RU118155U1 - LINEAR RESONANCE ELECTRON ACCELERATOR - Google Patents

Abstract

Линейный резонансный ускоритель электронов, содержащий высокочастотную систему с ускоряющей секцией, корректирующий фазовращатель, систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему и источник СВЧ-мощности, выходные устройства для регистрации параметров пучка, отличающийся тем, что установлен задающий СВЧ генератор, а высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц с ускоряющей секцией выполнена двухконтурной, каждый из которых состоит из резонатора бегущей волны, в виде изогнутого волновода и последовательно установленных корректирующего фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, причем в одном из выходных плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а на входе и выходе ускоряющей секции установлены входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные с плечами направленных ответвителей и фазовращателями, источники СВЧ-мощности последовательно соединены с корректирующими фазовращателями и через волноводный Т-образный тройник - с задающим СВЧ генератором. A linear resonant electron accelerator containing a high-frequency system with an accelerating section, a correcting phase shifter, an electron injection system, a vacuum system, a focusing system and a microwave power source, output devices for recording beam parameters, characterized in that a master microwave generator is installed, and a high-frequency resonant of the charged particle accelerator with the accelerating section is double-circuit, each of which consists of a traveling wave resonator, in the form of a curved waveguide and a correcting phase shifter installed in series and two arms of a directional coupler, a microwave power source connected to one arm of a directional coupler, and in one of the output of the arms of the directional coupler, an absorbing load is installed, and input and output transformers of the wave type are installed at the input and output of the accelerating section, connected to the arms of the directional couplers and phase shifters, microwave power sources after They are connected to the correcting phase shifters and through the waveguide T-shaped tee to the master microwave generator.

Description

Полезная модель относится к подклассу H05H 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.The utility model belongs to the subclass H05H plasma technology; obtaining or accelerating electrically charged particles or neutrons; obtaining or accelerating beams of neutral molecules or atoms, specifically to the creation of linear resonant electron accelerators.

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.A linear electron accelerator is known that contains fore-vacuum and high-vacuum pumps, an injector glow transformer, vacuum valves, an electron injector, electromagnetic lenses, a diaphragmed waveguide, focusing coils, a vacuum casing, an outlet window, a high-frequency absorbing load, a pulse transformer, a magnetron (or klystron) - source Microwave power, directional measuring coupler, phase shifter, vacuum wave window, microwave source modulator, remote control. O.A. Waldner. Linear electron accelerators. - M .: Atomizdat, 1966. P.12. The disadvantage of such a scheme for constructing a linear electron accelerator is the low energy at the output of the accelerator, which is determined mainly by the specified power of the microwave source.

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 значительно увеличенная масса системы СВЧ питания ускорителя, поскольку используется на порядок более мощный современный магнетрон и питание от сети 50 Гц, что многократно увеличивает стойку силового питания и стойку питания магнетрона и габариты самого коаксиального магнетрона.A linear electron accelerator is known, comprising a control panel, a stabilized rectifier, an electronic injector, a diaphragm waveguide, a microwave generator (magnetron), a generator block, a pulse modulator, a high voltage rectifier, an outlet window, an output beam sweep system, a current sensor, a power rack, high vacuum pumps focusing solenoid. E.A. Abrahamyan. Industrial electron accelerators. - M .: Energoatomizdat, 1986. P.159. The disadvantage of this accelerator is the significantly increased mass of the microwave power supply system of the accelerator, since it uses an order of magnitude more powerful modern magnetron and 50 Hz mains power, which greatly increases the power supply rack and the magnetron power rack and the dimensions of the coaxial magnetron itself.

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.A linear electron accelerator is known using the energy of the beam radiation field, containing an accelerating section and a storage section connected through a phase shifter; a deflector is installed between the sections of the traveling wave resonator; the accelerator also includes an electron injection system, a vacuum system, a focusing system, a modulator, and a microwave generator , high-voltage power system, remote control, output devices for recording beam parameters, cooling system. B.Yu. Bogdanovich, V.A. Ostanin, A.V. Shalnov, V.V. Yanenko. Linear electron accelerator using the energy of the beam radiation field. Sat Accelerators - M .: Energoatomizdat, issue 20, 1981. P.72-76. Prototype. The disadvantage of this scheme is the low efficiency.

Техническим результатом полезной модели является, увеличение коэффициента полезного действия сохранение СВЧ мощности проходящей во входных трактах прямоугольных волноводов от каждого из источников СВЧ мощности, увеличение мощности, циркулирующей в ускоряющей секции, уменьшение мощности в прямоугольных волноводах двойного резонатора бегущей волны, а так же увеличении предельных ускоряющих токов заряженных частиц и предельных темпов ускорения.The technical result of the utility model is to increase the efficiency by preserving the microwave power passing in the input paths of the rectangular waveguides from each of the microwave power sources, increasing the power circulating in the accelerating section, reducing the power in the rectangular waveguides of a double traveling resonator, and also increasing the maximum accelerating currents of charged particles and limiting rates of acceleration.

