ИНДУКТОР ЛИНЕЙНОГО ИНДУКЦИОННОГО УСКОРИТЕЛЯ Советский патент 1996 года по МПК H05F7/00 

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к конструктивным элементам "безжелезных" линейных индукционных ускорителей (ЛИУ) заряженных частиц и может быть использовано для получения сильноточных импульсных пучков электронов с энергией в десятки МэВ и более.

Известен индуктор ЛИУ недостатком такого индуктора является малая амплитуда ускоряемого тока пуска ( ≲ 25 кА) и генерирование синусоидальных импульсов ускоряющего напряжения, в результате чего частицы пучка имеют большой разброс по энергии ускорения. Ограничение тока связано с малой плотностью энергии в конденсаторах и с их малым рабочим напряжением (50 кВ), которое ограничено электропрочностью конденсаторов и окружающего их атмосферного воздуха, а также электропрочностью по поверхности соленоида в воздухе и деталей разрядника относительно высоковольтного электрода индуктора. Кроме того, с ростом рабочего напряжения усложняется разрядник и генератор пусковых импульсов.

Известен также индуктоp ЛИУ, содержащий трубчатый изолятор, разделяющий диэлектрическую среду распределенного накопителя электрической энергии и тракт ускорения частиц, причем относительная диэлектрическая постоянная материала изолятора меньше относительной диэлектрической постоянной среды накопителя, и расположенные вокруг изолятора разрядники.

Недостатком этого индуктора является его сложность из-за размещения в нем большого числа тригатронов, что, в свою очередь, усложняет устройства генерирования и передачи импульсов управляющего напряжения к тригатронам, увеличивает массу, габариты и стоимость устройств, снижает надежность индуктора и повышает трудоемкость его обслуживания. Большое число тригатронов необходимо для формирования как можно более симметричной цилиндрической волны тока разрядки линии накопителя, что способствует увеличению скорости роста тока пучка, повышению мощности индуктора и моноэнергетичности частиц. Нецилиндричность фронта волны возникает из-за того, что после включения всех тригатронов волна разрядки линии одновременно с перемещением ее фронта по направлению к периферии линии распространяется и в перпендикулярном направлении между смежными разрядниками. При этом время пробега волной расстояния между смежными разрядниками определяет длительность фронта импульса ускоряющего напряжения и соответственно скорость нарастания тока пучка. Например, при расстоянии l 200 мм между корпусами разрядников фронт напряжения затянется на время не менее t 3 нс (ε₂- диэлектрическая постоянная воды, С скорость света в пустоте).

Целью изобретения является упрощение индуктора путем уменьшения в нем числа разрядников.

Цель достигается тем, что в индукторе ЛИУ, содержащем трубчатый изолятор, разделяющий диэлектрическую среду распределенного накопителя электрической энергии и тракт ускорения частиц, причем относительная диэлектрическая постоянная материала изолятора меньше относительной диэлектрической постоянной среды накопителя, и расположенные вокруг изолятора разрядники, изолятор индуктора выполнен с выемками на внешней поверхности, и в каждой из них размещен разрядник. Кроме того поверхность каждой выемки выполнена сопряженной с примыкающей к ней наружной поверхностью разрядника.

На фиг. 1 и 2 изображен предлагаемый индуктор.

Герметичный корпус индуктора образован металлической обечайкой 1 и торцевыми фланцами 2 3 (уплотняющие прокладки, например, из резины, не показаны). Высоковольтный дисковый электрод 4 образует относительно поверхностей фланцев 2 и 3 свернутую радиальную линию (РЛ). Пространство между электродами РЛ заполнено очищенной водой ( ε₂ 81). Среда в РЛ отделена от вакуумируемой области 5 ускорения трубчатым изолятором 6, например, из полиэтилена ( ε₁ 2,3). В изоляторе 6 размещен однослойный соленоид 7. На внешней поверхности изолятора 6 в выступе 8 выполнены выемки, например, полуцилиндрические, равномерно расположенные по окружности, и в каждой из них размещен газонаполненный тригатрон 9. Электрод 4 присоединен к высоковольтному зажиму внешнего источника импульсного тока зарядки накопителя (источник не показан) 10 граница ускоряемого полого пуска заряженных частиц.

