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. - 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 увеличенная масса системы СВЧ питания ускорителя, поскольку использован мощный 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 результатом полезной модели является повышение коэффициента полезного действия, сохранение СВЧ мощности проходящей через ускоряющую секцию, уменьшение циркулирующей мощности в изогнутых волноводах и направленных ответвителях, обеспечение азимутальной симметрии ускоряющего поля во входной и выходной ячейках ускоряющей секции.
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 резонатор бегущей волны, выполненный в виде изогнутого волновода и последовательно установленных корректирующего фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, источник СВЧ-мощности, соединенный с одним плечом направленного ответвителя, причем в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а также содержит дополнительный контур из резонатора бегущей волны в виде изогнутого волновода и последовательно установленных фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, причем в одном из внешних плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а на входе и выходе ускоряющей секции установлены шестиполюсные входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные с плечами направленных ответвителей и фазовращателями, а источник СВЧ-мощности через волноводный Т-образный тройник соединен с корректирующими фазовращателями и плечами резонатора. Ускоряющая система выполнена в виде круглого диафрагмированного волновода. Источник СВЧ мощности выполнен в виде магнетрона, клистрона или триода.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически изображен линейный резонансный ускоритель заряженных частиц, где: 1, 2, 3, 4 - плечи направленного ответвителя, 5 - источник СВЧ мощности, 6 - направленные ответвители, 7 - поглощающие согласованные нагрузки, 8 - ускоряющая система, 9 - корректирующие фазовращатели, 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.
Сначала к плечу 1 направленного ответвителя 6 подводят энергию от источника СВЧ мощности 5, которая поступает сначала в Т-образный волноводный тройник. В Т-образном волноводном тройнике, вводимая энергия делится пополам и через корректирующие фазовращатели 9 поступает в направленные ответвители 6.
На 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 резонатора бегущей волны.
Из плеча 1 ответвителя 6 через ускоряющую систему 8 и корректирующий фазовращатель 9 СВЧ мощность поступает в плечо 3 направленного ответвителя 6. Основная часть СВЧ мощности 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, при резонансном значении коэффициента связи направленного ответвителя 6 и при достижении в кольце резонатора бегущей волны целого числа волн, сравнивают корректирующим фазовращателем 9. И СВЧ мощность от магнетрона, триода или клистрона 5 полностью поступает в кольцо резонатора бегущей волны.
После окончания переходного процесса поступления СВЧ мощности в ускоряющую систему 8 включают импульс высокого напряжения на инжектор электронов 14. Затем инжектируемые электроны проходят фокусирующую систему 10 и ускоряются. Контроль параметров пучка осуществляется выходными устройствами 11. Питание источника СВЧ мощности 5 осуществляется от стойки питания 17, системы высоковольтного питания 13 и импульсного модулятора 16. Вакуум обеспечивается высоковакуумными насосами 15. Управление ускорением осуществляется пультом управления 18.
При этом во всем диапазоне частот от 10 до 1 ГГц коэффициент увеличения мощности в резонаторе бегущей волны с ускоряющей системой 8 можно довести до 40.