Генератор медленных циклотронных волн Советский патент 1984 года по МПК H05H7/02 

-.

2

I895271

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в авторезонансном ускорителе ионов на медленной циклотронной волне.

Известен генератор медленных цикло-5 дически сдвинутых в азимутальном натронных волн, содержащий резонансную замедляющую структуру спирального |гипа, подключенную к ВЧ-генератору, помещенную в металлический кожух и симметрично окружающую канал для ,прохожденияэлектронного пучка 1J. Недостатком известного устройства является его низкий КПД, что обуслов . лено слабым взаимодействием полей циклотронной волны электронного пучк с токами, текуп ими по спирали. Наиболее близким к изобретению является генератор медленных циклотронных волн, содержащий последоват.ельно расположенные подключенный к ВЧ-генератору возбудитель и резонансную замедляющую структуру, помещенные в металлический кожух и симметрично окружающие канал для прохождения электронного пучка. Возбудителем служит отрезок спирали, а в качестве резонансной замедляющей структуры также использована спираль 2 . . Недостатком известного генератора является низкий КПД, что обусловлено слабым взаимодействием полей циклотронной волны пучка с токами, текущими по спирали. Следствие этого неэффективный расход ВЧ-мощности при начальном во.збуждении и относительно мальш инкремент нарастания волны в спиральной структуре. Электрическое поле циклотронной волны на радиусах, больших радиусов пучка, имеет в основном радиальную и пр дольную составляющие, а азимутальная компонента мала. Токи же, текущие, по спирали, имеют в основном азимутальную составляющую и неэффективно взаимодействугот с полем циклотронной волны. Цель изобретения - повышение. КПД генератора. Поставленная цель достигается тем что в генераторе медренных циклотрон ных волн, содержащем последовательно расположенные подключенный к ВЧ-гене ратору возбудитель и резонансную замедляющую структуру, помещенные в ме таллический кожух и симметрично окружающие канал для прохождения электронного пучка, возбудитель выполнен

