Линейный индукционный ускоритель Советский патент 1981 года по МПК H05H9/00 

(54) ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ

1

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц и может быть использовано для получения сильноточных импульаных пучиов электронов с энергией в десятки мэВ и более.5

Известен линейный индукционный ускоритель (ЛИУ) 1,содержащий размещенный по оси ускорителя фокусирующий однослойный соленоид, намотанный поверх трубы из диэлектрика с вакуумируемой по- Ю лостью ,и присоединенный к независимому НИСТО1ЧН.ИК1У 1питан1ия, « инжектор пучка электронов.-: ..- . :

В момент достижения в соленоиде максимальной напряженности продольного 15 магнитного по.71я (ПМП) включается ускоряющая система ЛЙУ, электроны из инжектора вводятся в виде сплощного цилиндрического пучка в полость трубы и происходит их ускорение..,;;.: 20

Недостатком такого ЛИУ является ма -----..- -. ..i«.J,-.-,...-.-.J

лая амплитуда тока пучка, ограничиваемай высоким внутренним оосп:роти1вленивм ускоряющей системы ЛИУ и низким ее рабочим напряжением (50 кВ), а также существен- 25 ное усложнение ЛИУ при повыщении напряжения.

Наиболее близким техническим, рёщеннем является ЛИУ 2, содержащий фокусирующую соЛеноидальную систему, под- 30

.соединенную « неза и ои1мому источиижу питания, инжектор трубчатого пучка электронов и ускоряющую систему на основе радиальных линий с водяной изоляцией.

И таком ЛИУ умень щено .виутреннее сопротивление ускоряющей системы и повыщена в 10 раз рабочая разность потенциалов, что позволяет ускорять полые пучки электронов с током в несколько сотен килоампер.

Недостатком этого ЛИУ является больuioe потребление энергии от источника питания, расходуемой на создание ИМП в фокусирующей ооленаидальной системе. Связано это с тем, что наиболее сильноточными являются полые пучТкн, как обладающие минимальной энергией собственного электромагнитного поля. Для эффективной, проводки таких пучков напряженность ПМП в соленоиде долж1на примерно в 5 раз превыщать напряженность магнитного, поля,сбзДавШ;Мого собственно током пучка на его внещней границе. Полый же пучок занимает в объеме соленоида, в котором, создано фокусирующее ПМП, очень малую часть объема.

