ЛИНЕЙНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ

Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована при создании линейных 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 определяется в основном 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 полезной модели заключается в том, что при сохранении СВЧ мощности проходящей во входных трактах прямоугольных волноводов величина мощности, циркулирующая в ускоряющей секции, увеличивается, а также в увеличиваются предельные ускоряющие токи заряженных частиц и предельных темпов ускорения без пробоев.
Технический результат достигается тем, что в линейном резонансном ускорителе электронов, содержащем высокочастотную систему с ускоряющей секцией, корректирующие фазовращатели, систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему, источники СВЧ мощности и выходные устройства для регистрации параметров пучка, высокочастотная система содержит четырехконтурный резонатор бегущей волны, каждый контур которого выполнен в виде изогнутого волновода и последовательно установленного корректирующего фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, каждый источник СВЧ мощности, соединенный с одним плечом направленного ответвителя, причем в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а также содержит три дополнительных контура в виде изогнутых волноводов с последовательно установленными корректирующими фазовращателями и двух плечей направленных ответвителей, причем в одном из плечей каждого из направленных ответвителей установлена поглощающая нагрузка, а на входе и выходе ускоряющей секции установлены десятиполюсные входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные с плечами четырех направленных ответвителей и корректирующими фазовращателями, а источники СВЧ мощности через Т-образные тройники соединены с корректирующими фазовращателями и направленными ответвителями резонатора бегущей волны.
Ускоряющая система выполнена в виде круглого диафрагмированного волновода. Источник СВЧ мощности выполнен в виде магнетрона, клистрона или триода.
Полезная модель поясняется на фиг.1-3.
На фиг.1 схематически изображен линейный резонансный ускоритель заряженных частиц, где: 1, 2, 3, 4 - плечи направленного ответвителя, 5 - источники СВЧ мощности, 6 - направленные ответвители, 7 - поглощающие согласованные нагрузки, 8 - входной трансформатор типа волны, 9 - корректирующий фазовращатель, 10 - фокусирующая система, 11 - выходной трансформатор типа волны, 12 - ускоряющая секция, 13 - система высоковольтного питания, 14 - инжектор электронов, 15 - высоковакуумные насосы, 16 - импульсный модулятор, 17 - стойка питания, 18 - пульт управления, 19 - задающий генератор, 20 - приборы контроля огибающей импульса СВЧ генератора и рабочей частоты, 21 - выходные устройства.
На фиг.2 показан вид со стороны источников СВЧ мощности 5.
На фиг.3 приведена схема питания ускоряющей секции СВЧ мощностью, где: 5 - источники СВЧ мощности, 9 - фазовращатели, 10 - фокусирующая система.
Линейный резонансный ускоритель электронов работает следующим образом. От задающего генератора СВЧ мощности 19 сигнал подают на вход Т-образного волноводного тройника и корректирующего фазовращателя, а затем на входы двух Т-образных тройников, затем каждый из этих сигналов тройников через корректирующие фазовращатели 9 сигналы подают на входы двух источников СВЧ мощности 5 и далее во входные плечи 1 направленных ответвителей, к выходам которых подсоединены волноводные поглощающие нагрузки 7. К плечу 1 направленного ответвителя 6 подводят энергию от источника СВЧ мощности 5, а на плече 4 направленного ответвителя 6 подключена волноводная поглощающая нагрузка 7. После включения источников СВЧ мощности 5 по окончании переходного процесса СВЧ мощность в нагрузки 7 не поступает, а вся циркулирует в двойном резонаторе бегущей волны с ускоряющей секцией 12.
Из плеча 1 ответвителя 6 через ускоряющую систему 12 и корректирующий фазовращатель 9 СВЧ мощность поступает в плечо 3 направленного ответвителя 6, основная часть которой поступает в плечо 2, а небольшая доля части переходит в плечо 4 направленного ответвителя 6 и поступает в поглощающую нагрузку 7 в противофазе с волной от магнетрона или клистрона 5.
По окончании переходного процесса амплитуды волн, поступающих в плечо 2 направленного ответвителя 6 из плеча 1 и из плеча 3 направленного ответвителя 6 при резонансном значении коэффициента связи направленного ответвителя 6 и достижении в кольце резонатора бегущей волны целого числа волн сравнивают корректирующим фазовращателем 9. И мощность от магнетрона, триода или клистрона 5 полностью поступает в ускоряющую секцию резонатора бегущей волны. После окончания переходного процесса поступления СВЧ мощности в ускоряющей секции 12 подают импульс высокого напряжения на инжектор электронов 14. Затем инжектируемые электроны ускоряют.
Управление ускорителем осуществляют с пульта управления 18. Стойка питания 17 обеспечивает электроэнергией все системы ускорителя: систему высоковольтного питания 13 и через импульсный модулятор 16 источники СВЧ мощности 5 и 19, высоковакуумные насосы 15 и инжектор электронов 14.
Контроль огибающей импульсов на источниках СВЧ мощности 5, 19 и рабочую частоту контролируют приборами контроля огибающей импульса СВЧ генератора и рабочей частоты 20. Выходные устройства 21 контролируют и регистрируют параметры ускоренного пучка: ускоренный ток электронов и его энергию. Используя предложенную схему питания линейного резонансного ускорителя электронов, возможно, использовать источники СВЧ мощности на два порядка меньшей мощности, чем мощность необходимая для питания ускоряющей секции 12, а также достичь увеличение мощности на один-два порядка в ускоряющей секции 12 (близкий к предельному значению) с питанием от самых мощных источников СВЧ выпускаемых промышленностью.