Индуктор работает следующим образом. Подается ток возбуждения в катушку, по достижении напряженности магнитного поля, близкой к максимальной, производится зарядка (обычно за 1 мкс) РЛ до рабочей разности потенциалов. Затем синхронно включаются все разрядники, и производится ускорение заряженных частиц, электронов, в течение длительности первого (из серии) или последующих импульсов ускоряющего напряжения, генерируемых индуктором. Так как между смежными разрядниками материал изомера имеет меньшую величину диэлектрической постоянной, чем величина постоянной у воды, то тока разрядки проходит эти участки быстрее, формируя более цилиндричную общую волну, распространяющуюся к периферии линии. Значит, при таком же расположении разрядников, как в прототипе, и при том же их числе, волна будет более цилиндричной, импульс ускоряющего напряжения более прямоугольным, фронт ускоряемого тока более крут, а энергия ускоряемых частиц более монохроматичной. Если же необходимо генерировать импульс ускоряющего напряжения с такими же параметрами, как в прототипе, то число разрядников можно уменьшить, например, на 30% При сокращении числа разрядников меньше чем на 30% импульс ускоряющего напряжения будет более прямоугольным, чем в прототипе. Сопряжение поверхностей выемок с наружными поверхностями разрядников позволяет уменьшить толщину слоя воды между ними и дополнительно ускорить прохождение волны смежными разрядниками, а значит, дополнительно уменьшить число разрядников. Наличие выступов 8 на внешней поверхности трубчатого изолятора 6 повышает механическую прочность этого изолятора и упрощает фиксирование положения высоковольтного электрода 4 и его крепление, например, как это показано на чертеже.

Проведенные испытания моделей индуктора подтвердили его работоспособность и показали, что при уменьшении числа разрядников на 30% по сравнению с прототипом характеристики генерируемого импульса ускоряющего напряжения не ухудшились по сравнению с характеристиками импульса в прототипе; кроме того, упростился индуктор из-за уменьшения числа прокладываемых к разрядникам через герметичную обечайку 1 корпуса (см. чертеж) отрезков кабелей от пускового устройства и газовых магистралей, упростилось обслуживание и эксплуатация индуктора.

1. ИНДУКТОР ЛИНЕЙНОГО ИНДУКЦИОННОГО УСКОРИТЕЛЯ, содержащий трубчатый изолятор, разделяющий диэлектрическую среду распределенного накопителя электрической энергии и тракт ускорения частиц, причем относительная диэлектрическая постоянная материала изолятора меньше относительной диэлектрической постоянной среды накопителя, и расположенные вокруг изолятора разрядники, отличающийся тем, что, с целью упрощения индуктора путем уменьшения в нем числа разрядников, изолятор индуктора выполнен с выемками на внешней поверхности, и в каждой из них размещен разрядник.

2. Индуктор по п.1, отличающийся тем, что поверхность каждой выемки в изоляторе выполнена сопряженной с примыкающей к ней наружной поверхностью разрядника.

1. ИНДУКТОР ЛИНЕЙНОГО ИНДУКЦИОННОГО УСКОРИТЕЛЯ, содержащий трубчатый изолятор, разделяющий диэлектрическую среду распределенного накопителя электрической энергии и тракт ускорения частиц, причем относительная диэлектрическая постоянная материала изолятора меньше относительной диэлектрической постоянной среды накопителя, и расположенные вокруг изолятора разрядники, отличающийся тем, что, с целью упрощения индуктора путем уменьшения в нем числа разрядников, изолятор индуктора выполнен с выемками на внешней поверхности, и в каждой из них размещен разрядник. 2. Индуктор по п.1, отличающийся тем, что поверхность каждой выемки в изоляторе выполнена сопряженной с примыкающей к ней наружной поверхностью разрядника.