Импульсная система питания двойного бетатрона

ИМПУЛЬСНАЯ СИСТЕМА ИИТАНИЯ ДВОЙНОГО БЕТАТРОНА
Полезная модель относится к области ускорительной техники и предназначена для генерации электронных пучков с большой энергией для последующего использования энергии ускоренных электронов для целей дефектоскопии, лечения онкологических заболеваний и т.д.
В ряде случаев для определения координат дефектов требуется стереоснимок, для получения которого требуется использование двух бетатронов (двойного бетатрона).
Известны системы питания двойного бетатрона в случае смешанного возбуждения его электромагнитов Ярушкин Ю.П. Некоторые вопросы исследований смешанного возбуждения электромагнитов малогабаритных бетатронов. Диссертация, Томск, 1964; Ивашин В.В. Вентильная и вентильно-механическая коммутация в схемах получения магнитных полей в электрических машинах. Диссертация, Томск, 1968.; Ананьев Л.М., Воробьев А.А., Горбунов В.И. Индукционный ускоритель электронов - бетатрон. М., Госатомиздат, 1961. В связи с разработкой и внедрением импульсных систем питания бетатронов Ивашин В.В., Фурман Э.Г. Экспериментальное исследование потерь в схеме питания бетатрона однополярными импульсами тока. Известия ТПИ, 1970, т.212, с. 134-139; Фурман Э.Г. Системы питания импу.шьсных электромагнитов с емкостными накопителями энергии. - ПТЭ, №5, 1988, с.7-27, позволяющих формировать в индуктивной нагрузке и, в том числе, в обмотках электромагнита бетатрона импульсы тока различной формы, интерес к смешанному возбуждению пропал. Это объясняется тем, что при возбуждении электромагнита бетатрона однополярными импульсами тока сохраняется не только основное достоинство смешанного возбуждения формирование однонаправленных магнитных потоков, но и появляется
..
МКП7 Н05Н 7/04
целый ряд дополнительных преимуществ. Например, массогабаритные параметры электромагнита бетатрона получаются меньше, чем при смешанном возбуждении, уменьшаются массогабаритные параметры системы питания. Следует отметить, что до настояш его времени двойные бетатроны с импульсным питанием не разрабатывались.
Известна импульсная система питания бетатрона (в случае двуполярного режима работы емкостного накопителя) Авт. свидетельство СССР № 661743, МКП2 НОЗК5/01, Б.И. № 17, 1979, С.260. Для создания двойного бетатрона потребуется использование двух таких импульсных систем питания, которые образуют импульсную систему питания двойного бетатрона, выбранную в качестве прототипа, содержащую первый электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, второй электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, емкостной накопитель.
Данная импульсная система питания двойного бетатрона должна будет содержать 8 тиристоров двух колебательных контуров и два емкостных накопителя. Использование такого большого количества элементов приведет к существенному увеличению стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона.
Задачей полезной модели является уменьшение стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона.
Поставленная задача достигается тем, что в импульсной системе питания двойного бетатрона, содержащей первый электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, второй электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, емкостной накопитель, согласно полезной модели, обмотка возбуждения первого электромагнита через один тиристор соединена с емкостным накопителем, который через другой тиристор соединен с обмоткой возбуждения второго электромагнита, причем параллельно к обмотке возбуждения первого
электромагнита через первый и второй тиристоры ввода энергии подключены последовательно соединенные между собой источник питания постоянного тока и дроссель, которые через третий тиристор ввода энергии подключены параллельно к обмотке возбуждения второго электромагнита.
При таком исполнении импульсной системы питания двойного бетатрона вместо 8 тиристоров двух колебательных контуров будет использоваться всего 2, вместо двух емкостных накопителей будет использоваться один.
В бетатроне значительную часть стоимости импульсной системы питания составляют следующие элементы - емкостной накопитель и тиристоры колебательного контура. Эти элементы также составляют значительную часть массогабаритных параметров импульсной системы питания. Следовательно, полученная импульсная система питания двойного бетатрона будет обладать значительно меньшими массогабаритными параметрами и стоимостью, чем импульсная система питания двойного бетатрона, состоящая из двух импульсных систем питания, рассмотренных в Авт. свидетельство СССР № 661743, МКП2 НОЗК5/01, Б.И. № 17, 1979, С.260. Данное обстоятельство, соответственно, приведет к значительному уменьшению стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона.
На фиг.1 приведена электромагнитная система двойного бетатрона, где пунктиром показаны положения вакуумных ускорительных камер в межполюсных пространствах электромагнитов.
На фиг. 2 приведена принципиальная схема импульсной системы питания двойного бетатрона.