Целью давного изобретения является уменьшение электрической энергии на возбуждение продольного магнитного поля в ЛЙУпутём сЬзданИЯ .раздельных парал1 Ш Кй1Ш: 11ра|К1чм уШо|р йяГ :Цель Достигается тем, что в ЛИУ, содержащем фокубируйзщуй (i6jreff6TOl SSHyro систему, подсоединенную к независимому источнику ггитания, ийжектор 1Г11рИемвик частиц, фокусирукэЩай Шл ёноиДа Жй1а°ГСйс тё;ма в ы;п6лнёна в впде раздельных соленоида17|г сп5ЖШшШ1х Йо тельно оси ускорителя, причем соленоиды соединены между собой параллельно и подключены к общейу источнику П1ятания; .,.ХйК9 йьгар-цнение ЛИУ позволяет Siflmiffifrbэлёктротёску ю эн п 6требляемунэ от источника на создание ПМП в области ускорения, при сохранении общего тока пучка ускоряемых частиц. Энергия уменьшается примерно во столько раз, во сколько раз объем внутри соленоида 2 больще общего объема всех раздельных соленоидов в предложенном ЛИУ. Для конкретного выполнения ЛР1У .кратность уменьшения может быть опредё; ей:а 65йо, , по сравнению с ускорением полого пучка 2 уменьщение составит не менее 2-- 3 раз. Во столько же раз уменьшатся энёргетические характеристики источника, ё Щстности запасаемая энергия в конденсатссрйОй батарее. Что касается общего ускоряемого тока /о во всех раздельных трактах, , может. бь1ть равной Предельному току / полого пучка подтверждается следующим расчетом. Если каждый солёноид имеет внутренний диаметр df), а соленоиды расположены касаясь ЙДШг - Друрбгбв 2Йй-рад 110 S yiStTH гипотетического тонкостенного трубч атб го пучка с внещ.ним Д1иа)МетрО|М rf,TO общее ч.сло соленоидов будет равно л г« . ; ;:;, .о ,-;;., : Если в каждом соленоиде ускоряется Tg}Ke ;,TOHKocTejHHb, полый пучок, причем его внешняя граница проходит близко от витков, то общий периметр поперечных сечений всех пучков в п соленоидах составит ltd. -,--.--.-. .-..-..-,-РО nndo --г : ndo - Tfd, т. е. PQ больОо -- J . :У /- :- - ..- ---:Шедлииь окружности Р nd пучка 2 в я 3/14. Значит, при одинаковой плотности тока пучков в 2 и в предложеннЪмЛИУ общий ток /о тоже будет больше /TSTTTaS. Практически же солёно:идБГ йМёют Шиеч йуьотЬлЩийу стенок каркас(Эв, от поверхйгостей которых пучки должны проходить на pSe6 5inW8 nFS 51fiWp MMof(5 3a36paTTT03тому /о будет превосходить /меньше, чем в я ра1з и может быть paBgjFi/. -Для еще большего уменьшения потребляемой энергии можно размести; четное число соленоидов, например , поокружиости, и магнитные поля в смежных соленоидах создать встречиог 1Шф авления. Последнее достигается, например, намоткой витков в смежных солеИоидах в ; :4 разные стороны при параллельном подклю-чении всех соленоидов к общему источнику, питания. При так;ом в ьщолнеиии ЛИУ силовьте линии рассеяннь1х магнитных полей сйежных трактов ускорения, проникая взаиМйо В трактьт, оказъшаютря одинаково нйправлеиными с .силовыми линияйи полей, создаваемых соленоидами в своих трактах, что дополнительно увеличивает напряженность полей в каждом тракте, позволяя уменьшить потребление энергии от источника. : :, : - . .. На фиг. 1 схематически изображен предлагаёмый ЛИУ; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.. Фокусирующая соленоидальная система предлагаемого ЛИУ образована восемью раздельными соленоидами 1, равномерно расположенными по окружности относительно оси О-О в полости ускоряющей системы ЛИУ, образованной тремя ускоритеу1ьньши блоками 2..В каждом блоке инliyKTOpbi устййовленьГ в общем металлическом корпусе с двумя торцовыми фланцамИ, которые посредством металлических стяжных шпилек, размещенных снаружи корпуса, создают осевре усилие и обеспечивают электрическое соединение и герм-етйчное уплотнение индукторов вокруг о;бласт1И ускорения. Каждьгй .соленоид намотан, наиример, на трубу из диэлектрика и образует раздельный тракт ускорения в вакуумируемой полости своей трубы; намотка витков 1В смежных соленоидах выполнена в разные стороны. Соленоид в начале тракта ускореНйя;охватывает узел 3 инжектора ЛИУ, а. . Ж КбйЦе тракта соленоид продолжается за пределы приемника 5, например, в виДе металлической миШени для генерации тормозного излучения. Выводы соленоидов в всех трактов ускорения соединены между собой г а раллельио и подключены к заземленным блокам 2, а аналогично соедйненныеВЫВОДЫ соленоидов в конце трактов подключены к общему источнику их питания, например к заряженной конденсаторной батарее б, цепь разрядного тока которой через соленоиды создается при срабатетваниИуправляембго разрядника 7. Работает ЛИУ следующим образЬм. Включйется разрядник 7 и батарея 6 mlet разряжаться через все соленоиды 1,6 результате чего в каждом из них наpactaet напряженность продольного магHHTjTOro поля. Так как узлы 3 и приемники § р1йлёщеиы в соленоидах на расстоянии, больй1бм половины диаметра витков солеиоИдов, и они не возмущают распределеиие поля (например, их металлические детали имеют толщину меньше глубины скин-слоя, 1 ч&стотеTOjca питания соленоидов детали не образуют замкнутых контуров), то поле оМШвается равномерным на этом расстоянии. По достижении максимальной напряKeMoctH l tHfttHpro : поля включаются