УСКОРИТЕЛЬ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
ACCELERATOR OF HIGH-SPEED SOLID PARTICLES

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц.
Известен ускоритель для моделирования микрометеоритов, состоящий из инжектора, индукционных датчиков, усилителей, линейного ускорителя, источника фиксированного высокого напряжения, цилиндрических электродов, селектора скоростей, селектора удельных зарядов, генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блока сопряжения, электронно-вычислительной машины, усилителя пачки импульсов переменной длительности, каскадного генератора, мишени (Семкин Н.Д., Пияков А.В., Воронов К.Е., Помельников Р.А. // Патент на изобретение №2205525, Бюл. №15 от 27.05.2003).
Наиболее близким аналогом является ускоритель высокоскоростных твердых частиц, содержащий инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блок сопряжения, электронно-вычислительную машину, усилитель пачки импульсов переменной длительности, каскадный генератор, токоведущие шины, мишень, калибровочные секции, состоящие из трех цилиндрических электродов, и токоведущие шины, выполненные в виде квадруполя (Семкин Н.Д., Пияков А.В., Пияков И.В., Андрущенко А.Б., Изюмов М.В. // Патент на изобретение №2371891, Бюл. №30 от 27.10.2009).
Однако он обладает недостатком:
Ввиду того, что заряд частиц в инжекторе носит вероятностный характер, в тракт ускорителя попадают медленные слабо заряженные частицы, заряд которых настолько мал, что они не регистрируются индукционными датчиками. Однако вследствие прямолинейности ускорительного тракта они долетают до мишени, что приводит к ухудшению качества проведения эксперимента.
Поставлена задача: разработать ускоритель, обладающий большим качеством проведения эксперимента.
Поставленная задача достигается тем, что в ускорителе высокоскоростных твердых частиц, содержащем инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блок сопряжения, электронно-вычислительную машину, усилитель пачки импульсов переменной длительности, каскадный генератор, токоведущие шины, мишень, калибровочные секции, состоящие из трех цилиндрических электродов, и токоведущие шины, выполненные в виде квадруполя, согласно изобретению, в промежутке между последней парой индукционных датчиков и мишенью установлены два плоских электрода, один из которых соединен на заземление, а второй подключен к выходу блока управления электродами, входы блока управления электродами подключены к выходам селектора скоростей и селектора удельных зарядов, а мишень расположена под углом α к общей оси ускорителя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид ускорителя совместно с обслуживающей аппаратурой.
Устройство содержит инжектор 1, линейный ускоритель 2, источник фиксированного высокого напряжения 3, индукционные датчики 4, усилители 5, цилиндрические электроды 6, калибровочные секции 7, токоведущие шины 8, селектор скоростей 9, селектор удельных зарядов 10, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11, блок сопряжения 12, электронно-вычислительную машину 13, усилитель пачки импульсов переменной длительности 14, каскадный генератор 15, мишень 16, плоские электроды 17, блок управления электродами 18. Каждый из индукционных датчиков 4 соединен с входом соответствующего усилителя 5, выход первого усилителя 5 соединен с первым входом селектора удельных зарядов 10, выход второго усилителя 5 соединен со вторым входом селектора удельных зарядов 10, выходы третьего и четвертого усилителей 5 соединены с первым и вторым входами селектора скоростей 9 и третьим и четвертым входами селектора удельных зарядов 10, выход селектора скоростей 9 и выход селектора удельных зарядов 10 соединены с входами генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11, выход генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 соединен с первым входом усилителя пачки импульсов переменной длительности 14, выходы которого посредствам токоведущих шин 8 соединены с цилиндрическими электродами 6, первый выход каскадного генератора 15 соединен со вторым входом усилителя пачки импульсов переменной длительности 14 и средним цилиндрическим электродом 6 первой калибровочной секции 7, второй выход каскадного генератора соединен с третьим входом усилителя пачки импульсов переменной длительности 14 и средним цилиндрическим электродом 6 второй калибровочной секции 7, выходы пятого и шестого усилителей 5 соединены с третьим и четвертым входами генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11, второй выход генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 соединен с входом блока сопряжения 12, который соединен с электронно-вычислительной машиной 13, мишень 16, первый вход блока управления электродами 18 подключен к выходу селектора скоростей 9, второй вход блока управления электродами 18 подключен к селектору удельных зарядов 10, выход блока управления электродами 18 подключен ко второму плоскому электроду 17, первый плоский электрод 17 подключен к заземлению.
