ВАКУУМНЫЙ ДИОДНЫЙ УЗЕЛ СИЛЬНОТОЧНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОНОВ С ДВОЙНЫМ КАТОДОМ И МЕХАНИЗМОМ ОПЕРАТИВНОГО ИЗМЕНЕНИЯ РАБОЧЕГО ТОКА
VACUUM DIODE ASSEMBLY OF HIGH-CURRENT ELECTRON ACCELERATOR WITH DOUBLE CATHODE AND MECHANISM OF RAPID CHANGE OF OPERATING CURRENT

Изобретение относится к технике ускорителей и может быть использовано при создании сильноточных импульсных ускорителей электронов, в частности вакуумных диодных узлов сильноточных ускорителя электронов с двойным катодом и механизмом оперативного изменения рабочего тока.
Известно устройство [Е.Б. Городничев, А.И. Кузьмин, О.Т. Лоза, В.Б. Хаваев. Катододержатель изменяемой длины для сильноточного электронного ускорителя // В сб.: Препринт ФИАН №186, М-1984, с 55-56], содержащее диод сильноточного ускорителя, в котором для оперативного изменения тока рабочего пучка релятивистских электронов используется исполнительный механизм перемещения его рабочего катода, который приводится в действие штоком через вакуумно-плотное сочленение (уплотнение Вильсона) на корпусе ускорителя в соприкосновение с катододержателем, осуществляет механическую передачу усилия по перемещению катода путем вращения и выводится перед каждым импульсом ускорителя.
Недостатком устройства является относительно низкая надежность, обусловленная механической передачей усилия.
Наиболее близким к предложенному является вакуумный диодный узел сильноточного ускорителя электронов с двойным катодом и механизмом оперативного изменения рабочего тока [Ю.Ф. Бондарь, И.Р. Геккер, С.И. Заворотный, А.М. Игнатов, О.Т. Лоза, и др. Пути стабилизации процесса генерации СВЧ-излучения // Препринт ФИАН №135, М-1982, 32 с], содержащий вакуумный диод сильноточного ускорителя электронов, в котором для оперативного изменения тока рабочего пучка релятивистских электронов используется гидравлическая передача между задающим и исполнительным механизмами перемещения рабочего катода, выполненная в виде трубки из диэлектрика (капролоктана), на которую надет шланг из проводящей резины, причем в качестве рабочей жидкости передачи в гидравлической передаче используется масло.
Недостатком наиболее близкого технического решения является его относительно низкая надежность, поскольку резина шланга включает в себя присадки (например, графит), повышающие проводимость, но снижающие эластичность и равномерность контакта проводящего шланга с трубкой из диэлектрика вдоль ее длины, что вместе с высоким электрическим сопротивлением масла приводит к появлению локальных неоднородностей распределения электрического потенциала вдоль трубки из диэлектрика и появлению областей закритических перенапряжений, где возникают пробои диэлектрика, его разрушение с разливом масла и короткое замыкание катода ускорителя на корпус по обуглившейся поверхности уцелевших элементов гидравлической передачи.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности путем устранения условий для возникновения электрических пробоев и разрушения гидравлической передачи.
Требуемый технический результат заключается в повышении надежности.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем вакуумный корпус с анодной диафрагмой и катододержателем, в котором перед анодной диафрагмой закреплен катод, выполненный в виде рабочего и балластного катодов, установленных на подвижном поршне, а также гидравлическую передачу, содержащую установленный вне вакуумного корпуса задающий механизм, диэлектрическую трубку, установленную в вакуумном корпусе и соединенную входным концом с задающим механизмом с возможностью подачи в нее рабочей жидкости гидравлической передачи, и гибкий шланг, причем подвижный поршень снабжен исполнительным механизмом гидравлической передачи, согласно изобретению выходной конец диэлектрической трубки закреплен в корпусе катододержателя, гибкий шланг установлен между выходным концом диэлектрической трубки, покрытой слоем электропроводящего материала, и исполнительным механизмом гидравлической передачи с возможностью передачи в него рабочей жидкости, в качестве которой используют электропроводящую жидкость.
На чертеже представлен вакуумный диодный узел сильноточного ускорителя электронов с двойным катодом и механизмом оперативного изменения рабочего тока.
На чертеже обозначены: 1 - вакуумный корпус, 2 - катододержатель, 3 - балластный катод, 4 - рабочий катод, 5 - анодная диафрагма, 6 - электронный поток с балластным током, 7 - электронный поток с регулируемым рабочим током, 8 - подвижный поршень с исполнительным механизмом гидравлической передачи, 9 - гибкий шланг, 10 - диэлектрическая трубка, покрытая снаружи графитом, 11 - задающий механизм гидравлической передачи, 12 и 13 - полости с металлическими стенками.
