Сильноточный ускоритель электронов Советский патент 1982 года по МПК H05H5/00 

1

Изобретение относится к генерированию сильноточных электронных пучков и может быть применено, например для получения мощного рентгеновского излучения.

Известен сильноточный ускоритель электронов, содержащий генератор высоковольтных импульсов и коакси- , альный диод с взрывоэмиссионным катодом 1, в котором ток трубчатого тонкостенного пучка и напряжение, приложенное к диоду U, связаны между собой соотношением

mfi Тс«-Ч XjT (,) 2е

где m и е - соответственно масса и

заряд электрона, R - радиус канала транспортировки , в простейшем случае равный радиусу анода ;

радиус пучка, Л)

ja b

14

Та me Ь mo где потенциал пучка.

Из приведенного соотношения видно, что в принципе изменять амплитуду выходного тока ускоренных электронов можно за счет изменения Напряжения На диоде IJj,,. Отсюда слеtoдует, что устройство, реализующее этот метод регулировки выходного тока, кроме диода, помещенного в магнитное поле, содержит генератор высоковольтных импульсов с регулиру15емой амплитудой выходного напряжения

Из формулы (1 ) также следует, что величину выходного тока ускорителя можно также регулировать за счет изменения радиуса канала транс20портировки пуска R, В этом случае устройство должно содержать несколько сменных труб дрейфа. Осуществление такой регулировки на практике , 9 оказывается достаточно тру,оемким и получается не всегда оперативно из-за того, что требуется разгерметизация диода. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, реализующее метод регулировки тока пуска изменения напряжения, приложенного к аноду. Устройство состоит из гене ратору высоковольтных импульсов, коаксиального диода, с катодом со взрывной эмиссией соленоида и подвижного .коллектора 2. К недостаткам этого устройства следует отнести изменение энергии электронов при изменении тока путем изменения ускорякхцего напряжения. Цель изобретения - разработка устройства с регулируемой, величиной выходного тока без изменения амплитуды напряжения, приложенного к дио ДУ. Указанная цель достигается тем, что в сильноточном ускорителе электронов, содержащем генератор высоковольтных импульсов, коаксиальный диод с взрывоэмиссионным катодом, размещенный в соленоиде, и подвижный токоприемник, имеющий электрический контакт с анодным цилиндром, анод выполнен в виде двух цилиндрой различного диаметра, имекхцих между собой ступенчатое сочленение и расположенных соосно с катодйм, при этом катод диода находится внутри цилиндра меньшего диаметра, а подвижный то коприемник размещен внутри цилиндра большего диаметра. На чертеже показан предлагаемый ускоритель. Он состоит из генератора 1 высоковольтных импульсов, катЬда 2 со взрывной эмиссией, цилиндра 3 меньшего диаметра (анодного), области (места) сочленения цилиндров, цилиндра 5 большего диаметра (анодного) , токоприемника (поршня) 6 и соленоида 7. В качестве высоковольтного генер тора может быть использовано любое устройство, формирующее импульсы бол шой амплитуды и мощности. Катод ана логичен катодам других ускорителей с магнитной изоляцией. Анод состоит из двух частей, которые несут разли ную функциональную нагрузку. Цилинд меньшего диаметра выбирается из условия фг рмирования пучка требуемой длительности. Его размеры определяю 44 ся временем закорачивания плазмой ускоряклцего промежутка катод - анод. Если для данной геометрии время закорачивания в направлении, перпендикулярном магнитному полю, окажется меньше времени закорачивания вдоль магнитного поля; то длина анодного цилиндра меньшего диаметра не влияет на длительность импульса тока ускорителя, а амплитуда выходного тока зависит от места расположения токоприемника (поршня) в цилиндре большего диаметра. Его размеры выбирают .исходя из желаемых пределов регулировки тока. Предлагаемое устройство работает следукмцим образом. Когда токоприемник 6 (поршень) находится в крайнем левом положении месте k, то электронная система катод - цилиндр меньшего диаметра - токоприемник образует обычную систему коаксиального диода с магнитной изоляцией, где формируется электронный пучок с током, который вычисляется по формуле ( 1 ), в этом случае под R подразумевается радиус цилиндра меньшего диаметра. По мере перемещения токоприемника 6 вправо область цилиндра 5 большего диаметра исказывает первоначальное пространственное распределение потенциала в системе таким образом, что величина выходного тока ускорителя уменьшается. В этом случае ток зависит уже от радиуса трубы большего диаметра. Начиная с некоторого расстояния, равного радиусу цилиндра большего диаметра эт места 4 сочленения цилиндров, токоприемник 6 слабо влияет на формирование электронного лупучка, а величина выходного тока практически не изменяется при дальнейшем перемещениитокоприемника 6 вправо. При этом наименьшая величина тока определяется размерами большего цилиндра (формула 1). Принципиальная разница между предлагаемым изобретением и известными состоит в том, что до этого в качестве токоприемника использовался коллектор, точнее цилиндр Фарадея, который служил только средством для измерения тока пучка. В предлагаемом же изобретении токоприемник (поршень) выполняет функцию регулятора амплитуды выходного тока пучка. Для получения рентгеновского изл чения токоприемник следует- выполнит из материалов с большим атомным весом и в этом случае токоприемник (поршень) превращается.в мишень для электронного пучка. Управлять перемещением поршня можно дистанционно .или непосредственно вручную. Кроме рентгенотехники, предлагаемыми ускоритель может найти широкое применение и в других областях наук и техники например при облучении ве щества в вакууме, генерации СВЧ-колебаний и т.д. Применение предлагаемого изобретения позволяет производить практически мгновенную регулировку выходного тока ускорителя и тем самым, уменьшить потери рабочего времени. Формула изобретения Сильноточный ускоритель электронов, содержащий генератор высоковольтных импуль со в, коакси аль ный ди од с взрывоэмисионным катодом, размещенный в соленоиде, и подвижный то.коприемник, имеющий, электрический контакт с анодным цилиндром, личающийся тем, что, с целью расширения области использования путем обеспечения регулировки величины выходного тока ускорителя без изменения амплитуды напряжения, приложенного к диоду, анод выполнен в виде двух цилиндров различного диаметра, имеющих между собой ступенчатое сочленение и располсякенных соосно с катодом, при этом катод диода находится внутри цилиндра меньшего диаметра, а подвижный токоприемник размещен внутри цилиндра большего диаметра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Бугаев С.П. и др. формирование сильноточных релятивистских электронных пучков. - В.сб. Релятивистская высокочастотная электроника. Горький, Изд-во института прикладной физики АН СССР, 1979, с. 51. 2/ Бугаев С.П. и др. О механизме вакуумного пробоя и разлета катодной плазмы вдоль магнитного поля в бесфольговых диодах. - КТФ, 1980, 50, N- 11. с. .