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. Москва. Атомиздат, 1966. с.12. Недостатком 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. Москва. Энергоатомиздат, 1986. с.159. Недостатком данного ускорителя является масса системы СВЧ питания ускорителя, поскольку используется на порядок более мощный современный магнетрон и питание от сети 50 Гц, что увеличивает стойку силового питания и стойку питания магнетрона и габариты самого коаксиального магнетрона.
Известен линейный ускоритель электронов, 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.
Техническим результатом полезной модели является увеличение коэффициента полезного действия, формирование аксиально симметричного электромагнитного поля в ускоряющей секции, увеличение СВЧ мощности в ускоряющей системе, увеличение ускоряющих токов заряженных частиц и темпов ускорения.
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, высокочастотная система содержит тракт резонатора бегущей волны, выполненный в виде изогнутого волновода, двух плечей и фазовращателя, установленных последовательно, направленного ответвителя и источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, причем вход и выход ускоряющей секции соединены с плечами резонатора бегущей волны через шестиполюсные трансформаторы типа волн и Т-образные тройники с изогнутыми волноводами, а в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка.
Полезная модель поясняется чертежами на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.
На фиг.1 схематически изображен линейный резонансный ускоритель заряженных частиц, где:
1, 2, 3, 4 - входные и выходные плечи направленного ответвителя, 5 - источник СВЧ мощности, 6 - направленный ответвитель, 7 - поглощающая согласованная нагрузка, 8 - ускоряющая секция, 9 - корректирующий фазовращатель, 10 - фокусирующая система, 11 - выходные устройства, 12 - приборы контроля огибающей импульса СВЧ генератора рабочей частоты, 13 - система высоковольтного питания, 14 - инжектор электронов, 15 - высоковакуумные насосы, 16 - импульсный модулятор, 17 - стойка питания, 18 - пульт управления.
На фиг.2 представлен разрез по линии А-А, раскрывающий соединение входного Т-образного волноводного тройника с изогнутыми волноводами и шестиполюсного трансформатора типа волны (ТТМ), где 8 - ускоряющая секция.
На фиг.3 представлен разрез по линии Б-Б, раскрывающий соединение выходного Т-образного волноводного тройника с изогнутыми волноводами и шестиполюсного трансформатора типа волны (ТТМ), где 8 - ускоряющая секция.
Ускоритель работает следующим образом.
К входному плечу 1 направленного ответвителя 6 подводят энергию от источника СВЧ мощности 5. На выходном плече 4 направленного ответвителя 6 подключена волноводная поглощающая нагрузка 7, в которую поступает СВЧ мощность в начальный момент импульса.
СВЧ мощность поступает до окончания переходного процесса заполнения всего тракта резонатора бегущей волны.
Из плеча 1 ответвителя 6 СВЧ мощность поступает в ускоряющую систему 8 и корректирующий фазовращатель 9, а затем в плечо 3 направленного ответвителя 6. Основная часть СВЧ мощности поступает в плечо 2, а небольшая доля части СВЧ мощности переходит в плечо 4 направленного ответвителя 6 и поступает в поглощающую нагрузку 7 в противофазе с волной от магнетрона или клистрона 5.
Амплитуды волн, поступающих в плечо 2 направленного ответвителя 6 из плеча 1, а также амплитуды волн, поступающих из плеча 3, после окончания переходного процесса и при резонансном значении коэффициента связи направленного ответвителя 6 и возникновении в кольце резонатора бегущей волны целого числа волн, сравнивают корректирующим фазовращателем 9. А затем СВЧ мощность от магнетрона, триода или клистрона 5 полностью поступает в кольцо резонатора бегущей волны.
После окончания переходного процесса и поступления СВЧ мощности в ускоряющую секцию 8 включают импульс высокого напряжения на инжекторе электронов 14. Параметры пучка на выходе контролируют выходным устройством 11. Стойка питания 17 обеспечивает снабжение электроэнергией основные функциональные системы ускорителя. Система высоковольтного питания 13 через импульсный модулятор 16 подает энергию к источнику СВЧ мощности 5, параметры выходной СВЧ мощности контролируют приборами контроля огибающей СВЧ импульса и контроля рабочей частоты на выходе источника СВЧ мощности 12. Вакуум в ускорителе обеспечивают высоковакуумными насосами 15. Фокусирующая система 10 обеспечивает проводку ускоряемого пучка по оси ускоряющей системы 8 без потерь. Запуск и эксплуатация ускорителя осуществляют с пульта управления 18.
При этом во всем диапазоне частот от 10 до 1 ГГц коэффициент увеличения мощности в резонаторе бегущей волны с ускоряющей секцией 8 возрастает до 40. Это позволяет увеличить предельные ускоряющие токи заряженных частиц до 6 раз и предельных темпов ускорения без пробоев до 20 МэВ/м.