RU2760284C1 - X-ray source with cyclotron autoresonance - Google Patents

Abstract

FIELD: X-ray technology.

SUBSTANCE: device relates to electronic and accelerator technology, in particular to continuous electron accelerators, sources of braking X-ray radiation for industrial applications, for example, in the field of radiation treatment of food products, plastic materials and sterilization of medical equipment. The X-ray source with cyclotron autoresonance consists of an electron gun, a resonator with lamellae and a capacitive gap that converts the energy of the supplied microwave vibrations into the energy of cyclotron rotation of electrons, sections of a magnetic system, a target located behind the resonator, on which an electron beam is deposited, and an X-ray output window.

EFFECT: increase in the power of the braking X-ray radiation.

1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к электронной и ускорительной технике, в частности к непрерывным ускорителям электронов - источникам тормозного рентгеновского излучения для промышленного применения, например, в области радиационной обработки пищевых продуктов, пластических материалов и стерилизации медицинского оборудования.The proposed device relates to electronic and accelerating technology, in particular to continuous electron accelerators - sources of bremsstrahlung X-ray radiation for industrial applications, for example, in the field of radiation processing of food products, plastic materials and sterilization of medical equipment.

Традиционные источники рентгеновского излучения (рентгеновские трубки) генерируют пучки с энергией в диапазоне 50-150 КэВ (мягкие рентгеновские лучи). В этих источниках электроны ускоряются стационарным электрическим полем до тех пор, пока не столкнутся с термостойкой мишенью. Эти рентгеновские источники требуют высокого напряжения питания, которые являются громоздкими и тяжелыми. Значительно снизить уровень напряжения питания позволяет применение высокочастотного принципа ускорения электронов.Traditional X-ray sources (X-ray tubes) generate beams with energies in the range of 50-150 KeV (soft X-rays). In these sources, electrons are accelerated by a stationary electric field until they collide with a heat-resistant target. These X-ray sources require high voltage supplies that are bulky and heavy. The high-frequency principle of electron acceleration can be used to significantly reduce the supply voltage level.

Во многих ускорителях электронов промышленного применения, использующихся в установках радиационной обработки материалов, применяется способ ускорения электронов, сгруппированных в электронные сгустки, в резонансных структурах с продольным высокочастотным электрическим полем [1]. Принципиальные ограничения, возникающие при применении подобных структур, связаны с нелинейным характером сил пространственного заряда, приводящих к проблемам захвата и удержания электронов в ускоряющих фазах продольного электрического поля электромагнитной волны, и, как следствие, к необходимости резкого уменьшения плотности пространственного заряда и, соответственно, тока электронного пучка до сотых и тысячных долей ампера.In many industrial electron accelerators used in installations for radiation processing of materials, a method is used to accelerate electrons grouped into electron bunches in resonant structures with a longitudinal high-frequency electric field [1]. The fundamental limitations arising from the use of such structures are associated with the nonlinear nature of the space charge forces, leading to the problems of capture and confinement of electrons in the accelerating phases of the longitudinal electric field of the electromagnetic wave, and, as a consequence, to the need for a sharp decrease in the space charge density and, accordingly, the current. electron beam to hundredths and thousandths of an ampere.

В поперечно-волновых устройствах СВЧ с циклотронным резонансом используется взаимодействие электронного пучка с поперечным высокочастотным электрическим полем резонатора в резонансном магнитном поле внешней магнитной системы. В результате возбуждается циклотронное вращение всего электронного пучка без образования электронных сгустков. При этом плотность пространственного заряда пучка не модулируется и остается на начальном уровне. В резонаторе поперечное электрическое высокочастотное поле возбуждается между двумя ламелями, расположенными вдоль оси резонатора и образующими конденсаторный зазор, в котором распространяется электронный пучок. Внешняя магнитная система обеспечивает циклотронное вращение электронов с частотой, совпадающей с частотой высокочастотного поля. В результате взаимодействия электронов с высокочастотным полем резонатора и магнитным полем внешней системы энергия СВЧ источника, возбуждающего резонатор, преобразуется в кинетическую энергию вращательного движения электронного пучка на циклотронной частоте.In transverse-wave microwave devices with cyclotron resonance, the interaction of an electron beam with a transverse high-frequency electric field of a resonator in a resonant magnetic field of an external magnetic system is used. As a result, cyclotron rotation of the entire electron beam is excited without the formation of electron bunches. In this case, the space charge density of the beam is not modulated and remains at the initial level. In the resonator, a transverse electric high-frequency field is excited between two lamellas located along the resonator axis and forming a capacitor gap in which the electron beam propagates. The external magnetic system provides cyclotron rotation of electrons with a frequency that coincides with the frequency of the high-frequency field. As a result of the interaction of electrons with the high-frequency field of the resonator and the magnetic field of the external system, the energy of the microwave source exciting the resonator is converted into kinetic energy of the rotational motion of the electron beam at the cyclotron frequency.