На фиг.З приведены эпюры изменения токов и напряжений в импульсной системе питания Двойного бетатрона, где цифрами обозначено:
13- изменение тока обмотки 2 возбуждения первого электромагнита,
14- изменение напряжения на емкостном накопи±еле 5,
15- изменение тока обмотки 4 возбуждения второго электромагнита.
Электромагнитная система двойного бетатрона (фиг.1) содержит магнитопровод 1 первого электромагнита, обмотку 2 возбуждения первого электромагнита, магнитопровод 3 второго электромагнита, обмотку 4 возбуждения второго электромагнита.
Импульсная система питания двойного бетатрона (фиг.2), включает магнитопровод 1 первого электромагнита, обмотку 2 возбуждения первого электромагнита, магнитопровод 3 второго электромагнита, обмотку 4 возбуждения второго электромагнита. Емкостной накопитель 5 через тиристор 6 соединен с обмоткой 2 возб)ждения первого электромагнита, а обмотка 4 возбуждения второго электромагнита через тиристор 7 соединена с емкостным накопителем 5. Последовательно соединенные между собой источник шггания 8 постоянного тока и дроссель 9 через первый тиристор 10 ввода энергии и второй трфистор 11 ввода энергии подключены параллельно к обмотке 2. Обмотка 4 через третий тиристор 12 ввода энергии подключена параллельно к источнику питания 8 и дросселю 9.
В момент времени ti с приходом управляющих импульсов на первый тиристор 10 ввода энергии и второй тиристор 11 ввода энергии (фиг.2) от источника питания 8 постоянного тока через дроссель 9 происходит ввод энергии в обмотку 2 возбуждения первого электромагнита двойного бетатрона (фиг.З, кривая 13). В момент времени t, после окончания ввода энергии в обмотку 2 возбуждения включается тиристор 6, начинается колебательный разряд емкостного накопителя 5 на обмотку 2 возбуждения (фиг.З, кривая 14), под действием напряжения емкостного накопителя 5 тиристоры 10, 11 обесточиваются и выключаются. В первом электромагните двойного бетатрона создаются магнитные потоки через
обратный магнитопровод магнитопровода 1 первого электромагьшта, в области равновесной орбиты и центральный магнитный поток. В момент времени /з, после окончания процесса ускорения Ц формируется спадающая часть импульса тока в обмотке 2 возбуждения (фиг.З, кривая 13). К моменту времени U ток в обмотке 2 возбуждения становится равным нулю, а емкостной накопитель 5 перезаряжается до максимального напряжения с обозначенной в скобках полярностью. При этом вся энергия, запасенная в магнитном поле первого электромагнита бетатрона, в течение интервала времени  рекуперирует в емкостной накопитель 5.
В момент времени /4 с приходом управляющего импульса на третий тиристор 12 ввода энергии от источника питания 8 постоянного тока через дроссель 9 происходит ввод энергии в обмотку 4 возбуждения второго электромагнита двойного бетатрона (фиг.З, кривая 15). В момент времени /5, после окончания ввода энергии в обмотку 4 возбуждения включается тиристор 7, начинается колебательный разряд емкостного накопителя 5 на обмотку 4 возбуждения (фиг.З, кривая 14), под действием напряжения емкостного накопителя 5 тиристор 12 обесточивается и выключается. Во втором электромагните двойного бетатрона создаются магнитные потоки через обратный магнитопровод магнитопровода 3 второго электромагнита, в области равновесной орбиты и центральный магнитный поток. В момент времени f, после окончания процесса ускорения у2, формируется спадающая часть импульса тока в обмотке 4 возбуждения (фиг.З, кривая 15). К моменту времени t ток в обмотке 4 возбуждения становится равным нулю, а емкостной накопитель 5 перезаряжается до максимального напряжения с обозначенной без скобок полярностью. При этом вся энергия, запасенная в магнитном поле второго электромагнита двойного бетатрона, в течение интервала времени  рекуперирует в емкостной накопитель 5 и цикл работы импульсной системы питания двойного бетатрона закончился.
Таким образом, в рассмотренной импульсной системе питания двойного бетатрона вместо 8 тиристоров двух колебательных контуров используется всего 2, используется один емкостной накопитель вместо двух, что, соответственно, приводит к значительному уменьшению стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона. При этом для обеспечения ввода энергии в обмотки возбуждения первого и второго электромагнитов двойного бетатрона вместо двух схем ввода энергии используется - одна, которая состоит из источника питания 8, дросселя 9 и тиристоров 10 ... 12, что также приводит к уменьшению стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона.