработке СВЧ-инжекторов и группирователей линейных ускорителей заряженных частиц.

Известен группирователь-ускоритель электронов , содержащий два модулирующих резонатора с параметрами группировки и 1,5-2,0 соответственно и пролетную трубку.

Известен линейный ускоритель с предгруппирователем 2. Предгруппирователь состоит из двух резонаторов с различными рабочими частотами.

Известна система инжекции { 3 1. обеспечивающая минимальный разброс энергий электронов, выходящих из ускорителя. Система инжекции состоит из пушки, группирующего резонатора, ускоряющего резонатора и ускоряющего волновода.

К недостаткам описанных устройств относятся необходимость предварительного ускорения перед группировкой, наличие двух СВЧ-резонаторов с подводящими трактами, необходимость обеспечения дрейфовых промежутков для преобразования модуляции электронного пучка по скорости в модуляцию по плотности, а также применение фокусирующих систем и, как следствие, дополнительные затраты СВЧ-энер -ии,

,р увеличение габаритов и конструктивное усложнение установок.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является устройство для инжекции электронов и ввода

,5 высокочастотной энергии , выполненное в виде резонаторного трансформатора типа волны (ТТВ), вход которого соединен с генератором ВЧ-энергии, выхбд - с ускоряющей

20 секцией через щель связи на передней торцевой стенке на некотором расстоянии от оси, а на задней торцевой стенке в запредельном круглом волноводе установлен эмиттер. На передней стенке на оси резонатора ТТВ в пролетной трубке отверстие затянуто сеткой для увеличения напряженности электрического поля.

Недостатки известного устройства заключаются в расположении эмиттера в запредельном круглом волноводе, наличии пролетной трубки, что увеличивает габариты, требует дополнительной фокусирующей системы, так как эмиттированный пучок электронов является расходящимся.

Цель изобретения - увеличение захвата частиц в режиме ускорения, уменьшение ширины энергетического спектра пучка ,и сокращение габаритов устройства.

Поставленная цель достигается тем что в предложенном входном устройст ве линейного ускорителя заряженных частиц катодный узел выполнен в виде цилиндрического резонатора, соосного с трансформатором типа волны и имеющего связь с внешним коаксиальным резонатором через кольцевую проточку со стороны ускоряющей секции, а коаксиальный резонатор имеет кольцевую проточку в торцевой стенке на расстоянии среднего радиуса от оси системы. Кроме того, ТТВ может быть выполнен в виде двух цилиндрических резонаторов с общим отверстием связи на оси системы.

На фиг. схематично изображено входное устройство линейного ускорителя заряженных частиц в виде ТТВ-инжектора, состоящего из двух резона.торов; на фиг. 2 - ТТВ-инжектор, состоящий из трех резонаторов.

Входное устройство (фиг. 1) содежит катодный узел 1 с эмиттером 2, внешний коаксиальный резонатор 3 цилиндрический резонатор k катодного узла, ускоряющую секцию 5 волновод 6 прямоугольного сечения с отверстием связи 7 и две проточки 8, продольную и радиальную.

Во входном устройстве, приведенном на фиг. 2, имеется дополнительный цилиндрический резонатор 9, через который осуществляется ввод ВЧ-энергии от автогенератора.

Устройство работает следующим образом.

ВЧ-энергии через волновод 6 и отверстие связи 7 поступает во внешний коаксиальный резонатор 3 (фиг. 1 и через радиальную проточку 8 - в цилиндрический резонатор Ц катодноГО узла 1. На катодный узе-: подается постоянное напряжение. При этом катодный узел и передняя стенка ТТВ образуют по постоянному напряжению двухэлектродную пушку системы Треневой, формирующую сходящийся электронный поток. Совместное действие постоянного электрического поля и высокочастотного электромагнитного поля резонатора k, работающего на колебаниях вида ,, приводит не только к ускорению, но и к группировке электронов. Группировка происходит в области, близко расположенной к эмиттеру, и в дальнейшем электронные сгустки скользят относительно фазы электромагнитного поля, ускоряясь постоянным напряжением до входа в ускоряющую секцию 5; где ускорение и дальнейшая группировка осуществляются только полем ВЧ-волны. В торцевой стенке внешнего коаксиального резонатора на расстоянии среднего радиуса выполнена кольцевая проточка для обеспечения подачи отрицательного напряжения на катодный узел, которая представляет собой запредельный коаксиальный волновод и препятствует излучению ВЧ-энергии. Возможен ввод ВЧ-энергии через дополнительный цилиндрический резонатор 9 работающий на колебаниях вида Е (фиг. 2).

Таким образом, входное устройство позволяет совместить в одном узле входной ТТВ и инжектор с предварительной ВЧ-группировкой пучка. Расчеты показывают, что коэффициент группировки равен 2,5 для 60% частиц. При этом энергетический спектр имеет ширину на входе в ускоряющую секцию 0, в зависимости от величины поданного постоянного напряжения на катодный узел; фазу влета, изменяющуюся в пределах 27f , и сгустки с фазовым углом ± 0,27t для 60 частиц. Это позволяет увеличить коэффициент захвата частиц в режиме ускорения и значительно умёньшит ширину энергетического спектра пучка и сократить габариты устройства. Появляется возможность регулировать фазу влета в ускряющую секцию постоянным напряжением, подаваемым на катодный узел, что значительно упрощает ВЧ-тракт и габариты входного устройства.

Таким образом, входное устройство выполняет две функции: является

трансформатором типаволны и инжектором электронов. Входное устройство может найти широкое применение в ускорителях заряженных частиц, обеспечивающих моноэнергетичность пучка, большой захват, малый фазовой угол и т.д.

Формула изобретения

1, Входное устройство линейного ускорителя заряженных частиц выполненное в виде резонаторного трансформатора типа волны, вход которого соединен с генератором высокочастотной энергии, выход - с ускоряющей секцией, а на задней торцевой стенке установлен эмиттер, отличаю щ е е с я тем, что, с целью увеличения захвата частиц в режиме ускорения, уменьшения ширины энергетического спектра пучка и сокращения габаритов устройства, катодный узел

335016

выполнен в виде цилиндрического резонатора, соосного с трансформатором типа волны и имеющего связь с внешним коаксиальным резонатором 5 через кольцевую проточку со стороны ускоряющей секции, а коаксиальный резонатор имеет кольцевую проточку в торцевой стенке на расстоянии среднего радиуса от оси системы. 10 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трансформатор типа волны выполнен в виде двух цилиндрических резонаторов с общим отверстием связи на оси системы. 5 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

. Патент США № 33331 2, Н 05 Н 7/00, опублик. 1967.

t. Патент США № 3229711, Н 05 Н 7/00, 1966 (прототип).