На принципах поперечного взаимодействия электромагнитного поля с электронным пучком создан широкий класс современных СВЧ устройств, включающий как электроннолучевые параметрические и электростатические усилители, циклотронные защитные устройства, лампы с бегущей циркулярно-поляризованной волной, циклотронные преобразователи энергии (ЦПЭ) и ряд других, которые можно считать аналогами предлагаемой конструкции [2-6]. Необходимо отметить высокую эффективность поперечного взаимодействия электромагнитного поля с электронным пучком - в циклотронных преобразователях энергии был получен КПД более 80% при уровне входной СВЧ мощности 10 киловатт [7].On the principles of transverse interaction of the electromagnetic field with an electron beam, a wide class of modern microwave devices has been created, including both electron-beam parametric and electrostatic amplifiers, cyclotron protective devices, lamps with a traveling circularly polarized wave, cyclotron energy converters (CPE) and a number of others that can be considered analogs the proposed design [2-6]. It is necessary to note the high efficiency of the transverse interaction of the electromagnetic field with the electron beam - in cyclotron energy converters, an efficiency of more than 80% was obtained at an input microwave power level of 10 kilowatts [7].

В модели ускорителя электронов [8], состоящего из магнитной системы, формирующей магнитное поле, электронной пушки, формирующей электронный пучок, резонатора с линейно поляризованным поперечным высокочастотным электрическим полем и области спадающего магнитного поля, преобразование энергии внешнего СВЧ сигнала в энергию вращательного движения электронов на частоте циклотронного резонанса (В0 - индукция магнитного поля, е, m - соответственно заряд и масса ускоряемой частицы) осуществляется в постоянном однородном на длине резонатора магнитном поле В0. Однако постоянство магнитного поля В0 существенно ограничивает возможности такого ускорителя из-за релятивистского возрастания массы электрона и выхода электронов из условий циклотронного резонанса в конце резонатора.In the model of an electron accelerator [8], which consists of a magnetic system that forms a magnetic field, an electron gun that forms an electron beam, a resonator with a linearly polarized transverse high-frequency electric field and a region of decreasing magnetic field, the energy of an external microwave signal is converted into the energy of rotational motion of electrons at a frequency cyclotron resonance (B0 is the magnetic field induction, e, m are the charge and mass of the accelerated particle, respectively) is carried out in a constant magnetic field B0 that is uniform over the length of the resonator. However, the constancy of the magnetic field B0 significantly limits the capabilities of such an accelerator due to the relativistic increase in the electron mass and the escape of electrons from the conditions of cyclotron resonance at the end of the resonator.

В опубликованных работах [9, 10] теоретически изучены процессы авторезонансного ускорения электронов, распространяющихся вдоль статического и неоднородного магнитного поля, в высокочастотном поле цилиндрического резонатора с модой ТЕ11р (р=1, 2, 3,.). Полученные результаты были использованы в предложенном компактном источнике рентгеновского излучения [11], содержащем дополнительные компоненты, такие как: система связи для инжекции СВЧ-энергии, оконная система для поддержания вакуума в полости устройства, система защиты СВЧ-генератора от отраженных микроволн, система поддержания режима круговой поляризации моды ТЕ11р в полости резонатора, мишень с каналами охлаждения и ее позиционирования, а также окно для извлечения рентгеновских лучей.In the published works [9, 10], the processes of autoresonant acceleration of electrons propagating along a static and inhomogeneous magnetic field in the high-frequency field of a cylindrical resonator with the TE11p mode (p = 1, 2, 3 ,.) are theoretically studied. The results obtained were used in the proposed compact X-ray source [11] containing additional components, such as: a communication system for injection of microwave energy, a window system for maintaining a vacuum in the cavity of the device, a system for protecting a microwave generator from reflected microwaves, a system for maintaining the regime. circular polarization of the TE11p mode in the cavity, a target with cooling and positioning channels, and a window for extracting X-rays.

