Циклический ускоритель электронов Советский патент 1981 года по МПК H05H13/00 

(54) ЦИКЛИЧЕСКИЙ УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ

1

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в качестве генератора синхро- тронного излучения.

Известен циклический ускоритель электронов , содержащий соленоид, внутри которого-расположен цилиндрический объемный резонатор и катод выполненный в виде накаливаемой нити, натянутой вдоль оси соленоида. Недостатком конструкций является отсутствие ускорения при малых напряженностях эл ектрическогр компонента (Ещ) СВЧ-поля.в резонаторе. При малых Е0Ц эмиттируемые термокатодом электроны вновь попадают на него на первом же обороте цикла ускорения. Указанный недостаток устраняется в другой конструкции ускорителя 2, в котором захва:т ч:астиц в режим ускорения осуществляется из приосевой плазмы,образуемой в результате ионизации остаточного газа в камере ускорителя пучком быстрых электронов, инжектируемых внешним источником электронов. Однако в режим ускорения в этом случае захватываются не только тепловые электроны образуемой в результанте ионизации плазмы, быстрые электроны инжектируемого пучка. Быстрые

Г

I

ФШШенуЁртш

электроны, концентрация которых значительна/., выпадают на перовых же оборотах ИЗ режима ускорения из-за наличия значительных осевых скоростей, снижая тем cai«bJM эффективность ускорителя как по конечной интенсивности пучка, так и по заканчиваемой в резонатор СВЧ-мрщности.

Наиболее близким по конструкции

10 к предлагаемому является устройство (З, содержащее соленоид, внутренняя полость которого содержит диэлектрическую вакуумную камеру и образует Цилиндрический резонатор. Инжёкция

15 частиц в /скориТёль осуществляется внешним плазменным источником. Отсутствие в инжектируемой источником плазме электронов с большими продольными скоростями позволяет получить | число ускоренных частиц 5 10°имп

20 при концентрации плазмМ в центре ускорительной камеры в момент захвата ri л 109см . Используемый в конструкции ускор ителя исФочник позволяет фор25мировать в дентральной области ускорнтёльиой камеры плазму с значительно большей концентрацией (л ) . Однако дальнейшее увеличение интенсивности ускорителя путем повышения

30 интенсивмости источника не достигается. Дело в том, что инжектируемая плазма при своем движении от источника к области захвата ускорителя быстро рекомбинирует. По этой причине концентрация нейтралов в центральной части ускорителя на много порядков превышает концентрацию плазмы. При включении СВЧ эта нейтральная струя ионизуется, образуя плазму с концентрацией , где Икр г)) и itig - заряд и масса электрона/ ш частота. При 0) 2IT 3-10 сек 10 см ) . При этом резонатор расстраивается, напряженность СВЧ-поля в нем резко падает и ускорение обрывается. Однако даже при M Vtitp значительная часть СВЧ-мощности теряется на ионизацию поступающих в к&меру нейтралов. Кроме того, регулировка интенсивности ускорителя с помощью плазменного источника крайне затруднительна, так как в отличии от плазиды поступающие в рабочую камеру ускорителя нейтралы уже не удерживаются в поперечном направлении продольным магнитным полем и заполняют весь объем камеры.

Цель изобретения - упрощение регулировки интенсивности ускорителя, снижение потребляемой СВЧ-мощности и увеличение числа ускоренных частиц .

Это достигается тем, что в циклическом ускорителе электронов, содержащем соленоид, внутренняя полость которого содержит диэлектрическую вакуумную камеру и образует цилиндрический резонатор, и внешний источник формирующий в приосевой области резонатора плазму, на.расположенном со стороны внешнего источника входе диэлектрической камеры установлена соосно с .резонатором диафрагма с изменяющейся площадью окна, а .внешний .источник является оптическим.

.На. чертеже изображена конструктивная схема предлагаемого циклического ускорителя электронов.

Она содержит соленоид-резонатор 1 диэлектрическую вакуумную камеру 2, диафрагму 3, оптический источник 4 и вакуумный насос 5.