в виде расположенных по кольцу плоских рамок с продольным размером в половину длины циклотронной волны, при этом рамки расположены в периочерез ось канала для прохождения электронного пучка. Поставленная цель достигается тем, что резонансная замедляющая структура вьшолнена из периодически повторяющихся расположенных по кольцу плоских рамок с продольным размером в половину длины циклотронной волны, рамки расположены в периодически сдвинутых в азимутальном направлении плоскостях, проходящих через ось канала для прохождения электронного пучка, при этом рамки соседних колец соединены между собой расположенными вне металлического кожуха линиями связи, а период структуры вдвое больше продольного размера рамок. На фиг. 1 изображен генератор, разрез по оси симметрии возбудителяj на фиг. 2 - возбудитель, разрез вдоль О.СИ симметрии; на фиг. 3 - резонансная замедляющая структура, разрез вдоль оси симметрии. Устройство состоит из металлического кожуха 1 и помещенных в нем последовательно расположенных возбудите ля и резонансной структуры. Возбудитель выполнен в риде пояса плоских рамок 2 с продольным размером в полог вину длины волны рабочего колебания. Пояс содержит сравнительно большое число рамок 2 (8-10), симметрично окружающих канал 3 для прохождения электронного пучка. Рамки возбудителя через линии 4 подвода ВЧ-мощности подключены к ВЧ-генератору. Рамки 2 могут быть сделаны прямоугольными. Резонансная замедляющая структура выполнена из периодически повторяющихся поясов плоских радиально ориентированных ра.мок 2 с продольным размером в половину волны рабочего , колебания. Период структуры вдвое больше продольного размера рамок. Электрического контакта с металлическим кожухом 1 рамки 2 не имеют. Рамки соседних поясов соединены между собой, линиями 5 связи,- проходящими вне металлического кожуха 1. В качестве линий 4 подвода ВЧ-мощности и линий 5 связи могут быть использованы коаксиальные кабапи. Генератор работает следующим образом. Рамки возбудителя подключаются к ВЧ-генератору так, чтобы токи, текущие по ним, были синфазны. По оси системы от возбудителя к резонансной структуре в канале 3 проходит электронный пучок, фокусируемый продольным магнитным полем. Рабочие токи, текущие по рамкам возбудителя в продольном и радиальных направлениях, возбуждают в электронном пучке циклотронную волну относительно небольшой амплитуды. Поскольку продольный размер рамки выбран равным половине длины циклотронной волны, радиальные токи, текущие по рамке 2 в противопо ложных направлениях, работают в одной фазе. Частота возбуждаемой волны равна частоте ВЧ-генератора, а длина волны определяется внешним продольным магнитным полем, поэтому соответствующим выбором частоты ВЧ-генератора при заданном внешнем магнитном поле фазовая скорость воэбуждаемой волны может быть сделана достато но малой. Установив в поясе возбудителя большое количество рамок 2 (А8-10), симметрично расположив их вокруг канала для прохождения электронного пучка и запитает их синфазно, йожно добиться преимущественно возбуждения азимутально симметричной циклотронной волны по сравнению с первыми несимметричными модами - наиболее опасными паразитными модами в такой системе. Для усиления взаимо действия полей циклотронной волны с токами, текущими по рамкам, рамки 2 должны как можно ближе подходить к , пучку, но так чтобы пучок не касался их. Пройдя возбудитель, волна движется по электронному пучку и попадает в зону усиления. Здесь она взаимодействует с собственной волной резонансной структуры. Длина линий 5 связи между рамками 2 соседних пЬясов должна быть такой, чтобы бегущая собственная волна замедляницей структуры имела достаточно малую фазовую скорость. При совпадении фазовых скоростей циклотронной волны и собственной волны резонансной структуры их взаимодействие оказывается резонансно неустойчивым, и амплитуды обеих волн экспоненциально нарастают по длине участка усиления. Подобрав нуж ное число поясов рамок в резонансной структуре, на ее выходе можно получить циклатронную волну требуемой амплитуды. Выбор периода структуры вдвое большим продольного размера рамок 2, т.е. равным длине циклотронной волны, обеспечивает резонансньй характер работы замедляющей структуры. Преимущество данного генератора перед прототипом обусловлено тем, что в нем повышен КПД за счет усиления взаимодействия между полем медлейной циклотронной волны и токами в возбудителе и резонансной структуре. Это дает возможность снизить уровень потребления ВЧ-мощности на этапе начального возбуждения волны и сократить длину резонансной структуры за счет большей, чем в прототипе инкременте нарастания волны. Отсутствие азиг тальньгх токов в возбудителе позволяет снизить амплитуды возбуждаемых несимметричных гармоник по сравнению с гармониками, возбуждаемыми в спирали. Кроме того, вынесение линий связи за пределы металлического кожуха позволяет менять параметры резонансной структуры (например, удлиняя или укорачивая линии связи, вставляя ферритовые вентили для эффективного гашения обратной волны и т.д.) без вскрытия кожуха и разгерметизации системы.

1. ГЕНЕРАТОР МЕДЛЕННЫХ ЦИКЛОТРОННЫХ ВОЛН, содержащиий последовательно расположенные подключенный к ВЧ-генератору возбудитель и резонансную замедляющую структуру, помещенные в металлический кожух и симметрично окрзжаюпще канал для прохождения электронного пучка, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД устройства, возбудитель выполнен в виде расположенных по кольцу плоских рамок с продольным размером в половину длины циклотронной волны, при этом рамки расположены в периодически сдвинутых в азимутальном направлении плоскостях, проходящих через ось канала для прохождения электронного пучка. 2. .Генератор по п. 1, о т л ич а ю щ и и с я тем, что резонансная замедляющая структура выполнена из периодически повторяющихся расположенных по кольцу плоских рамок с продольным размером в половину длины циклотронной волны, рамки расположены в периодически сдвинутых в азимутальном направлении плоскостях, проходящих через ось для прохождения электронного пучка, при этом рамки соседних колец соединены между собой располо- ( женными вне металлического кожуха линиями связи, а период структуры вдвое больше продольного размера рамок.