ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ СИСТЕМА РЕЗОНАНСНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Полезная модель относится к ускорительной технике и может быть использована при создании микротронных ускорителей.
Известна высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц, включающая в себя импульсный сверхвысокочастотный генератор, выполненный на амплитроне с положительной обратной связью, и ускоряющий резонатор, подключенный в боковую стенку волновода, включенного между выходом амплитрона и согласованной нагрузкой (см. авторское свидетельство СССР №674629, МПК Н05Н 7/02).
К недостаткам этой высокочастотной системы следует отнести низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за рассеяния части мощности сверхвысокочастотных колебаний в согласованной нагрузке.
Известна высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц, где между выходом импульсного магнетронного генератора и ускоряющим резонатором включен циркулятор. Циркулятор представляет собой шестиполюсник, в котором передача мощности происходит с малым ослаблением, а отраженная волна из-за рассогласования между выходом циркулятора и ускоряющим резонатором поглощается в ферритовом элементе циркулятора (Ю.М.Ципенюк «Фундаментальные и прикладные исследования на микротроне» М. Физматлит, 2009. - 424 с).
Недостатком такой высокочастотной системы является низкий коэффициент полезного действия в связи с рассеянием части мощности в циркуляторе, обусловленного рассогласованием между выходом циркулятора и ускоряющим резонатором.
Известна высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц, содержащая генератор СВЧ мощности, в качестве которого используется серийный перестраиваемый магнетрон, ускоряющий резонатор с волноводным переходником и согласующий ферритовый циркулятор с развязкой, равной 20 дБ. Ускоряющий резонатор подключен через волноводный переходник к согласующему ферритовому циркулятору, а циркулятор к выходу магнетрона (Бондусь А.А., Горбачев В.П., Степанчук В.П., Сборник докладов одиннадцатого международного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в промышленности и медицине (ICAA′05). - СПбГУ, 2005 - С.19-22).
Недостатком является объемность высокочастотной системы и низкий коэффициент полезного действия.
Наиболее близкой по технической сущности является высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц, где между выходом импульсного магнетронного генератора и ускоряющим резонатором включен ферритовый вентиль, четырехполюсное устройство, пропускающее прямую волну с малым ослаблением и поглощающее отраженную волну. Ферритовый вентиль с резонансным поглощением и расположением ферритовых платин на противоположных стенках внутри волновода обеспечивает поглощение отраженной мощности от ускоряющего резонатора. (Ю.М.Ципенюк «Фундаментальные и прикладные исследования на микротроне» М. Физматлит, 2009. - 424 с).
К недостаткам данной высокочастотной системы следует отнести низкий коэффициент полезного действия, обусловленного рассеянием части мощности из-за рассогласования между выходом вентиля и ускоряющим резонатором.
Задачей предлагаемого решения является разработка высокочастотной системы резонансного ускорителя заряженных частиц с более высокими параметрами.
Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия и упрощении конструкции.
Поставленная задача достигается тем, что dысокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц, включающая последовательно соединенные импульсный источник питания, магнетронный генератор с выходным трансформатором, к которому присоединен ускоряющий резонатор, согласно решению электрическая длина выходного трансформатора магнетрона равна целому числу полуволн колебаний на резонансной частоте ускоряющего резонатора, при этом магнетрон выполнен с возможностью настройки на резонансную частоту ускоряющего резонатора.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически изображена высокочастотная система, где
1 - импульсный источник питания;
2 - магнетронный генератор;
3 - выходной трансформатор;
4 - ускоряющий резонатор.
Высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц содержит последовательно соединенные импульсный источник питания 1, магнетронный генератор 2 с выходным трансформатором 3 и ускоряющий резонатор 4. Электрическая длина трансформатора 3 равна целому числу полуволн колебаний на собственной частоте ускоряющего резонатора 4.
Высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц работает следующим образом.
Ускоряющий резонатор 4 для получения максимальной мощности работает в согласованном режиме в пределах полосы частот, содержащей собственную частоту этого резонатора с передающей линией. Магнетронный генератор (магнетрон) 2 также настраивается на резонансную частоту ускоряющего резонатора 4. В этом случае магнетрон сразу нагружается на «холодный» резонатор с коэффициентом стоячей волны по напряжению (КСВН) порядка нескольких единиц и генерирует минимальную мощность. По мере нагружения резонатора ускоряемым током, магнетрон будет работать на меньший КСВН, будет увеличиваться генерируемая мощность и КПД.
Мощность на выходе анодного блока магнетронного генератора 2, запитываемого источником питания 1, через выходной трансформатор 3 с электрической длиной, равной целому числу полуволн, поступает на ускоряющий резонатор 4 с максимальной амплитудой поля и тем же значением фазового сдвига, которое волна имела на выходе анодного блока магнетронного генератора 2. Это обеспечивает максимальную передачу мощности в ускоряющий резонатор 4, а отраженная от него волна поступает в такой же фазе в магнетронный генератор 2.
Присоединение ускоряющего резонатора к выходному трансформатору магнетрона, длина которого равна целому числу полуволн, позволяет повысить коэффициент полезного действия высокочастотной системы резонансного ускорителя заряженных частиц.