Устройство для импульсного питания электромагнита синхротрона тяжелых ионов Советский патент 1983 года по МПК H05H7/04 

Изобретение относится к ускорительно технике, а именно к системам питания копьаевБ1х. электромагнитов быстроцикпических синхротронов. Известно устройство, содержащее ем костный накопитель, включенный в диагонапь моста на тиристорак, источник HataribHoro заряда емкостного накопитепя, дроссель и емкость июкекнии, обеопечиваюшие требуемый закон нарастания Поля на участке захвата частиц в ускорение, регулируемый источник компенсации потерь, подключенный к цеп электромагнита через балластный дроо- . сель LI 1 Недостатке этого устройства является наличие дополнительного балластного дросселя, через который постоянно прот& кает ток, равный амплитуде тока магнита. Наиболее близким по технической сущ ности является устррйство импульсного питания электромагнита синхротрона с площадкой ивжекиии и площадкой медленного вывода, содержащее емкостный накопитель, дроссель и емкость инжекциИ; устройство компенсации потерь во время паузы, коммутирующие тиристорные ключи С 2 . Недостатком этого устройства являет ся то, что для коммутации ключей нео сдаредепенное соотношение параметров основного емкостного накопителя, емкости и дросселя инжекиии, котоj 5ie не являются оптимальными для обео печения требуемс(го закона изменения формы ведущего магнитного поля. Кроме того, в схеме отсутствует источник, обеспечивающий ксялпенсацию потерь при формнроваввн пгшто инжекпии и медленного вывода с требуемой точностью на всей длительности плато. Кроме .того, регулирование энергии ускоренных частиц возможно только за счет изменения напряжения заряда основ ного емкостного накопителя, т.е. измененин скорости нарастания тока магнита Дпя синхротрюнов тяжелых .ионов эта вептина является наиболее критической мвксимапьная скорость (наиболее желательна) ограшпева установленной мощностью ускоряющщс высокочастотных цнй, а уменьшение ее при уменьшении энер1 ии ускоряющих частиц приводит к существеетюй потере их на остаточном газе.. Кромг того, особенностью синхротрона тяжелых ионов, который служит бус ром для другогч) ускорителя, является то, что частоты быстрого вывода на максимальной энергии в основной ускоригель 0,1 Гц, а допустимая частота рабо- ты собственно бустера 1,5 Ги, при этом в интервале между импульсами быстрого . вывода необходима- работа на различш 1х уровнях энергии ускоренных частиц с медленным выводсж для провеазтш независимых экспериментов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем формирования-промежуточного ппато медленного вывода на заданном уровне магнитного поля. Для ЭТОГр в устройство Д)1Я ИМПУГ1ЬС нрго питания электромагнита синхротрона тяжелых ионов, содержащее емкостный накопитель, включенный параллельно источнику первичного заряда, причем попожительная обкладка емкостного накопителя через последовательно соединенные дроссель инжекции, разрядный тиристор11ый ключи обработку электромагнита соединена с анодами двух тиристорных ключей, катоды, которых подключены к разным обкладкам емкостного накопителя, катод разрядного тиристорного ключа соединен с с катодом диода и первой обкладкой конденсатора, вторая обкладка конденсатора и анод диода подключены к отрицательной обкладке емкостного накопителя, блок управления, выход которого соединен с управляющими электрюдами тиристорных ключей, введены источник компенсации потерь и два дополнительных тиристорных ключа, катоды которых подключены к разным обкладкам емкостного накопителя, а аноды - к аноду разрядного тиристорного ключа, источник компенсации потерь включен в цепь обмотки электромагнита, управляющие электроды дополнительных тиристорных ключей соединены с выходом блока управления. На фиг. 1 и 2 представлены принципиальная электрическая схема устройства и диаграмма тока электромагнита. Устройство содержит обмотку 1 элек тромагнита, который через управляемый источник 3 компенсации потерь, датчик 3 тока, тиристорные ключи 4 и 5, дроссель 6 ишкекции, разрядный тиристорный ключ 7 соединен последовательно с емкостным накопителем 8 подключенным к источнику 9 первичного заряда. Катод разрядного ключа 7 и отрицательная обкладка емкоствого накопителя 8 шунтированы конденсатором 10 и диодом 11. Аноды дополнительных тиристорных ключей 12 и 13 соединены с анодом разряд3юго ключа 7, а катоды-соогветственно попожитепьной и- огрицатепьной