УСТРОЙСТВО ЮСТИРОВКИ ЭЛЕКТРОДОВ КОАКСИАЛЬНОЙ ВАКУУМНОЙ ПЕРЕДАЮЩЕЙ ЛИНИИ
DEVICE FOR ADJUSTMENT OF ELECTRODES OF COAXIAL VACUUM TRANSMISSION LINE

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к конструктивным элементам коаксиальных передающих линий сильноточных импульсных ускорителей электронов, и предназначено для юстировки электродов коаксиальных вакуумных передающих линий (ВПЛ) с магнитной изоляцией.
В сильноточных импульсных ускорителях электронов для транспортировки электромагнитной энергии к нагрузке (например, вакуумному диоду) используются ВПЛ с магнитной изоляцией, в том числе коаксиальные вакуумные линии. Коаксиальная ВПЛ представляет собой систему из двух электродов (внутреннего и внешнего), разделенных изолирующей средой - вакуумом. Одним из условий эффективной транспортировки электромагнитной энергии (электронного пучка) к вакуумному диоду является однородность коаксиальной линии (инвариантность волнового сопротивления линии), которая достигается при соблюдении соосности электродов линии по всей ее длине.
В литературе, например, описан сильноточный импульсный ускоритель электронов AURORA (В. Bernstein and I. Smith. AURORA, an electron accelerator // IEEE Trans. Nucl. Sci., v. NS-20, №3, 1973 - p. 294-300), в котором для транспортировки электромагнитной энергии к вакуумному диоду используется коаксиальная ВПЛ с магнитной изоляцией. При этом в статье нет информации об использовании в ВПЛ ускорителя AURORA устройства юстировки. Однако приведена информация об утечках электронного пучка в области вакуумной передающей линии, что косвенно подтверждает неоднородность линии по длине и, следовательно, отсутствие, скорее всего, в конструкции коаксиальной ВПЛ ускорителя AURORA устройства юстировки.
Задача, на решение которой направлено изобретение, - создание устройства юстировки электродов коаксиальной вакуумной передающей линии.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения, - обеспечение соосности электродов коаксиальной вакуумной передающей линии.
Указанный технический результат достигается использованием двух цилиндрических элементов, соединенных между собой с возможностью вращения, причем их соприкасающиеся поверхности выполнены под углом, первый элемент соединен с неподвижной частью внутреннего электрода передающей линии с возможностью вращения относительно неподвижной части, второй элемент и подвижная часть внутреннего электрода соединены с возможностью вращения, элементы соединены между собой крепежными деталями, жестко соединенными с первым элементом и расположенными в концентрических отверстиях второго элемента, на обоих элементах нанесены метки для определения их соосного положения, причем метки расположены на образующей устройства в плоскости, проходящей через малые или большие оси соприкасающихся поверхностей элементов.
Всей совокупностью перечисленных признаков достигается возможность юстировки электродов коаксиальной ВПЛ. Устройство размещается во внутреннем электроде коаксиальной ВПЛ на некотором расстоянии от нагрузки. Вращение элементов устройства относительно друг друга дает возможность найти такое их положение (за счет того, что они соприкасаются поверхностями, выполненными под углом), которое обеспечивает соосность электродов, и позволяет решить задачу создания устройства юстировки электродов коаксиальной ВПЛ.
При использовании конической коаксиальной ВПЛ элементы устройства выполняются в виде усеченных конусов.
При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».
На фиг. 1 представлен разрез устройства юстировки, расположенного во внутреннем электроде коаксиальной ВПЛ.
На фиг. 2 представлен разрез устройства юстировки, ориентированного в противоположном направлении по сравнению с представленным на фиг. 1.
На фиг. 3 показан угол наклона соприкасающихся поверхностей устройства юстировки и метки, нанесенные на его боковую поверхность.
На фиг. 4 представлена схема, описывающая положение меток.
На фиг. 5 показана схема коаксиальной ВПЛ, иллюстрирующая регулировку положения внутреннего электрода ВПЛ с помощью устройства юстировки.
На фиг. 6 показаны траектории, описываемые осью внутреннего электрода ВПЛ при вращении элементов устройства, и область, в пределах которой возможна юстировка электродов ВПЛ.
