ЛИНЕЙНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ

Полезная модель относится к подклассу Н05Н плазменная техника; получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов; получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов, конкретно к созданию линейных резонансных ускорителей электронов.
Известен линейный ускоритель электронов, содержащий форвакуумные и высоковакуумные насосы, накальный трансформатор инжектора, вакуумные задвижки, инжектор электронов, электромагнитные линзы, диафрагмированный волновод, фокусирующие катушки, вакуумный кожух, выпускное окно, высокочастотную поглощающую нагрузку, импульсный трансформатор, магнетрон (или клистрон) - источник СВЧ мощности, направленный измерительный ответвитель, фазовращатель, вакуумное волновое окно, модулятор СВЧ источника, пульт дистанционного управления. О.А.Вальднер. Линейные ускорители электронов. - М.: Атомиздат, 1966. С.12. Недостатком такой схемы построения линейного ускорителя электронов является невысокая энергия на выходе ускорителя, которая определена заданной мощностью СВЧ источника.
Известен линейный ускоритель электронов, содержащий пульт управления, стабилизированный выпрямитель, электронный инжектор, диафрагмированный волновод, СВЧ генератор (магнетрон), генераторный блок, импульсный модулятор, высоковольтный выпрямитель, выпускное окно, систему развертки пучка на выходе, датчик тока, стойку питания, высоковакуумные насосы, фокусирующий соленоид. Е.А.Абрамян. Промышленные ускорители электронов. - М.: Энергоатомиздат, 1986. С.159. Недостатком данного ускорителя является значительно увеличенная масса системы СВЧ питания ускорителя, поскольку используется на порядок более мощный современный магнетрон и питание от сети 50 Гц, что многократно увеличивает стойку силового питания и стойку питания магнетрона и габариты самого коаксиального магнетрона.
Известен линейный ускоритель электронов с использованием энергии поля излучения пучка, содержащий ускоряющую секцию и соединенные через фазовращатель накопительную секцию, в тракте резонатора бегущей волны между секциями установлен дефлектор, ускоритель включает также так же систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему, модулятор, СВЧ генератор, систему высоковольтного питания, пульт дистанционного управления, выходные устройства для регистрации параметров пучка, систему охлаждения. Б.Ю.Богданович, В.А.Останин, А.В.Шальнов, В.В.Яненко. Линейный ускоритель электронов с использованием энергии поля излучения пучка. Сб. Ускорители. - М.: Энергоатомиздат, выпуск 20, 1981. С.72-76. Прототип. Недостатком данной схемы является низкий коэффициент полезного действия.
Технический результат заключается в достижении азимутальной симметрии ускоряющего поля на входе и на выходе ускоряющей секции, снижении потерь заряженных частиц, увеличение СВЧ мощности в ускоряющей системе, увеличении предельных ускоряющих токов заряженных частиц и предельных темпов ускорения без пробоев.
Технический результат достигается тем, что в линейном резонансном ускорителе электронов, содержащем высокочастотную систему с ускоряющей секцией, корректирующий фазовращатель, систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему и источник СВЧ-мощности, выходные устройства для регистрации параметров пучка, СВЧ генератор, соединен с диафрагмированным волноводом через Т-образный волноводный тройник и изогнутые прямоугольные волноводы, на входе и выходе ускоряющего диафрагмированного волновода установлены входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные через волноводные Т-образные тройники с изогнутыми прямоугольными волноводами с задающим СВЧ генератором и волноводной поглощающей нагрузкой.
Полезная модель поясняется на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.
На фиг.1 схематически изображен линейный резонансный ускоритель заряженных частиц, где: 1 - источник СВЧ мощности, 2 - поглощающие нагрузки, 3 - ускоряющая секция, 4 - корректирующий фазовращатель, 5 -фокусирующая система, 6 - выходные устройства, 7 - приборы контроля огибающей импульса, 8 - система высоковольтного питания, 9 - инжектор электронов, 10 - высоковакуумные насосы, 11 - импульсный модулятор, 12 - стойка питания, 13 - пульт управления.
На фиг.2 представлен разрез по линии А-А, раскрывающий соединение входного Т-образного волноводного тройника с изогнутыми волноводами.
На фиг.3 представлен разрез по линии Б-Б, раскрывающий соединение выходного Т-образного волноводного тройника с изогнутыми волноводами.
Линейный ускоритель работает следующим образом.
Включают источник СВЧ мощности 1. СВЧ мощность через Т-образный волноводный тройник и два изогнутых прямоугольных волновода (Фиг.2) двумя равными частями поступает на два симметричных входа входного шестиполюсного трансформатора типа волны. Достигается полная симметрия поля относительно оси ускоряющего диафрагмированного волновода. В шестиполюсном входном трансформаторе типа волны СВЧ мощность складывается и поступает в ускоряющую секцию 3. Электроны из инжектора 9 поступают в ускоряющую секцию 3, ускоряются и их параметры контролируют в выходных контролирующих устройствах 6, фокусировку осуществляют фокусирующей системой 5. Высокочастотная мощность поступает из источника СВЧ мощности 1 через Т-образный тройник и корректирующий фазовращатель 4. Питание источника СВЧ мощности 1 осуществляют от системы высоковольтного питания 8 и импульсного модулятора 11. Управление линейным резонансным ускорителем электронов осуществляют с пульта управления 13.
В выходном шестиполюсном трансформаторе типа волны СВЧ мощность делится поровну и выводится через два изогнутых волновода (Фиг.3).
Достигается полная симметрия поля относительно оси ускоряющей секции 3. Через два изогнутых прямоугольных волновода мощность складывается в Т-образном волноводном тройнике (Фиг.3), а ее остатки поступают в волноводную поглощающую нагрузку 2.
После окончания переходного процесса поступления СВЧ мощности в ускоряющую секцию 3 подают импульс высокого напряжения на инжектор электронов 9. Затем инжектируемые электроны проходят фокусирующую систему 5 и ускоряются.
На входе, так и на выходе ускоряющей секции 3 достигается аксиальная симметрия ускоряющего поля, что позволяет увеличить ускоряемый ток заряженных частиц.
При этом во всем диапазоне частот от 10 до 1 ГГц коэффициент увеличения мощности в резонаторе бегущей волны с ускоряющей системой 3 достигает 40. Это позволяет увеличить предельные ускоряющие токи заряженных частиц в 1,5÷6 раз и предельные темпы ускорения.