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, установлен задающий СВЧ генератор, а высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц с ускоряющей секцией выполнена двухконтурной, каждый из которых состоит из резонатора бегущей волны, в виде изогнутого волновода и последовательно установленных корректирующего фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, причем в одном из выходных плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а на входе и выходе ускоряющей секции установлены входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные с плечами направленных ответвителей и фазовращателями, источники СВЧ-мощности последовательно соединены с корректирующими фазовращателями и через волноводный Т-образный тройник с задающим СВЧ генератором. Ускоряющая система выполнена в виде круглого диафрагмированного волновода. Источник СВЧ мощности выполнен в виде магнетрона, клистрона или триода.The technical result is achieved in that in a linear resonant electron accelerator containing a high-frequency system with an accelerating section, a correcting phase shifter, an electron injection system, a vacuum system, a focusing system and a microwave power source, output devices for registering beam parameters, a master microwave generator is installed, and the high-frequency system of a resonant accelerator of charged particles with an accelerating section is double-loop, each of which consists of a traveling wave resonator, in the form and a bent waveguide and sequentially installed corrective phase shifter and two arms of a directional coupler, a microwave power source connected to one arm of a directional coupler, and an absorbing load is installed in one of the output arms of the directional coupler, and input and output transformers of the type installed at the input and output of the accelerating section waves connected to the shoulders of directional couplers and phase shifters, microwave power sources are connected in series with correcting phase shifters and through a waveguide T-shaped tee with a master microwave generator. The accelerating system is made in the form of a circular diaphragmed waveguide. The microwave power source is made in the form of a magnetron, klystron or triode.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически изображен линейный резонансный ускоритель заряженных частиц, где:The utility model is illustrated by the drawing, which schematically shows a linear resonant accelerator of charged particles, where:

1, 2, 3, 4 - входные и выходные плечи направленного ответвителя, 5 - источник СВЧ мощности, 6 - направленные ответвители, 7 - поглощающие согласованные нагрузки, 8 - ускоряющая секция, 9 - корректирующий фазовращатель, 10 - фокусирующая система, 11 - выходные устройства, 12 - приборы контроля огибающей импульса СВЧ генератора рабочей частоты, 13 - систему высоковольтного питания, 14 - инжектор электронов, 15 - высоковакуумные насосы, 16 - импульсный модулятор, 17 - стойку питания, 18 - пульт управления, 19 - задающий генератор.1, 2, 3, 4 - input and output shoulders of a directional coupler, 5 - microwave power source, 6 - directional couplers, 7 - absorbing matched loads, 8 - accelerating section, 9 - correcting phase shifter, 10 - focusing system, 11 - output devices, 12 - control devices for the envelope of the pulse of the microwave generator of the working frequency, 13 - high-voltage power system, 14 - electron injector, 15 - high-vacuum pumps, 16 - pulse modulator, 17 - power rack, 18 - control panel, 19 - master oscillator.

Линейный резонансный ускоритель работает следующим образом.Linear resonant accelerator operates as follows.

От задающего генератора СВЧ мощности 19 сигнал подают на вход Т-образного волноводного тройника, через корректирующие фазовращатели 9 сигналы подают на входы двух источников СВЧ мощности 5 и далее во входные плечи 1 направленных ответвителей 6, к выходам которых подсоединены волноводные поглощающие нагрузки 7. К входному плечу 1 направленного ответвителя 6 подводят энергию от источника СВЧ мощности 5. На выходном 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.From the master oscillator of the microwave power 19, the signal is fed to the input of a T-shaped waveguide tee, through the correcting phase shifters 9, the signals are fed to the inputs of two microwave power sources 5 and then to the input arms 1 of the directional couplers 6, the outputs of which are connected with waveguide absorbing loads 7. To the input energy 1 from the microwave power source 5 is supplied to the arm 1 of the directional coupler 6. A waveguide absorbing load 7 is connected to the output arm 4 of the directional coupler 6, into which the microwave power is supplied to the initial ent pulse. Microwave power arrives before the end of the transient filling process of the entire traveling wave resonator.

Из входного плеча 1 ответвителя 6 через ускоряющую секцию 8 и волноводный фазовращатель 9 СВЧ мощность поступает в плечо 3 направленного ответвителя 6, основная часть которой 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.From the input arm 1 of the coupler 6 through the accelerating section 8 and the waveguide phase shifter 9, microwave power is supplied to the arm 3 of the directional coupler 6, the main part of which enters the arm 2, and a small fraction of the part goes to the arm 4 of the directional coupler 6 and enters the absorption load 7 in out of phase with a wave from a magnetron or klystron 5.

