Ускоритель электронов Советский патент 1982 года по МПК H05H9/02 

(54) УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ

Изобретение относится к ускорительной и может быть использовано при разработке высокоэффективных линейных ускорителей, в частности сверхпроводящих ускорителей непрерывного действия.

Известен ускоритель электронов, содержащий выполненную в эиде диафрагмирования волновода ускоряющую структуру, расположенную внутри фокусирующего соленоида 1 J.

В известном устройстве ускорение электронов осуществляется полем замедленной в волноводе бегущей волны, а поперечная фокусировка - продольным магнитным полем соленоида.

Однако для известного устройства характерны большие мощности в диафрагмированном волноводе, а также необходимость использования внешних фокусирующих устройств.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ускоритель электронов, содержащий электронную пушку и ускоряющую структуру, между которыми расположено устройство круговогр сканирования электронного пучка по цилй 1 ирической по- , верхности, и подсоединенный к ускоряюадй структуре узел возбуждения 23.

Б известном устройстве (Ускоряющая волноводная структура выполнена из коаксиального диафрагмированного .волновода. Трубчатый пучок электронов проходит внутренним и внешним узлами коаксиального волновода. Диафрагмы, имеющие.форму спирали, расположены на поверхности коаксиального волновода и образуют широкие стенки

10 свернутого в спираль волновода прямоугольного поперечного сечения. Центральная линия волновода прямоугольного сечения направлена поперек оси ускорителя. При этом частицы

15 ускоряются полем волны Н. типа, -электрическая составляющая которого направлена перпендикулярно к центральной линии волновода и вдоль оси .ускорителя..

20

Недостатком известного устройств ва являются ограниченные возможности повышения эффективности, например с помощью перевода ускоряющей структуры в сверхпроводящий режим. Это

