Устройство для формирования импульсного электронного пучка Советский патент 1980 года по МПК H01J29/00 

Изобретение -относится к ускорительной технике и может быть использовано, например, в сильноточных индукционных ускорителях (ЛИУ) на энер- 5 гию- в десяти Мэв.

Известно устройство, использующее источник частич, постоянный магнит, располагающийся на участке дрейфа ускорителя и отклоняюршй частицы с Ю различными энергиями на заданные углы, и высокостабилизированный источник постоянного тока, питающий обмотку отклоняющего магнита 11. Для повышения однородности отклоняюшего магнитного поля в зоне прохо ения пучка полюсс м магнитопровода в некоторых случаях придается форма полузллипсов, отделенных разрезом, причем иногда полюса магнита- одновре- 20 менно являются и токопроводящими.

С помощью такого устройства можно формировать монохроматические пучки, отклоняя КЗ общего спектра час- . тицы с определенной энергией. 25

Недостатком этого устройства является громоздкость отклоняющего магнита, большой вес его обмоток и магнитопровода. Диапазон действия по энергиям и углам отклонения, т.е. диапазон Q

регулирования такого магнита обычно невелик, кроме того, из-за большой индуктивности быстродействующий импульсный режим работы неосуществим.

Известно также устройство для формирования импульсного электронного пучка, содержащее импульсную электронную пушку,.имеюйс/ю катод и заземленный анод, источник ускоряюмего напряжения 21.

Недостатком этого устройства является существование конечного значения длительностей фронта и спеща ускоряемых импульсов (100-500 не). Наличие частиц с энергией (0-0,9) Е, располагающихся на фронте и спаде, ограничивает получение больших средних токов электронов в ЛИУ при использовании такой пушки, так как в дальнейшем эти частицы не будут удержаны вблизи оси ускорителя и будут бомбардировать и разрушать камеру ЛИУ.

Целью изобретения является монохроматизация электронного пучка.

Для этого в устройстве, содержащем импульсную электронную пушку, имеющую катод и заземленный.анод, источник ускоряющего напряжения выполнен в риде элемента, представляющего собой

два полуцилиндра, соединенных со стороны катода кольцевой перемычкой с отогнутым наружу торцом, причем один из противоположных торцу концов полуцилиндров заземлен, а другой подклчен к дополнительно введенному источнику импульсных токов, подключенному к синхронизатору, соединенному также с источником ускоряющего напряжения.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг.2диа1тэа1флы, иллюстрирующие работу устройства. Здесь 1 - источник импульсного напряжения, 2 - катод импульсной электронной пушки, 3 и 4 нижний и верхний полуцилиндры, 5 - кольцевая перемычка, 6 - отогнутый торец анода электронной пушки, 7 источник импульсных токов, 8 - синхронизатор.

Устройство работает следукяцим образом.

Два синхроимпульса от синхронизатора 8 одновременно запускают источник 1 импульсного ускоряющего напряжения и первый канал источника 7 импульсных токов. Электроны, находящиеся на фронте инжектируемого сгустка и имеющие неноминальную энергию (0-0,9) попадают в импульсное поперечное магнитное поле образующееся при протекании в полуцилиндрах 3 и 4 и кольцевой перемычке 5 импульса тока от источника 7 и несмотря на имеющееся аксиальное фокусирующее постоянное магнитное поле высаживаются на эти части анода, которые принудительно охлаждаются

Одновременно с началом плоской вершины ускоряющего импульса (см. фиг.2) первый канал источника импульных токов заканчивает свое действие крутым спадом, и электроны с энергией (0,9-1,0) Е,ц„. проходят, беспрепятственно.

Действие второго канала источника импульсных токов начинается крутым фронтом окончания плоской вершины ускоряющего импульса запуском его от синхронизатора третьим синхроимпульсом с задержкой + . относительно первых двух. Электроны, находящиеся на спаде ускоряющего . импульса и имеющие энергию (0,90)Емвм, устраняются из процесса ускорения аналогично фоонтовым.

Расчеты показывают, что при энергии инжекции (500-700) кэВ, фокусирующим поле 300-500 Э, токе электронов до 250 А амплитуда импульсов тока в устройстве с длиной разреза между полуцилиндрги 15-16 см и радиусом 2,5-3 см должна составить 90 -1000 А при крутизне фронта и

А/с.

спала импульсов тока до 5-10

в изготовленном устройстве, разрабатываемом в качестве инжектора для ЛИУ, как показали испытания,для отклонения частиц с энергией 310 кэВ при длине разреза 15 см и радиусе 3 см достаточна амплитуда импульсов отклоняющего тока 320 А. Фокусирующее поле порядка 150 Э. Длительность импульсов монохроматизации, соответствующая длительностям фронта и спада ускоряющих импульсов, составляет 0,8 МКС, длительность фронта и спа.да их 2-4 НС.

Устройство компактно и позволяет получать электронные пучки с высокой степенью монохроматизации.

Формула изобретения

Устройство для формирования импульсною электронного пучка, содержащее импульсную электронную , имеющую катод и заземленный анод, источник ускоряющего напряжения, отличающееся тем, что, с целью монохооматизации электронного пучка, анод выполнен в виде элемента представляющего собой два полуцилиндра, соединенных со стороны катода кольцевой перемычкой с отогнутым торцом, причем один из противоположных торцу концов полуцилиндров заземлен, а другой соединен с дополнительно введенньлм источнике импульсных токов, соединенные с синхронизатором и с источником ускоряющего напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Труды Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. М., ВИНИТИ, 1970, Т.1, с.295.

2.Анацкий А.И. и др. Линейный индукционный ускоритель. 1А,, Атомная энергия , 1966, т.21, вып.6,

с.439 (прототип).