В диодном узле сильноточного ускорителя электронов с двойным катодом и механизмом оперативного изменения рабочего тока в вакуумном корпусе 1 с анодной диафрагмой 5 имеется катододержатель 2, в котором перед анодной диафрагмой 5 закреплен катод, выполненный в виде рабочего 4 и балластного 3 катодов, установленных на подвижном поршне 8 с исполнительным механизмом гидравлической передачи, которая содержит установленный вне вакуумного корпуса 1 задающий механизм 11, диэлектрическую трубку 10, установленную в вакуумном корпусе 1 и соединенную входным концом с задающим механизмом 11 с возможностью подачи в нее рабочей жидкости гидравлической передачи, и гибкий шланг 9, причем выходной конец диэлектрической трубки 10 закреплен в корпусе катододержателя, гибкий шланг 9 соединен между выходным концом диэлектрической трубки 10, покрытой слоем электропроводящего материала, например графита, и исполнительным механизмом гидравлической передачи подвижного поршня 8 с возможностью передачи в него рабочей жидкости, в качестве которой используют электропроводящую жидкость.
Сопоставительный анализ с наиболее близким техническим решением показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что выходной конец диэлектрической трубки, покрытой слоем электропроводящего материала, закреплен в корпусе катододержателя, гибкий шланг установлен между выходным концом диэлектрической трубки и исполнительным механизмом гидравлической передачи с возможностью передачи в него рабочей жидкости, в качестве которой используют электропроводящую жидкость, при этом в месте соединения диэлектрической трубки и гибкого шланга обеспечивается гальванический контакт электропроводящей жидкости (электролита) с корпусом катододержателя, а в месте соединения диэлектрической трубки с заземленным вакуумным корпусом обеспечивается гальванический контакт электропроводящей жидкости с вакуумным корпусом. Поскольку в настоящее время отсутствуют технические решения, содержащие такую совокупность признаков, то можно сделать вывод о соответствии предложения критерию "новизна".
Кроме того, в известных источниках информации не обнаружено сведений о возможности осуществления гидравлической передачи между точками с разностью потенциалов свыше 1 MB путем использования вновь введенных отличительных признаков. Следовательно, предложение отвечает критерию «изобретательский уровень».
Дополнительно к отмеченному, все элементы устройства выполнены из распространенных материалов по известным технологиям, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию «промышленная применимость».
Работает диодный узел сильноточного ускорителя электронов с двойным катодом и механизмом оперативного изменения рабочего тока следующим образом.
Отрицательный импульс напряжения приходит от генератора (слева по чертежу, на чертеже не показан) по коаксиальной линии, состоящей из заземленного вакуумного корпуса 1 и катододержателя 2, к диоду, включающему в себя балластный катод 3, рабочий катод 4 и заземленную анодную диафрагму 5. Балластный катод 3 формирует электронный поток 6 с балластным током, рабочий катод 4 формирует электронный поток 7 с рабочим током. Рабочий катод 4 соединен с подвижным поршнем 8 с исполнительным механизмом гидравлической передачи. Рабочая жидкость, в качестве которой используют электропроводящую жидкость, подается в исполнительный механизм по гибкому шлангу 9 и диэлектрической трубке 10 от задающего механизма 11 гидравлической передачи. Полости 12 и 13 с металлическими стенками обеспечивают гальванический контакт и выравнивание потенциалов рабочей жидкости (электролита) и электрода соответственно на заземленном корпусе 1 и высоковольтном катододержателе 2. Потенциал на наружной поверхности диэлектрической трубки 10, покрытой проводящим слоем графита, распределяется линейно по ее длине от нуля на корпусе 1 до потенциала катододержателя 2. Распределение потенциала в тех же пределах и по тому же линейному по длине закону на внутренней поверхности диэлектрической трубки 10 обеспечивается проводимостью рабочей жидкости (электролита). Таким образом, потенциалы на внутренней и внешней поверхностях диэлектрической трубки 10 (через стенку) оказываются равными, и причина пробоя диэлектрической стенки отсутствует. Суммарное сопротивление диэлектрической трубки 10 с графитовым покрытием снаружи и электролитом внутри от катододержателя 2 до вакуумного корпуса 1 выбирается достаточно большим (превышает 10 кОм) и не шунтирует диод (с сопротивлением менее 300 Ом).
Таким образом, благодаря тому что в известное устройство введены усовершенствования, заключающиеся в том, что выходной конец диэлектрической трубки закреплен в корпусе катододержателя, гибкий шланг установлен между выходным концом диэлектрической трубки, покрытой слоем электропроводящего материала, и исполнительным механизмом гидравлической передачи с возможностью передачи в него рабочей жидкости, в качестве которой используют электропроводящую жидкость (электролит), достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении надежности.