Устройство работает следующим образом.

Вакуумный насос 5 откачивает внутреннюю полость диэлектрической.вакуумной камеры 2 до рабочего давления. .Включается оптический источник 4, .и поток фотонов hVf площадь сечения которого определяется площадью изменяющегося окна диафрагмы 3, распространяется в приосезой области соленоида-резонатора 1. В результате фото ионизации в приосевой области уско рителя формируёт.ся плазменный шнур. Ч«рез соленоид-резонатор 1 пропускается электрический ток, создающий во внутренней пол.остй соленоида-p oria ора магнитное поле пробочной конфигурацин с заданным законом нарастания. Закачивается СВЧ-мощность во внутреннюю .поло:сть соленоида-резонатора, настроенного на волну Н„, . При этом электроны захватываются из приосевой плазмы и ускоряются до конечных энергий.

Очевидно, что, изменяя давление остаточного газа в дкэ.йектрической вакуумной камере, гчозхно получать. плазму с:той или иной концентрацией. Напри 1ер, при давлении Р 5 х X рт.ст,.и 100% ионизации можно .получить ялазму с концентрацией п /V п рл-Ю .см Возможность получе ния в предложенном устройстве благо.даря использов-йнив оптического, источника плазмы с тепловьггли электронами с концентраци-ей более высокой, чем в известном устройстве, без нарушения высокочастот-ных свойств резонатора (io п 10) позволяет увеличить число закваченн.ых и ускоренных до конечных энергий частиц. .

КромеТОГО., в )аредложенной конструкции ускорителя до.стигается сйижейяе потребляемой СВ4-мощностив отличив от известной, где значительная ее часть расходовалась на ионизацию поступающих от источника нейтралов.

Очевидно такжеу что управлять концентрацией плазмы, а следовательно, и интенсивностью ускорителя, можно не только зезменением давления g рабочей камере ускорителя, но и . оптическим источником, путем изменения режима его питания. Оптический источник должен давать фотоны с энергией не меньшей порога ионизации , осTaTO4 ioro газа эВ) . Спектральное распределение оптического излучения источников, работающих в диапазоне длин волн ультрафиолета (в.акуумного ультрафиолета),, а также их интенсив.мость сильно зависят от режима их работы.. По этой причине плавную регулировку интенси.вности оптического излучения в интересующем нас .спектральном интервале осуществить сложно. Установка на .входе диэлектрической вакуумной камеры диафрагЕ.еа с изменякхДейся площадью окна значительно упрощает регулировку поступающего в камеру оптического излучения, а следовательно, поперечного размера области захвата и интe cивнocти ускорителя. . ..

Что касается выбора оптического

.источника, то плотность фОТОН.ОВ Пф,

iнеобходимую для получения плазмы с иной концентрацией, можно определить из выражения

п

М

Ф

где По плотность остаточного газа Cfi сечение фотоионизации; Т/ время ионизации.

Формула изобретения

Циклический ускоритель электронов содержащий соленоид, внутренняя полость которого содержит диэлектрическую вакуумную камеру и образует ци-; линдрический резонатор, и внешний; источник, формирующий в приосевой области резонатора плазму,: отличающий с я тем, что, с целью упрощения регулировки интенсивности ускорителя, снижения потребляемой. СВЧ-мощнрсти и увеличения числа ускореннах частиц, на расположенном со стороны внешнего источника входе диэлектрической вакуумной камеры установлена соосно с резонатором дйафрагма с изменяющейся площадью окна, а внешний источник является оптичесКИМ.

Источники информации, принятые Bd внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 310620,.кл. Н 05 Н 13/00, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР . № 419191, кл.Н 05 Н 13/00, 1972.

3.Великанов -С.П., Квочка В.И.,Панасюк B.C.,Саночкин В.В.,Спектор Я.М.i Степанов Б.М., Терешкин Ю.М. и Хромченко В.В. Электронный синхротрон на энергию 50 МэВ с циклотронным предускорениеМ, Атомная энергия, 41, вып. 2, с. 113, 1976.