25 обусловлено тем, что для обеспечения поперечной устойчивости принципиально необходимо использование внешнего фокусирующего магнитного поля, которое при форсированных режимах выво- 30дит материал ускоряющей структуры из сверхпроводящего состояния. Кроме того, наличие внутренней коаксиальной трубы и диафрагмы приводит к появлению локальных перенапряжений в структуре, что также ограничивает величину ускоряющего: поля. Цель изобретения - повысить эффек тивность ускорения путем уменьшения локальных перенапряжений в ускоряющей структуре и обеспечить поперечную устойчивость электронов с помощь ускоряющего поля. Поставленная цель достигается тем что в ускорителе электронов,- содержа адзм электронную пушку и ускорякедую i структуру, между которыми расположено устройство кругового сканирования электронного пучка по цилиндрической поверхностей, и подсоединенныйк ус-, коряющей структуре узел воэбузкдения, ускоряющая структура выполнена в виде спирально изогнутого гладкого круглого волновода с пЬстбянным поперечным сечением, спирально изогнутая линия которого совмещена с цилин рической поверхностью сканирования, а радиус поперечного сечения равенудвоенному радиусу Цилиндрической по верхности сканирования, при этом узе возбуждения выполнен в виде возбудителя волны типа Б, На фиг.1 дана блок-схема устройства в сверхпроводящем варианте с петлей обратной связи; на фиг.2 - ускоряющая структура; на фиг.З - раз раз А-А на фиг.2 на фиг.4 - раарез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - разрез В-В .на фиг.2; на фиг.6 разрез Г-Г на фиг.2. Устройство содержит электронную пушку 1, генератор 2 СВЧ-колебаний, сверхпроводящую ускоряющую структуру 3 с петлей 4 обратной связи, устройство 5 возбуждения, систему б сканирования. , Электронная пушка является источником предварительно ускоренных электронов до энергии 60-800 кэВ. Система 6 сканирования луча служит для круговой развертки пучка электронов. Генератор 2 СВЧ-колебания является источником СВЧ-момности и используе,тся для возбуждения СВЧ-поЛя в резонаторе системы б сканирование и ускоряющей электромагнитной . Ускоряющая волноводная стр тура 3 (см. фиг. 2-6) выполнена из сверхпроводящего волновода постоянно го к| углого поперечного сечения. Ускоряющрй волновод периодически изогнут вдоль оси ускорителя так, что образующая цилиндрической поверхности симметричной оси ускорителя является поочередно касательной к центральной линии и поверхности волновода, центральная линия имеет видспирали с радиусом, равным половине радиуса волновода, и симметричной относительно оси ускорителя. При этом траектория электронов периодически проходит в центре и у поверхности волновода. Для того, чтобы электроны в ускорякндий полуперйод электромагнитной волны находились в центре волновода, а в тормозящий - у стенки, необходимо ч,тобы шаг спирали «;, образовЖнной центральной линией волновода, определялся соотношением Ьщ- А.Ц где Л в - длина волны в волноводе Уф фазовая скорость ускоряющей волныI , Vp - скорость электронов. Петля обратной связи выполнена из волновода такого же поперечного сечения, что и ускоряющая волновод- ная структура, и служит для рекуперации энергии электромагнитной волны. .Устройство 5 возбуждения представляет собой направленный ответвитель и служит для возбуждения бегущей вол 0- типа в сверхпроводящем резона,торе. Устройство работает следующим образом.. Вылетая из инжектора, прямолинвп- ный поток электронов пролетает зазор резонатора системы развертки, в котором возбуждена типа. Вводы этого резонатора питаются от СВЧ-генератора со сдвигом фаз на 90 , что обеспечивает круговую поляризацию поля. Пучок электронов приходит в пучности вращающегося магнитного поля, приобретает поперечную скорость и в форме.расширяющейся.спирали движется в пространстве дрейфа. При пролете между коаксиально расположенными электродами системы развертки под действием радиально направленного электрического поля поперечная скорость .)еньшается до нуля и в ускоряющей волноводной структуре невозмущенная ускоряющая полем спираЛь электронов пучка имеет постояннЬШ радиус. Взаимодействуя с волной Ef типа, распространяющейся; по волноводу круглого поперечного сечения, частицы ускоряются продольной составляющей электрического поля. Частицы, проскальзы1вая по фазе волн, находятся в тормозящий полупериод у стенки волновода, где продольная составляющая минимальна, а в ускоряющий полупериод - в центре волновода. Воздействие на частицы в поперечном направлении носит периодичесгкий характер и описывается уравнением Матье. Это обеспечивает устойчивую траекторию частиц без испольэоваиия полей внешней фокусирующей системы. Электроны ускоряются в поле бегущей волны, усиленной в результате рек перации электромагнитной энергии. Это позволяет достигать высркочастотный кпд значений, близких к 100%, так как в установившемся режиме мощность генератора затрачивается только на. ускорение частиц и омические потери, которые незначительны при использовании гладкой сверхпроводящей волноводной структуры i

Таким образом, использование волновода постоянного поперечного сечения, ускорение частиц несинхронной волной EgjL типа и кругова:я развертка пучка позволяют повысить эффективность ускорения по сравнению с протртипом.

Формула изобретения

Ускоритель электронов, содержаищй электронную пушку и ускоряющую структуру, между которыми расположе-, но устройство кругового сканирования электронного пучка по цилиндрической

поверхности, и подсоединенный к ускоряющей структуре узел возбуждения, отличающийс я тем, что, с целью повышения эффективности ускорения путем уменьшения локальных перенапряжений в ускоряющей структуре и обеспечения поперечной устойчивости электронов с помощью ускоряющего поля, ускоряющая структура выполнена в виде спирально изогнутого круглого волновода с постоянньм поперечным сечением, спирально изогнутая центральная линия которого совмещена с цилиндрической поверхностью сканирования, а радиус

поперечного се.чений равен удвоенному радиусу цшшнярической поверхности сканировакйя, при этом узел возбуждения выпоЯйви в виде возбудителя волны типа В„ .

Источники информации,

принятые во внимание ири экспертизе

Фие.1

И

- Vr-- - /rVi- , -Vi

i.J

.

Фиг.

Фи1.В