На фиг. 7 показан пример реализации заявляемого устройства в ВПЛ сильноточного импульсного ускорителя.
Устройство юстировки электродов коаксиальной ВПЛ размещено между неподвижной 1а и подвижной 1b частями внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ (фиг. 1). Устройство выполнено в виде двух цилиндрических элементов 2 и 3, которые соединены между собой с возможностью вращения, при этом их соприкасающиеся поверхности 4а и 4b (фиг. 1 и фиг. 2) выполнены под углом а (фиг. 3). Элемент 2 соединен с неподвижной частью 1а внутреннего электрода с возможностью вращения относительно неподвижной части 1а и крепится к ней при помощи гайки 5. Элементы 2, 3 устройства соединены при помощи крепежных деталей - трех шпилек 6 (фиг. 1). При этом шпильки 6 жестко соединены с элементом 2 и расположены в концентрических отверстиях 7 элемента 3 (фиг. 1). При сборке шпильки 6 вкручиваются в элемент 2, на них одевается элемент 3, 3, который затягивается гайками 8 (фиг. 1). Второй элемент 3 и подвижная часть 1b внутреннего электрода соединены с возможностью вращения. Подвижная часть 1b вкручивается в элемент 3. Для обеспечения вращения элементов 2 и 3 необходимо выкрутить подвижную часть 1b внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ, ослабить гайки 5 и 8.
На элементы 2, 3 устройства юстировки нанесены метки 9, 10 (фиг. 3). Метки расположены на образующей устройства юстировки в плоскости 11 или в плоскости 12, которые, соответственно, проходят через малые 13а и 13b или большие 14а и 14b оси соприкасающихся поверхностей 4а, 4b, характеризующихся формой эллипса (фиг. 4). Совпадение меток 9, 10 соответствует соосному положению элементов 2, 3 юстировочного узла и, следовательно, соосному расположению устройства и обеих частей la, 1b внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ.
Устройство работает следующим образом. Рассмотрим случай, когда метки расположены на образующей устройства в плоскости, проходящей через малые оси соприкасающихся поверхностей.
Устройство юстировки 15 размещается между неподвижной 1а и подвижной 1b частями внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ на некотором расстоянии от выходного окна 16 внешнего электрода 17 коаксиальной ВПЛ, как показано на фиг. 5. При этом проекция, показанная на фиг. 3, соответствует виду А, приведенному на фиг. 5. На фиг. 5 показан случай соосного положения подвижной части 1b внутреннего электрода (сплошные линии) и внешнего электрода 17 коаксиальной ВПЛ, которое соответствует соосному расположению элементов 2, 3 (метки 9, 10 совпадают) устройства юстировки. Также на фиг. 5 показаны крайние позиции подвижной части 1b внутреннего электрода (штриховые линии), которые достигаются вращением элементов 2, 3 юстировочного устройства. Крайняя нижняя позиция подвижной части 1b внутреннего электрода достигается при отклонении меток 9, 10 элементов устройства юстировки на угол 180° (метки будут располагаться на противоположных сторонах устройства) за счет одновременного их вращения в противоположных направлениях (элемент 2 вращается против часовой стрелки, а элемент 3 - по часовой). Крайняя верхняя при отклонении меток элементов 2, 3 устройства юстировки на угол 180°, что обеспечивается вращением элемента 2 по часовой стрелке, а элемента 3 - против часовой. В результате ось 18 подвижной части 1b внутреннего электрода в крайних положениях смещена относительно первоначальной позиции на расстояние d (фиг. 5), а угол между осями подвижной части 1b внутреннего электрода в соосном положении и в крайних позициях составляет 2а. Возврат в исходную соосную позицию достигается обратным вращением элементов 2, 3 устройства юстировки до совпадения меток 9, 10.
При вращении элементов 2, 3 устройства юстировки ось 18 подвижной части 1b внутреннего электрода ВПЛ будет перемещаться вертикально, как показано на фиг. 6, где приведены траектории 19 и 20, описываемые осью 18 подвижной части 1b внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ. На траекториях 19, 20 стрелками показано направление движения оси 18 подвижной части 1b внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ. Перемещение оси вверх достигается за счет одновременного вращения в противоположных направлениях элементов устройства (2 - по часовой стрелке, 3 - против часовой), а вниз (2 - против часовой стрелки, 3 - по часовой). Как отмечалось выше, максимальное смещение оси 18 в крайних положениях соответствует расстоянию d (фиг. 5 и фиг. 6). Таким образом, область, в пределах которой возможна юстировка электродов коаксиальной ВПЛ, ограничивается окружностью (штриховая линия) диаметром D (фиг. 6). Диаметр области определяется углом α и длиной h (фиг. 6) подвижной части 1b внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ по следующей формуле
D=2⋅d=2⋅h⋅Sin2α.
Юстировка обеспечивается следующим образом.
Пусть после сборки ВПЛ ось подвижной части 1b внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ оказалась, например, в положении 21 (фиг. 6). При этом элементы 2, 3 устройства собраны соосно, то есть метки 9, 10 совпадают, а положение устройства юстировки 15 соответствует показанному на фиг. 5. В данном случае соосность подвижной части 1b внутреннего электрода с внешним электродом 17 коаксиальной ВПЛ достигается следующим образом. Сначала вращается (раскручивается) подвижная часть 1b внутреннего электрода до достижения его оси вертикального положения 22 (фиг. 6). При этом ось подвижной части внутреннего электрода 1b при достижении вертикального положения будет отклонена от оси (фиг. 6, позиция 23) внешнего электрода 17 коаксиальной ВПЛ на расстояние S. Далее при помощи лазерного нивелира измеряется расстояние 5, а также расстояние между элементом 3 устройства юстировки и подвижной частью 1b внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ. Полностью выкручивается подвижная часть 1b внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ, ослабляются гайки 5 и 8 (фиг. 1). Затем одновременным вращением в противоположных направлениях элементов устройства (2 - по часовой стрелке, 3 - против часовой стрелки) достигается совмещение оси подвижной части 1b внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ с осью (фиг. 6, позиция 23) внешнего электрода 17 коаксиальной ВПЛ. При этом ось подвижной части 1b внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ будет перемещаться вверх по траектории 24. Угол, на который требуется развести метки устройства, определяется по следующей формуле
Далее затягиваются гайки 5 и 8 (фиг. 1), между элементом 3 устройства юстировки и подвижной частью 1b внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ устанавливаются регулировочные шайбы (на фиг. 1 не показаны), и вкручивается до упора подвижная часть 1b внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ. В результате описанной выше процедуры достигается совпадение оси подвижной части 1b внутреннего электрода с осью внешнего электрода коаксиальной ВПЛ.
Если после сборки ВПЛ ось подвижной части 1b внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ оказалась в вертикальном положении над осью или под осью внешнего электрода, тогда при юстировке исключается первый этап и, тем самым, установка регулировочных шайб.
Для случая, когда метки расположены на образующей устройства в плоскости, проходящей через большие оси соприкасающихся поверхностей, устройство работает аналогично рассмотренному выше случаю, отличие заключается в том, что при вращении элементов устройства ось подвижной части внутреннего электрода коаксиальной ВПЛ перемещается в горизонтальном направлении.
Пример реализации заявляемого устройства юстировки в ВПЛ с магнитной изоляцией сильноточного импульсного ускорителя электронов показан на фиг. 7. Метки располагались на образующей устройства юстировки в плоскости, проходящей через малые оси соприкасающихся поверхностей, элементы устройства были выполнены в виде цилиндров.
Устройство юстировки (угол α=1°) позволило проводить юстировку электродов ВПЛ с длиной подвижной части внутреннего электрода 2 м. Эффективность транспортировки электромагнитной энергии к вакуумному диоду 25 (фиг. 7) продемонстрирована измерениями тока поясами Роговского 26, расположенными вдоль коаксиальной ВПЛ сильноточного импульсного ускорителя. Средняя величина тока вдоль коаксиальной ВПЛ составила 50 кА, а разброс величин не превышает 10%, что соответствует погрешности измерения поясов Роговского.
Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в сильноточных импульсных ускорителях электронов для юстировки электродов коаксиальных ВПЛ;
- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».