обкпацками емкостного накопитепя 8. Управ и ющие электроды тиристорных ключей 4, 5,7,12,13 подключены к блоку управле1гая, состоящему из блока 14 синхрон зации, бпока 15 cpaBHeHVM и программн го источника 16 опорного напряжения. Устройство работает следующим образом. Первоначально от источника 9 заряжается накопитель 8 до напряжения заданной величины. В момент прихода пер вого синхроимг льса t Q включаются ключ 4 и источник 2 ксадпенсации потер В обмотке 1 электромагнита через диод 11, ключ 4, датчик 3 и источник 2 компенсации потерь начинает нарастать ток, который стабилизируется на уровен инжекции с помощью источника 2. В течение интервала t -t- которы может быть сколько угодно продолжительным, ток образует площадку инжекции. Инжекция частиц осуществляется на этой площадке. В момент времени t включается . ключ 7 и накопитель 8 через дроссель 6 и конденсатор 10 подключается к электромагниту. При достижении током дросселя 6 зн чения тока в обмотке 1 электромагнита диод 11 закрывается, и конденсатор 10 начинает заряжаться от накопителя 8, формируя в.токе магнита требуемый закон нарастания на участке захвата чаотиц в ускорение. При подходе тока дросселя 6 к максимальному значению включается ключ 12 ( tj) и при равенстве напряжений на конденсаторе 10 и накопителе 8 то.к дросселя закорачивается тиристорным ключом 12, а накопитель 8 через oi крытый токсм дросселя 6 ключ 12 ра&ряжается непосредственно на обмотку 1 электромагнита параллельно с конденсатором 10. Источник 2, напряжение которого ме няется по линейному закону, последова- тельно с накопителем 8 формируют ведущее магнитное поле на участке ускорения tj - -t. 2 При подходе к уровню медленного) вывода, определяемого датчиком 3, блоками 14 и 15 и источником 16, включается ключ 13 ( 4 ) -И обратным напряжени ем выключаются ключ 12 и разрядный ключ 7, который отсоединяет накопитель 8 от обмотки 1. Конденсатор 10, разряжаясь, обеспечивает плавный выход на площадку медленного вывода частиц ( tj). Ток дросселя 6 через ключ 13 перезаряжает, накопитель 8 до напряжения обратной полярности. На площадке медленного вывода ток обмотки 1 протекает через источник 2, датчик 3, ключ 4 и диод 11 и стабилизируется с требуемой точностью. В момент окончания плато вывода ( t ) включается ключ 5, ключ 4 выключается, и ток обмотки 1 достигает амплитудного значения тока быстрого вывода, после чего начинает спадать, перезаряжая накопитель 8 до напряжения первоначаль ной полярности. По мере заряда накопителя 8 ток обмотки 1 падает до нулевого значения-. Преимущество, данного устройства за:ключается в том, что оно позволяет в промежутках между импульсами быстрого ; вывода на .максимальной энергии в основной ускоритеиь обеспечить режимы медленного вывода на требуемом уровне энергии в любом импупьсе без переходного в системе питания для проведения самостоятельных физических экспериментов. Совместный режим работы ускорителя как инжектора и как самостоятельного ускорителя 1ювышает эффективность его использования. Кроме того, экономия на стоимости дополнительного емкостного накотггепя н коммутирующих кгдачей при раздельном формировании импульсов быст рого и медпенного вывода составит ни менее 1ОО тыс. руб. Регулирование уровня энергии медлен ного вывода частиц без уменьщения максимально допустимой скорости нарастания тока магнита за счет отсечки тока разряда емкостного накопителя при выходе на плато медпенного вывода уменьшает допопнитепьвые потери частиц на остаточном газе в 2-3 раза.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЮ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОМАгаИТА СИНХРОТРОНА ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ, ооаержашее емкостный шкогштепь, вкпючев ный параппепьно источнику первичного заряда, причем поцожвтепьная обкладка емкостного накопктепя через поспедоввтепьво соедвневшле дроссепь ннжекцви, разрядный тиристормый кшоч и обмотку электромагнита соединена с анодами двух тиристорных .ключей, катоды которых подкпк $еш 1 к разным обкладкам емкостного вакопителя,катод разрядного тиристорвого ключа, соединен с катодом, диода и первой отладкой конденсатора, вторая обкладка коидевсатора и авод диода подключены к отрицательной обкпадке емкостного авкот{теля, блок управления, выход которого соединей с.управпяющвми электродами тиристорных ключей от личающееся тем, что, с цепью расширения фу11К1шонапь

to t t ts t if ts

Фиг. 1