ИНДУКТОР ЛИНЕЙНОГО ИНДУКЦИОННОГО УСКОРИТЕЛЯ Советский патент 1996 года по МПК H05H11/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке импульсных сильноточных ускорителей электронов.

Известен индуктор линейного индукционного ускорителя, нагруженный через конденсатор на соленоид, равномерно распределенный по ускорительному тракту и подключенный к независимому источнику электрического тока.

При работе устройства обеспечивается высокая напряженность продольного фокусирующего магнитного поля и улучшается однородность электрического поля.

Недостатком индуктора является то обстоятельство, что на выходе индуктора пучок резко дефокусируется, в тракте ускорения отсутствуют фокусирующие составляющие электрического поля и невозможно регулировать профиль пучка при компоновке ускорителя на подобных индукторах, расположенных вдоль общей оси.

Прототипом данного изобретения является индуктор линейного индукционного ускорителя, содержащий фокусирующую катушку, присоединенную одним крайним выводом к заземленному корпусу индуктора, в тороидальной плоскости которого расположен высоковольтный электрод распределенного накопителя энергии, электрические цепи и импульсную систему питания.

Устройство работает следующим образом.

При срабатывании коммутирующего разрядника заряженный от источника конденсатор разряжается через цепь, состоящую из катушки и корпуса индуктора, возбуждая внутри катушки фокусирующее магнитное поле. Когда магнитное поле достигает необходимой величины, включаются цепи питания магнитопровода индуктора, в результате чего индуцируется ускоряющая ЭДС, которая прикладывается между выводами катушки.

В таком индукторе увеличена эффективность вывода пучка из ускорительного тракта, создано фокусирующее электрическое поле и обеспечена регулировка равновесного радиуса пучка вдоль тракта ускорения.

Недостатком этого индуктора является сложность цепей электрического питания и конструкции индуктора, особенно при увеличении мощности и ускоряющего напряжения. Сложность связана с необходимостью выполнять в индукторе два ввода высокого напряжения от двух раздельных внешних источников питания для накопительного конденсатора и магнитопровода, а также связана с наличием двух источников питания.

Целью данного изобретения является устранение указанного недостатка, т. е. упрощение конструкции индуктора и электрических цепей его питания.

Поставленная цель достигается тем, что фокусирующая катушка выполнена из двух секций, выводы которых у смежного стыка присоединены к высоковольтному электроду индуктора, второй крайний вывод фокусирующей катушки присоединен к заземленному корпусу индуктора, а система питания выполнена общей для распределенного накопителя индуктора и для фокусирующей катушки и подключена к высоковольтному электроду индуктора.

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена конструкция индуктора и схема цепей его питания.

Герметичный заземленный корпус индуктора образован металлической обечайкой 1 и торцовыми фланцами. Высоковольтный электрод 2 в виде диска образует относительно поверхностей электродов 3 и 4 распределенный накопитель электрической энергии радиальную линию. Пространство между 3 и 4 заполнено деионизованной водой. Жидкая среда в линии отделена от вакуумируемой области ускорения изолятором 5 трубчатой формы, например из полиэтилена. Вокруг изолятора размещен между электродами 3 и 2 многоканальный разрядник 6. Фокусирующая пучок заряженных частиц катушка выполнена из двух секций 7 и 8 с встречным или с согласным направлением намотки витков в один или в несколько слоев. Выводы секций в месте их смежных стыков присоединены к электроду 2, а другие два крайних вывода присоединены соответственно к электродам 3 и 4 у области ускорения. Электрод 2 присоединен к источнику 9 импульсного напряжения (тока), например к генератору умножения напряжения по методу Аркадьева-Маркса. Целесообразно секции 7 и 8 наматывать на изолирующий каркас, полость между которым и изолятором 5 заливать после намотки диэлектриком, например компаундом, на основе эпоксидных смол. На краях области ускорения выступающие концы электродов 3 и 4 целесообразно выполнять с радиальными разрезами для большей однородности магнитного поля у границ индуктора.

Индуктор работает следующим образом. Заполняется коммутатор газом до рабочего давления. Вакуумная система создает необходимое разрежение в области ускорения. Включается подача от источника 9, в результате чего начинает возрастать разность потенциалов между электродом 2 и электродами 3 и 4 накопителя и одновременно увеличиваться ток через секции 7 и 8 катушки. Ток в секциях течет в противоположных направлениях, но, так как нитки секций намотаны, например в разные стороны, то магнитные поля создаются с одинаковым продольным направлением силовых линий. При включении разрядника 6 начинает через него разряжаться так называемый пассивный конец линии (левая по чертежу часть линии), и по линии начинает распространяться в направлении к обечайке 1 цилиндрическая волна тока разрядника. Одновременно со срабатыванием разрядников активный конец линии (правая ее часть по чертежу) подключается через разрядник к концу электрода 4 вторичного контура. Между концами электродов 3 и 4 прикладывается импульсная разность потенциалов на время, примерно равное удвоенному времени пробега электромагнитной волны по радиусу линии от разрядников до обечайки, т.е. до момента достижения активного конца линии цилиндрической волны, после чего из-за отражения волны полярность потенциалов электродов изменится на обратную, и далее при отсутствии нагрузки в области ускорения через каждый интервал, равный четырем периодам пробега волны, полярность импульса напряжения будет меняться. Ускорение может производиться как в течение длительности первого импульса, так и в течение длительностей последующих импульсов. Выгоднее ускорять во время второй полуволны, так как возможно в принципе передать заряженным частицам всю запасенную в накопителе энергию. В момент начала ускорения, будь это в начале первого или второго импульсов, вводится в область ускорения пучок частиц, которые, пройдя расстояние между концами электродов 3 и 4 вторичного контура, получают прирост кинетической энергии. Срабатывающий разрядник 6 закорачивает через себя концы секции 7.

При намотке секции 7, 8 катушки в одинаковую сторону работа индуктора аналогична изложенной выше за исключением того, что в области ускорения будет возбуждаться аксиально-симметричное знакопеременное магнитное поле, которое тоже является фокусирующим.

Индуктор линейного индукционного ускорителя, содержащий фокусирующую катушку, присоединенную одним крайним выводом к заземленному корпусу индуктора, в тороидальной полости которого расположен высоковольтный электрод распределенного накопителя энергии, электрические цепи и импульсную систему питания, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции индуктора и электрических цепей его питания, фокусирующая катушка выполнена из двух секций, выводы которых у смежного стыка присоединены к высоковольтному электроду индуктора, второй крайний вывод фокусирующей катушки присоединен к заземленному корпусу индуктора, а система питания выполнена общей для распределенного накопителя индуктора и для фокусирующей катушки и подключена к высоковольтному электроду индуктора.

Индуктор линейного индукционного ускорителя, содержащий фокусирующую катушку, присоединенную одним крайним выводом к заземленному корпусу индуктора, в тороидальной полости которого расположен высоковольтный электрод распределенного накопителя энергии, электрические цепи и импульсную систему питания, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции индуктора и электрических цепей его питания, фокусирующая катушка выполнена из двух секций, выводы которых у смежного стыка присоединены к высоковольтному электроду индуктора, второй крайний вывод фокусирующей катушки присоединен к заземленному корпусу индуктора, а система питания выполнена общей для распределенного накопителя индуктора и для фокусирующей катушки и подключена к высоковольтному электроду индуктора.