+
-
0
ВЫХ
Устройство работает следующим образом. Инжектор 1 генерирует заряженные частицы в заданном диапазоне масс с частотой порядка 1 Гц. Заряженная частица последовательно проходит первый линейный ускоритель 2, первый индукционный датчик 4, первую калибровочную секцию 7, второй индукционный датчик 4, вторую калибровочную секцию 7, третий и четвертый индукционные датчики 4, цилиндрические электроды 6, пятый и шестой индукционные датчики 4 и попадает на мишень 16. Первый и второй индукционные датчики 4 предназначены для определения произведения положительного потенциала батареи конденсаторов, установленной в усилителе пачки импульсов переменной длительности 14 на удельный заряд частицы (U·Q/m). Второй и третий индукционные датчики 4 предназначены для определения произведения отрицательного потенциала батареи конденсаторов, установленной в усилителе пачки импульсов переменной длительности 14 на удельный заряд частицы (U·Q/m). Третий и четвертый индукционные датчики служат для определения скорости частицы (V) на выходе второй калибровочной секции 7. Пятый и шестой индукционные датчики 4 служат для определения скорости частицы (V) перед мишенью 16. Пролетая внутри индукционного датчика 4, частица наводит на него потенциал, пропорциональный заряду частице. Так как индукционный датчик 4 изготовлен из металла, то его поверхность эквипотенциальна, а значит, не имеет значения, с какой части снимать напряжение. По поступающим с индукционных датчиков 4 сигналов селектор скоростей 9 и селектор удельных зарядов 10 формируют на своих выходах цифровой код начальной скорости частицы и код произведения разности напряжений на конденсаторных батареях, установленных в усилителе пачки импульсов переменной длительности 14, на ее удельный заряд . В селекторе скоростей 9 измеряются временные интервалы пролета частицей центров датчиков для третьего и четвертого индукционных датчиков 4. Измеренные временные интервалы обратно пропорциональны скорости движения частицы. По поданным в генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 кодам начальной скорости и произведения разности напряжений на конденсаторных батареях, установленных в усилителе пачки импульсов переменной длительности 14, и удельного заряда частицы на его выходе формируется пачка импульсов, которая создает ускоряющее поле между каждой парой электродов 6. Данное поле меняется во времени соответственно положению частицы в ускоряющем тракте. Параметры пачки выбираются из ряда данных для формирования импульсов, заранее заложенных в генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 с ЭВМ 13. Усилитель пачки импульсов переменной длительности 14 усиливает сформированные генератором изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 импульсы. Усиленные импульсы поступают на цилиндрические электроды 6 посредствам токоведущих шин 8 пятый и шестой индукционные датчики 4 подключены через соответствующие усилители 5 к генератору изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11, который служит также для передачи данных о частицах посредством блока сопряжения 12 в ЭВМ 13. По выходным данным селектора скоростей 9 и селектора удельных зарядов 10 блок управления электродами 18 формирует на своем выходе напряжение, которое поступает на второй плоский электрод 17, за счет чего между плоскими электродами 17 возникает отклоняющее электрическое поле, и частица откланяется на угол α. Величина напряжения является функцией параметров частицы и геометрии модифицированного селектора частиц. Затем частица попадает на мишень 16 и весь процесс повторяется. ЭВМ 13 производит статистику эксперимента и динамическое управление ускорителем.
В существующих ускорителях слабо заряженные частицы, которые ввиду малого заряда не были зарегистрированы измерительной системой, попадают на мишень. Для решения этой проблемы предложено расположить мишень под углом к оси ускорителя и использовать пару плоских электродов, электрическое поле между которыми будет отклонять на заданный угол только те частицы, параметры которых вводят в заданный диапазон. Таким образом, полностью исключается попадание лишних частиц на мишень, что существенно улучшает качество проведения эксперимента.