ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ Советский патент 1994 года по МПК H05H9/00 

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц и может быть использовано для получения сильноточных импульсных пучков электронов.

Известен линейный индукционный ускоритель (ЛИУ), содержащий фокусирующую систему в виде соленоида, размещенного в области ускорения ЛИУ и подключенного к источнику электрического тока.

Недостатком известного ускорителя является большое потребление энергии от источника тока, расходуемой на создание фокусирующего поля (ФП). Связано это с тем, что наиболее сильноточными являются полые пучки как обладающие минимальной энергией собственного электромагнитного поля. Полый пучок занимает в соленоиде очень малую часть от объема, в котором создано ФП.

Наиболее близким по технической сущности является ЛИУ, содержащий фокусирующую соленоидальную систему из четного числа раздельных соленоидов, расположенных по окружности относительно оси ускорителя и подключенных к источнику питания, причем смежные соленоиды намотаны в разные стороны.

В этом ускорителе КПД использования энергии источника питания на создание ФП недостаточен из-за рассеяния магнитного поля на краях соленоидов.

Цель изобретения - повышение КПД использования электрической энергии источника на возбуждение фокусирующего магнитного поля путем перехвата силовых линий краевых полей соленоидов.

Цель достигается тем, что в линейном индукционном ускорителе, содержащем фокусирующую соленоидальную систему из четного числа раздельных соленоидов, расположенных по окружности относительно оси ускорителя и подключенных к источнику питания, причем смежные соленоиды намотаны в разные стороны, торцы соленоидов соединены магнитопроводами, образуя в фокусирующей соленоидальной системе замкнутые магнитные потоки. Кроме того, каждые два смежных соленоида соединены магнитопроводами по их торцам, образуя замкнутые магнитные потоки попарно в каждых двух соленоидах.

Кроме того, каждый соленоид соединен по торцу магнитопроводом с торцом одного смежного соленоида, а по второму торцу - с торцом второго смежного соленоида, образуя замкнутый по зигзагообразному пути через все соленоиды магнитный поток.

На фиг.1 показан вариант предложенного ЛИУ с попарным соединением магнитопроводами торцов каждых двух смежных соленоидов; на фиг.2 - то же, с соединением торца каждого данного соленоида поочередно с одного края с торцом одного смежного соленоида, а со второго края - с торцом второго смежного соленоида. На фиг. 1 и 2 схематически изображена только область ускорения ЛИУ без его ускоряющей системы.

В общей области ускорения 1 ЛИУ (фиг.1) размещены по окружности восемь раздельных соленоидов 2, 3, 4, 5 (обозначены только четыре соленоида), причем витки в смежных соленоидах намотаны навстречу. Соленоиды присоединены к внешнему источнику питания их переменным электрическим током (источник не показан). В соленоидах размещены с одной их общей стороны инжекторы 6 заряженных частиц, например, электронов, а с другой их общей стороны - приемники 7 частиц. Соленоиды на их краях соединены между собой по торцам магнитопроводами 8, 9, 10, 11, например ферромагнитными мелкошихтованными (для уменьшения потерь на вихревые токи) сердечниками. Каждые два смежных соленоида, например 2 и 3, 4 и 5, соединены между собой с обоих краев магнитопроводами соответственно 8 и 10, 9 и 11.

На фиг.2 назначения и нумерации элементов такие же, как на фиг.1 Однако торец соленоида 2 соединен со стороны инжектора 6 магнитопроводом 8 с одним смежным соленоидом 3, а со стороны приемника 7 соединен магнитопроводом 10 с вторым смежным соленоидом (соленоид не обозначен); соленоид 3 соединен со стороны приемника 7 магнитопроводом 11 со смежным соленоидом 4 и т.д.

Работает ЛИУ следующим образом (фиг.1). От источника питания, например, от конденсаторной батареи, подается ток через все параллельно соединенные соленоиды. По достижении максимальной напряженности ФП включаются индукторы ЛИУ, генерирующие в соленоидах электрическое поле, в которое инжектируются из инжекторов 6 пучки электронов, и происходит их ускорение вплоть до приемников 7. Так как смежные соленоиды намотаны встречно, например соленоиды 2 и 3, то магнитные потоки в этих соленоидах с любой их общей стороны, например со стороны размещения инжекторов 6, направлены в разные стороны, но будучи соединенными магнитопроводами, например 8 и 10, потоки оказываются одного направления и циркулируют попарно в каждых двух смежных соленоидах без потерь за счет рассеяния магнитного потока по краям соленоидов и без ослабления рассеянными потоками полей в соленоидах. В результате уменьшается объем, занятый в соленоидах и вокруг них магнитным полем, нет ослабления поля в соленоидах рассеянным магнитным потоком из несмежных соленоидов: поэтому для генерирования магнитного потока определенной напряженности в соленоидах при соединении их магнитопроводами затрачивается электрической энергии меньше, чем в прототипе, что повышает КПД использования энергии источника на создание ФП в соленоидах.

Аналогично на фиг.2 при соединении торцов соленоидов магнитопроводами создается общий замкнутый по зигзагообразному пути через все соленоиды магнитный поток без потерь его за счет рассеяния на краях соленоидов.

В других вариантах ЛИУ магнитопроводы могут быть общими для всех соленоидов на обоих краях фокусирующей соленоидальной системы, например в виде тороидального ферромагнитного сердечника прямоугольного сечения, непосредственно примыкающего боковой стенкой к торцам всех соленоидов. Если индукция насыщения ферромагнитных материалов магнитопроводов ограничивает магнитный поток в соленоидах, то раздельные магнитопроводы для соединения каждых двух соленоидов могут быть выполнены в виде одно- или многослойных полых катушек, например; в виде частей торов, подключенных к источнику питания соленоидов или к дополнительному источнику. Эти магнитопроводы могут быть также выполнены полыми из электропроводящего материала, например меди, с толщиной стенки больше глубины скин-слоя на частоте тока источника питания соленоидов и иметь в стенке магнитопровода по меньшей мере одну щель, снабженную лабиринтом.

Таким образом, предложенное техническое решение линейного индукционного ускорителя по сравнению с прототипом согласно детального рассмотрения работы данного ускорителя повышает КПД использования энергии источника питания на создание фокусирующего магнитного поля в раздельных соленоидах. Дополнительно уменьшаются габариты и масса источника питания, упрощается его обслуживание.

1. ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ, содержащий фокусирующую соленоидальную систему из четного числа раздельных соленоидов, расположенных по окружности относительно оси ускорителя и подключенных к источнику питания, причем смежные соленоиды намотаны в разные стороны, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД использования электрической энергии источника на возбуждение фокусирующего магнитного поля путем перехвата силовых линий краевых полей соленоидов, торцы соленоидов соединены магнитопроводами. 2. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что каждые два смежных соленоида попарно соединены магнитопроводами по их торцам. 3. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что каждый соленоид соединен по торцу магнитопроводом с торцом одного смежного соленоида, а по второму торцу - с торцом второго смежного соленоида.