Устройство для выпуска пучка заряженных частиц из ускорителя в газовый объем Советский патент 1986 года по МПК H05H5/02 H05H7/00 

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к устройству для выпуска пучка заряженных частиц из ускорителя в газовый объём-, и может быть использовано в импульсных ускорителях электронов для вьтуска в атмосферу электронного пучка с энергией сотни кэБ, длительностыо 10-10° с и периодом мехеду импульсами порядка .долей li более. Известно устройство для выпуска пучка электронов из ускорителя в ат мосферу, содержащее польй конусный барабан, укрепленный консольно на конце ускорительной трубки с возможностью вращения и снабженный в донной части кольцевыми окнами, затянутыми электроннопроницаемой фольгой. Такая конструкция устройства позволяет осуществить вьшуск концентрироианного пучка электронов с энергиегЧ в сотни кэВ и мощностью порядка десяти кзБ. Дальнейшее повышение мощности выпущенного в атмосферу пучка ограничивается энергией электронов и допустимой плотностью тока на .фольгу, скоростью вращения барабана и диаметром его донной части. Указанные ограничения вызваны недостаточной механической прочностью фольги в условиях ее облучения концентриро- . ванным пучком электронов. Наиболее близким к предлагаемому по технической Сущности является устройство для выпуска . заряжен ных частиц из ускорителя в газовьй объем, ., содержап(ее. вакуумную камеру установлеиШзМ на ней клапан в виде диска с выпускным отверстием на iie-. риферии, уплотняющие элементы диска, механизм привода диска Во вращение, и блок синхронизации, электрически связанный с блоком шравления ny-i-ком заря;кенных частиц. Недостатком известного устройства является сравнительно малая надежность уплотняющего элемента вследстБпе интенсивного истирания его рабочей поверхности о поверхность вращагацегося диска клапана при линейных скоростях более 10 м/с, характернь1х для выпуска из ускорителя миллисекун днык пучков заряженных частиц. При, этом известное устройство характеризуется значительным патеканием газа в вакуумный объем ускорителя всл-.дствие постепенного снижения уплотняющих усилий прокладки на диск, а ограничение по скорости вращения диска увеличивает минимальное время открытия клапана до и более; что, в свою очередь, приводит к значительному атеканию газа в вакуум1ую камеру через отверстие в диске. Целью изобретения является повышение надежности устройства.при выпуске мощных пучкоя заряженных частиц миллисекундного диапазона за счет уменьшения натекания газа в вакуумную камеру ускорителя. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для выпуска заряженных частиц из ускорителя в газовый объем, содерлгащее вакуумную камеру, установленным на ней клапан в виде диска с выпускным отверстием на периферии, уплотня:ощие элементы диска, механизм приво,з,а во враш.ение и блок синхронизации, электрически свя занный с блоком управления пучком заряженных частиц, на периферии диска в области выпускного отверстия выполнено углубление в Е1аде кольцевого сектора, ограниченного выступами, величина которых составляет 0,050,5 толщины уплотняющих элементов диска, механизм привода диска выполнен в виде Цружин и снабжен двумя механизмами взвода и спуска пру;кин,расположенными симметрично относительно оси диски и пьшускного отверстия, кинематическ - и электрически связанными с блоком синхронизации, Причем диск, механизмы взвода и спуска пружин расположены в корпусе, снабженном системой откачки. Кроме того, механизмы взвода и спуска пру;кин содержат упорные рычаги, расположенные на корпусе и взакмодействующие с фиксатор., закрепл.енными по периферии диска, причем фиксаторы взаимодействуют с пальцем, расположенньи-1 на винтовой поступательной паре., Данная ступеттаатая форма рабочей noBepxiiocTH диска в виде сектора с выступаг-ш по краям и величиной выступов, составляющей 0,05-0,5 -толщины уплотняющего элемента, необходима для уТЗез-гьшения yпJ:oтпяющeгo усилия прокладок на диск в момент его рабочего перемещения с максимальной скоростью. Нижний предел указанного отношения характере для прокладок с высокой жесткостьк (твердая резина. 