Вывод интенсивного электронного пучка из ускорительной камеры сильноточного бетатрона электростатическим способом

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМ. С. М. КИРОВА

279 1974

вывод интенсивного электронного пучка из ускорительной камеры сильноточного бетатрона

электростатическим способом

В. А. МОСКАЛЕВ, В. В. ШАШОВ, А. М. СЛУПСКИИ

В работе [I] описана система вывода электронного пучка из сильноточного бетатрона импульсным однооборотным методом. Применение этого метода позволило получить от бетатрона импульсный ток выведенного пучка, амплитуда которого в сотни тысяч раз превышает ток в импульсе, получаемый от бетатронов до сих пор- Длительность импуль-

6

Рис. 1. Схема вывода электронного пучка из ускорительной камеры: 1 — ускорительная камера; 2 — пластина, предназначенная для увеличения шага орбиты; 3 — отклоняющая пластина; 4 — траектория выведенного пучка; 5 — равновесная орбита; 6 — расширенная орбита; 7 —1 инжектор;

8 — инфлектор

са выведенного тока составляет 5—6 нее к. Такие короткие импульсы получили применение в различных областях наукй и техники. Однако для ряда исследований, особенно для исследования действия излучения на

различные материалы, требовалось увеличить длительность импульса выведенного пучка. Требование увеличения длительности импульса, выведенного из сильноточного бетатрона электронного тока, было удовлетворено в результате осуществления электростатического способа вывода при помощи выводного устройства особой конструкции. Известно [2], что для сброса на мишень электронов, ускоренных в сильноточном бетатроне до 25 Мэв, с помощью центральной обмотки требуется генератор тока, средняя мощность которого равна 30 кет. При этом в рабочей зоне ускорителя создается возмущающее магнитное поле, энергия которого

НО к

Ь5-Юк П 5-/0гП э

и и*

Змкгн

\и импульс от

схемы

управления

Рис. 2. Схема генератора, питающего расширительную обмотку

равна 360 джоулям. Радиальная скорость движения орбиты [3] при смещении электронного пучка на мишень в районе расположения инфлекто-ра составляет всего 2,9-104 см/сек, а шаг орбиты — единицы микрон. Значительное увеличение возмущающего магнитного поля приводит к весьма малому увеличению шага орбиты.

Запускающий импульс от слемо/ у продления

ЕЗНН

ипоо/зо

к отклоняющей пластине

осциллографу

Рис. 3. Схема генератора, питающего выводное устройство

Для решения проблемы вывода электронов из сильноточного бетатрона электростатическим способом нужно было найти такой способ подведения пучка к щели отклоняющего конденсатора, чтобы уже на радиусах, меньших границы расположения инфлектора, шаг электронной орбиты при ее расширении был много больше отсекающей пластины конденсатора. Это требование вытекает из того, что конденсатор необходимо устанавливать на радиусе, несколько меньшем радиуса размещения

инфлектора, так как в противном случае весь пучок, прежде чем попасть в конденсатор, упадет на инфлектор.

Авторами была предложена конструкция конденсатора с удлиненной отклоняющей пластиной.

В [4] показано, что если в процессе симметричного расширения равновесной орбиты с помощью центральной обмотки на определенном азимутальном участке в рабочей области ускорительной камеры создать

возмущающее электрическое поле Е, то на этом участке можно получить сильное радиальное отклонение частиц.

Исследуемый бетатрон имеет центральную смещающую обмотку и готовый генератор тока для ее питания [2]. Поэтому представляется возможным использовать для расширения орбиты комбинацию из существующей схемы смещения и азимутальной пластины, на которую в определенный момент после включения центральной обмотки подается импульс положительной полярности. Из расчета, проведенного в [4], видно, что при таком комбинированном методе расширения орбиты можно достичь такого шага орбиты, который позволяет применять в качестве выводного устройства конденсатор.

Так, например, используя для расширения орбиты существующую центральную обмотку и подавая на пластину длиной 50 см импульсное напряжение . амплитудой 100 кв, шаг орбиты при входе в конденсатор равен 0,17 мм. Эффективность вывода электронов г\ без учета потерь внутри конденсатора и при толщине отсекающей пластины, равной 0,1 мм, будет составлять около 40% [4].

Расчет и построение траекторий электронов при выводе электростатическим способом позволили выбрать оптимальную конструкцию выводного устройства и место его размещения в ускорительной камере.

Нами предложена конструкция конденсатора, отличающаяся от применяемых до сих пор. Это вызвано тем, что с целью увеличения шага орбиты в исследуемом бетатроне используется поперечное электростатическое поле. Пластина 2, на которую подается импульс положительной полярности, изготовлена как одно целое с отклоняющей пластиной конденсатора (рис. 1) (в дальнейшем изложении — отклоняющая пластина).

Таким образом, устройство, предназначенное для увеличения шага орбиты при ее расширении, и выводное устройство объединены в одну конструкцию.

Отклоняющая пластина и основная часть отсекающей изготовлены из немагнитной нержавеющей стали толщиной 1,2 мм- Входной конец отсекающей пластины изготовлен из танталовой фольги толщиной 100л(/с. Крепление выводного устройства сконструировано так, что имеется возможность радиального перемещения конденсатора как с входной, так и с

выходной стороны без нарушения вакуума в камере. Выходной конец конденсатора отстоит по азимуту от выводного окна на 30—35 градусов.

Принципиальные схемы генераторов, предназначенных для питания расширительной обмотки и выводного устройства, приведены на рис. 2 и 3, а их параметры — в табл. 1 и 2. В табл. 2 приведены также параметры выводного устройства и выведенного пучка.

Таблица 1

Параметры системы предварительного расширения орбиты [2]

Число витков центральной обмотки вит. Амплитуда напряжен, на обмотке ит, кв Амплитудное значение тока в обмотке 1т> « Величина емкости в разрядном контуре С, мкф Индуктивность обмотки гн Длительность импульса тока в обмотке -с, мксек

10 5 2000 50 360-10~6 280

Таблица 2

Параметры выводного устройства, схемы его питания и выведенного пучка

Параметры Обозначение Величина

Длина конденсатора, см У 60

Длина отклоняющей пластины, см 1 110

Расстояние между пластинами конденсатора, см й 1,0

Высота пластин конденсатора, см 2 4,0

Амплитуда напряжения на отклоняющей плас-

тине, кв 100

Длительность импульса тока на отклоняющей

пластине, мксек 3,0

Энергия выведенных электронов, Мэв е 25

Число выведенных электронов в импульсе п 8-10Ю

Длительность импульса излучения, мксек 1,0

Средний ток пучка, мка 13ср 0,64

Ток пучка в импульсе, ма Цт 12,8

Горизонтальный размер пучка, см 3,5

Вертикальный размер пучка, см 1,5

Расходимость пучка, град Т 12—14°

ЛИТЕРАТУРА

1. В. А. М о с к а л е в, В. В. Ш а ш о в. Система вывода электронного пучка из ускорительной камеры сильноточного бетатрона на 25 Мэв. Труды Всесоюзного научно-технического совещания по использованию ускорителей в народном хозяйстве и медицине. Л., 1971.

2. В. Г. Ш е с т а к о в. Диссертация. Томск, ТПИ, 1969.

3. В. В. Ш а ш о в. Выбор метода вывода пучка ускоренных электронов из сильноточного бетатрона «Луч». Научный отчет № 03592, НИИ ЯФЭА при ТПИ, 1968.

4. В. В. Шашо в. Диссертация. Томск, ТПИ, 1970.

7 Заказ 9516