Способ создания ускоряющего поля Советский патент 1981 года по МПК H05H1/00 

;54) .СПОСОБ СОЗДАНИЯ УСКОРЯЮЩЕГО ПОЛЯ

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для ускорения электронных:-пуч ков. Известны способы создания ускоряю щих полей в высокочастотных структурах fl. Недостатком этих способов является необходимость использования мощных высокочастотных генераторов для питания ускоряющей структуры Известен также способ создания ускоряющего поля в высокочастотном резонаторе с помощью пропускаемого, через резонатор модулированного пучка электронов И. Напряж1енность возбуждаемого ускорякицего поля определяется интенсивностью возбуждающего пучка и добротностью резонатора. Для дальнейшего увеличения напряженности ускорякяцего поля необходимо увеличивать либо интен сивность возбуждающего пучка,, либо добротность резонатора, что связано с техническими трудностями, например для увеличения добротности резонатор необходимо существенно уменьшить его температуру. Целью изобретения является увеличение напряженности ускоряющего поля Цель достигается тем, что при осу-, ществлении предлагаемого способа создания ускор:чющего поля в высокочастотном резонаторе с помощью пропускаемого через резонатор модулированного пучка электронов собственную частоту возбуждаемой моды электромагнитных колебаний резонатора по,цдерживают превышающей частоту модуляции возбуждающего пучка в п раз, где п - ближайшее целое число к вели1 17 L чине -t.- -, L - расстояние между J/ сfc центрами сгустков возбуждающего пучка, Е- - длина каждого из сгустков возбуждающего пучка. Предлагаемый способ иллюстрируется примером, приведенным на чертеже. В резонаторе 1 произвольной формы поперечного сечения с параллельными торцовыми стенками отверстия для пролета пучка 2,закрыты фольгами 3. Как хорошо известно, вектор - потенциал возбуждаемого пучком типа электромагнитных колебаний в резонаторе определяется выражением A(X,V,i,i:) (i)l(X,M,7;) (1) где icl{x ,у ,z), - собственная функция . резонатора, соответст вующая возбуждаемой мбдё кЬлебаний, а q(t) удовлетворяет уравнению: j(x.y.2.-t)A(x.v,z)axdvcfz oixav 32 где It собственная частота рёэбнаTopaj -- С - добротность резонатора; j - плотность тока пучка . Будем для простоты считать, что Е ЗцО(х))соз Wo (t - |-)i Ч- . ; / ( (nJTl-) CnJr|) . .где Шд - частота модуляции возбужда мого пучка. Наиболее эффективно, как известн возбуждаются ТЕМ - волны в резо наторе, у которых электрическое и магнитное поле не зависит от продольной координации z, а векторпотенциал имеет одну компоненту А-,А. Ограничиваясь рассмотрением этой волны, имеем прй настройке рёзонатора по п гармонику частоты модуляции пучка (си п tD, ) следующе выражение для продольного электриче кого поля на оси резонатора: . Ег-ЕоО-е 2а)со5(и,ь;) E,-. Aj, . ° ,S -(nij.l.) Sii Здесь S - площадь поперечногосечен резонатора, которая связана сего параметрами соотношением: Л1/ п . ; (ь) 43Г2п1 где К - коэффициент, зависящий от формы поперечнбго сечения N резонатора. Например, для прямоугольного резона .тора с поперечными размерами а и Ь К « jr(- 4 ) , для цилиндрического резонатора с круговым поперечным се чением к ЗГ(3 , где 6 - корень функции Бесселя - Jp(G) 0. Пользуясь выражением (6) и учитывая, г где Q - добротность при п 1, имее из выражения (5): F ИГ- .g, 0 Vjre Анализ выражения (8) показывает, что оно максимально, когда п является целым числом, наиболее близким к величине Ч---Т Для достижения резонанса на этой гармонике необходимо выбрать и поддержать естественную резонатора о равной п to(J, где tUj, - частота модуляции пучка. Этого можно достигнуть, какизвестно, либо выбором поперечного сечения резонатора S (согласно формуле 6), либо введением в резонатор с меньшим S магнетиков или диэлектриков, либо введением в резонатор настроечных элементов, (например, штырей). Нз полученных соотношений видно, что применение предлагаемого способа дает сущес.твенный положительный эффект. Например, при величине отношения -р- 25, что является вполне Uil. ,,3,.e. реальным, имеем оптимальной является настройка резонатора на 9-ю гармонику частоты модуляции пучка. При этом, как видно из формулы (8), напряженность ускоряющего поля, возбуждаемого в резонаторе пучком, будет примерно в три раза больше, чем в прототипе {при п 1). В Наиболее часто используемом цилиндрическом резочаторе с круговым поперечным сечением, как легко показать, формула (8) переходит в .ji -f-; с FT L, , л )-1ir-|,j, Л где J - функция Бгсселя/ {j - корень уравнения JQ(O) 0. Например, при выборе Шр J 10 Л, Q Ю у 25, имеем в прототипе (при п 1) Е 115 кВ/см, В предлагаемом же способе при выборе п наиболее близким к величине т . , ... . --- у (в данном случае п 9) име- ет Е «, 300 кВ/см, т.е. использование предлагаемого способа позволяет существенно увеличить напряженность ускоряющего поля. В рассмотренном примере для этого надо выбирать отношение -j-Y равньни 1/180 (в данном случае К is). Для обеспечения высокой добротности (Q 10 ) отверстия для пролета пучка в резонаторе закрыты фольгами (см.чертеж) . Наличие этих фольг, кроме того, позволяет предупредить пробои, которые при напряженности ПОЛЯ 300 кВ/см беэуслрвно возникли ,бы в области апертуры для пролета пучка.

Формула изобретения

Способ создания ускорякхцепо поля в высокочастотном резонаторе с помощью лропускаемого через резонатор модулированного пучка электронов, отличающийся тем, что, с целью увеличения напряженности ускоряющего поля, собственную частоту возбуждаемой моды электромагнитных колебаний резонатора поддерживают превышающей частоту модуляции возбуждающего пучка в п раз, где п ближайшее целое число к величине -V

1,17 L .

Т расстояние центрами сгустков возбуждающего пучка, I.- длина каждого из сгустков возбуждающего пучка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

/1