Амплитуды волн, поступающих в плечо 2 направленного ответвителя 6 из плеча 1, а также амплитуды волн, поступающих из плеча 3, после окончания переходного процесса и при резонансном значении коэффициента связи направленного ответвителя 6 и возникновения в кольце резонатора бегущей волны целого числа волн, сравнивают корректирующим фазовращателем 9. А затем СВЧ мощность от магнетрона, триода или клистрона 5 полностью поступает в кольцо резонатора бегущей волны.The amplitudes of the waves entering the arm 2 of the directional coupler 6 from the arm 1, as well as the amplitudes of the waves coming from the arm 3, after the end of the transition process and at the resonant value of the coupling coefficient of the directional coupler 6 and the appearance of an integer number of waves in the traveling ring of the resonator, are compared with the corrective phase shifter 9. And then the microwave power from the magnetron, triode or klystron 5 is completely fed into the traveling wave resonator ring.

После окончания переходного процесса и поступления СВЧ мощности в ускоряющую секцию 8 включают импульс высокого напряжения на инжекторе электронов 14. В процессе ускорения электроны удерживаются на оси ускоряющей секции 8 фокусирующей системой 10. Выходные устройства 11 контролируют параметры ускоренного пучка. Контроль подводящей СВЧ мощности осуществляют приборы контроля огибающей импульса и рабочей частоты СВЧ генератора 12. Система высоковольтного питания 13 и импульсный модулятор 16 обеспечивают энергией источники СВЧ мощности 5 и задающего генератора 19. Электропитание осуществляется стойкой питания 17. Управление ускорителем проводится с пульта управления 18.After the end of the transition process and the arrival of microwave power in the accelerating section 8, a high voltage pulse is switched on to the electron injector 14. In the acceleration process, the electrons are held on the axis of the accelerating section 8 by the focusing system 10. The output devices 11 control the parameters of the accelerated beam. The control of the microwave input power is carried out by the control devices of the envelope of the pulse and the operating frequency of the microwave generator 12. The high-voltage power supply system 13 and the pulse modulator 16 provide energy to the microwave power sources 5 and the master oscillator 19. The power supply is provided by the power stand 17. The accelerator is controlled from the control panel 18.

При этом во всем диапазоне частот от 10 до 1 ГГц коэффициент увеличения мощности в резонаторе бегущей волны с ускоряющей системой 8 возрастает до 40. Это позволяет увеличить предельные ускоряющие токи заряженных частиц в 1,5÷6 раз и предельных темпов ускорения без пробоев до 20 МэВ/м.Moreover, in the entire frequency range from 10 to 1 GHz, the power increase coefficient in the traveling wave resonator with accelerating system 8 increases to 40. This allows one to increase the limiting accelerating currents of charged particles by 1.5–6 times and the limiting acceleration rates without breakdowns to 20 MeV / m

Claims (1)

Линейный резонансный ускоритель электронов, содержащий высокочастотную систему с ускоряющей секцией, корректирующий фазовращатель, систему инжекции электронов, вакуумную систему, фокусирующую систему и источник СВЧ-мощности, выходные устройства для регистрации параметров пучка, отличающийся тем, что установлен задающий СВЧ генератор, а высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц с ускоряющей секцией выполнена двухконтурной, каждый из которых состоит из резонатора бегущей волны, в виде изогнутого волновода и последовательно установленных корректирующего фазовращателя и двух плечей направленного ответвителя, источника СВЧ-мощности, соединенного с одним плечом направленного ответвителя, причем в одном из выходных плечей направленного ответвителя установлена поглощающая нагрузка, а на входе и выходе ускоряющей секции установлены входной и выходной трансформаторы типа волны, соединенные с плечами направленных ответвителей и фазовращателями, источники СВЧ-мощности последовательно соединены с корректирующими фазовращателями и через волноводный Т-образный тройник - с задающим СВЧ генератором.

A linear resonant electron accelerator containing a high-frequency system with an accelerating section, a correcting phase shifter, an electron injection system, a vacuum system, a focusing system and a microwave power source, output devices for recording beam parameters, characterized in that a master microwave generator is installed, and a high-frequency resonant system a charged particle accelerator with an accelerating section is double-loop, each of which consists of a traveling wave resonator, in the form of a curved waveguide and of a subsequently installed corrective phase shifter and two arms of a directional coupler, a microwave power source connected to one arm of a directional coupler, and an absorbing load is installed in one of the output arms of the directional coupler, and input and output wave-type transformers connected to the input and output of the accelerating section are connected with shoulders of directional couplers and phase shifters, microwave power sources are connected in series with correcting phase shifters and through waves one T-shaped tee - with a master microwave generator.