3 фторопласт). Верхний предел -отношения характерен для мягких прокладок (вакуумная, силиконовая резина). Для указанных материалов в этом диапазоне отношения уплотняющие усилия могут быть значительно (на 30-90%) снижены без разгерметизации клапана во время работы. Такое выполнение устройства позволяет в. десятки и сотни раз уменьшить истирание скользящего вакуумного уплотнения при высокой надежности и скорости срабатьгоания клапана, достиганщей долей миллисекунды и при помощи сравнительно простой конструкции устройства выпускать в газе вый объем мощные пучки электронов миллисекундного диапазона с энергией порядка сотен кэВ при концентрации энергии более 100 .кВт/мм . Следу ет отметить, .что предложенное устрой ство может быть также использовано при выпуске из вакуумного объема пульсных пучков иных заряженных частиц (позитронов, ионов)-и мощных пуч ков квантов лазерного излучения с указанной .плотностью энергии На фиг, 1 изображено лоперечное.сечение и блок-схема устройства; на фиг. 2 - его быстродействующий клапан в разрезе, на фиг. 3 - развертка рабочих поверхностей клапана. Ускоритель 1 содержит ускорительную трубку 2, размещенную внутри газонаполненного корпуса 3, вакуумную камеру А для транспортировки элект ронного пучка и устройство .5 для его фокусировки. По оси ускорителя на корпус вакуумной камеры 4 установлен быстродействующий клапан 6, содержащий подвижный диск 7 с отверсти ем 8 для выпуска пучка из вакуумной камеры 4 ускорителя. Клапан содержит пружинный механизм привода, включающий две противоположно расположенные вдоль ди етральной линии диска 7 пружины 9, закрепленные концами на его периферии и корпусе 10 клапана устройства. Усилия растяжения пружин составляют сотни кГ. Вдоль оси ускорителя по обе стороны диска 7 вокруг отверстия 8 (в открытом состоянии клапана) размещены кольцевые про кладки 11 для герметизации диска при его рабочем перемещении и в периоды между выпусками пучка электронов-. Механизм фиксации диска 7 содержит фиксирующие пальцы 12 на периферии диска симметрично относительно 694 пружин 9 и диаметральной линии, проходящей через ось отверстия 8.Фиксирующие пальцы 12 поочередно кинематически связаны с механизмами взвода и. спуска. Последние совмещены в винтовой поступательной паре 13, ось винтового механизма 14 которой расположена в плоскости диска 7. Поступательно движущийся палец 15 пары контактирует поочередно с каждым из пальцев- 12 фиксатора диска 7. Указанные элементы быстродействующего клапана устройства размещены в герметизированном корпусе 10. Устройство содержит также упорныерычаги 16 для фиксации привода диска во взведенном положении и быстродействующие микровыключатели 17, соединенные . электрически с блоком 18 синхронизации и блоком 19 управления электронным импульсным пучком. Рабочие по- верхности с двух сторон диска вьшолнены в виде кольцевого сектора 20 обработанного по высокому классу чистоты. Сектор в области отверстия имеет углубление,а по краям - выступы 21 с плавным переходом между ними для беспрепятственного движения уплотняющих прокладок 11 вдоль рабочей поверхности, .Величина выступов в описываемой конструкции составляет 0,3 толщины уплотняющего элемента (силиконовая резина). Винтовой механизм 14 взвода и спуска устройства может иметь электрический или ручной привод. Быстродействующий клапан предлагаемого устройства может быть выполнен и без корпуса с системой откачки.. . В этом ;случае несколько увеличивается натекание газа в вакуумный объем. Источник 22 питания ускорителя соединен с катодом 23. Устройство работает следующим образом. - Винтовая пара 13 перемещает поступательн,о движущийся палец 15, контактирующий с одним из пальцев 12 на диске 7, до крайнего углового положения, измеряемого углом о(-, указанного на чертеже, при котором пружины 9 растягиваются, а диск 7 фиксируется во взведенном состоянии при помощи одного из упорных рычагов 16, . При дальнейшем. перемещении пальца 12 механизм взвода рычага 16 освобождает палец 12 диска, и под действием пружин диск перемещается в рабочее положение до совмещения с отверстиями в прокладках 11 и диафрагмах, В этот момент или непосредственно перед ним быстродействующие микровыкяючатели 17 подают сигнал в блок синхронизации 18 на прохонадение пучка заряженных частиц в вьпускное устройство.

Так как клапан вместе с приводным механизмом размещены в промежуточном корпусе 10 между вакуумной камерой 4 ускорителя 1 и газовым объемом атмосферы, в момент выпуска электронного пучка в контролируемый газовый объем при совмещении выпускного отверстия, клапана и вакуумной камеры, он врывается в нее через отверстия и рассеивается в промежуточном корпусе 10. Последний имеет систему откачки, позволяющую уменьшать количество газа, проходящего в вакуумную камеру 4 ускорителя 1, что увеличивает надежность работы ускорителя вследствие уменьшения отравления накаливаемого катода. По мере перекрытия тракта пуска диском 7 устройства микровыключатели 17 и блок синхронизации „18 отключают ускоритель 1, при этом диск 7 по инерции продолжает перемещаться в противоположное крайнее положение, где фиксируется упорным рычагом 16 в симметричном относительно оси ускорителя 1 угловом, положении во взведенном состоянии. При этом уплотняющие элементы сжимаются набегающим выступом 21 сектора 20 и надежно уплотняют разделяемые диском вакуумный и газовый объемы. Циклы спуска и взвода пружинного привода диска повторяются при перемещении пальцев 15 винтовой пары 13 в противоположном направлении,

- Вакуум в объеме ускорителя ухудшается при двюкении дисха клапана в основном только в момэнт совпадения отверстий в диафрагме вакуумной камеры в диске 7. Износ прокладок 11 при

Q движении диска 7 весьма незначителен вследствие малого уплотняющего усилия на рабочую поверхность сектора диска в области между высту пами и очень малого пути перемещения сектора относительно прокладок. Поэтому ресурс прокладок из антифрикционной вакуумной резины в быстродействующем клапане пред.поженного устройства составляет многие

Q сотни срабатываний. Надежность работы устройства и отсутствие натекания в-оздуха в газовый объем , таким образом, обеспечиваются в любом из фиксированных угловых положений выпускного отверстия, а также в промежуточных положениях меткду выступами сектора 20,

По сравнению с эксплуатируеьшми Q в настоящее время у,скорителя 1И с

вьшуском развернутого пучка в атмосферу типа Авр.ора, снабженными выпускным окном, затянутьм электроннопроницаемой фольгойS предложенное устройство позволяет значительно уменьшить габариты вакуумной камеры ускорителя и стоимость вакуумной системы.

к IS п

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПУСКА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЗ УСКОРИТЕЛЯ В ГАЗОВЫЙ ОБЪЕМ, содержащее вакуумную камеру, установленный на ней клапан в виде диска с вьшускным отверстием на периферии, уплотняющие элементы диска, механизм привода диска во вращение и блок синхронизации, электрически связанный с блоком управления пучком заряженных час.тиц, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения надежности устройства при.вьшуске мощныхпучков заряженных частиц миллисекундного диапазона, на периферии диска в области выпускного отверстия выполнено углубление в виде кольцевого сектора, ограниченного выступами, величина которых составляет 0,05-0,5 толщины уплотняющих элементов, механизм привода диска выполнен в виде пружин и снабжен двумя механизмами взвода и спуска пружин, расположенными симметрично относительно оси диска и вьтускного отверстия, кинематически и электрически связанными с блоком синхронизации,. причём диск, механизмы взвода и спуска пружин расположены в корпусе, снабженном системой откачки. 2. Устройство по п. 1, от- личающееся тем, что механизмы взвода и спуска пружин содержат упорные рычаги, расположенные на корпусе и взаимодействующие с фиксаторами, укрепленными на периФ ферии диска, причем фиксаторы взаимоСЛ действуют с пальцем, расположенным о на винтовой поступательной паре. Од ф

21

Ш1

§

Wm

S

1ж

S