В качестве прототипа предлагаемого устройства можно рассматривать компактный электровакуумный источник рентгеновского излучения с циклотронном авторезонансом [11], способный производить жесткое рентгеновское излучение с заявленной энергией выше 200 кэВ и с не меньшей интенсивностью, чем у традиционных источников рентгеновского излучения. В заявляемом источнике электроны, инжектированные в цилиндрический резонатор, ускоряются в СВЧ поле моды ТЕ_11Р (р=1, 2, 3...) с линейной или круговой поляризацией. Однако поперечное сечение резонатора также может быть прямоугольным с модой ТЕ₁₀р, где р=1,2,3….As a prototype of the proposed device can be considered a compact vacuum source of X-ray radiation with cyclotron autoresonance [11], capable of producing hard X-rays with a declared energy above 200 keV and with no less intensity than traditional X-ray sources. In the claimed source, the electrons injected into the cylindrical resonator are accelerated in the microwave field of the TE _{11P mode} (p = 1, 2, 3 ...) with linear or circular polarization. However, the cross-section of the resonator can also be rectangular with the TE ₁₀ p mode, where p = 1,2,3….

Для поддержания режима авторезонанса циклотронного движения электронов по спиральным траекториям с СВЧ полем внутри резонатора вдоль его длины формируется неоднородное статическое магнитное поле, интенсивность которого возрастает вдоль оси резонатора в соответствие с генерируемой энергией инжекции пучка и амплитудой СВЧ-поля. Электронный пучок ускоряется в условиях циклотронного авторезонанса в резонаторе вплоть до его попадания в мишень, расположенной в концевой области резонатора таким образом, что электроны, двигающиеся по спиральным траекториям с возрастающим радиусом, сталкиваются с мишенью, расположенной внутри полости резонатора. В результате столкновения энергия ускоренного движения электронов преобразуется в энергию тормозного рентгеновского излучения, которое выводится через вакуумное окно на боковой поверхности резонатора.To maintain the autoresonance mode of cyclotron motion of electrons along spiral trajectories with a microwave field inside the resonator, an inhomogeneous static magnetic field is formed along its length, the intensity of which increases along the resonator axis in accordance with the generated energy of the beam injection and the amplitude of the microwave field. An electron beam is accelerated under conditions of cyclotron autoresonance in the resonator until it hits a target located in the end region of the resonator in such a way that electrons moving along spiral trajectories with increasing radius collide with a target located inside the resonator cavity. As a result of the collision, the energy of the accelerated motion of electrons is converted into the energy of bremsstrahlung X-ray radiation, which is removed through the vacuum window on the lateral surface of the resonator.

Однако заявленная в [11] энергия жесткого рентгеновского излучения (выше 200 кэВ при потенциалах инжекции пучка 8-10 кВ) не может быть получена, т.к. проведенные в [6, 7] расчеты процессов циклотронного ускорения электронов не учитывали их взаимодействия с высокочастотной компонентой СВЧ поля в резонаторе, действие которой становится значительным при возрастании скоростей циклотронного вращения электронов до релятивистских значений. В результате в концевой области резонатора, где скорости электронов достигают релятивистских значений, а поперечная высокочастотная магнитная компонента максимальна, действие магнитной силы на вращающиеся электроны будет направлено против их осевого движения, что может приводить к их торможению, вплоть до полной остановки и повороту электронов [12].However, the energy of hard X-ray radiation declared in [11] (above 200 keV at beam injection potentials of 8-10 kV) cannot be obtained, because The calculations of the processes of cyclotron acceleration of electrons carried out in [6, 7] did not take into account their interaction with the high-frequency component of the microwave field in the cavity, the effect of which becomes significant when the velocities of the cyclotron rotation of electrons increase to relativistic values. As a result, in the end region of the resonator, where the electron velocities reach relativistic values, and the transverse high-frequency magnetic component is maximum, the effect of the magnetic force on the rotating electrons will be directed against their axial motion, which can lead to their deceleration, up to a complete stop and rotation of the electrons [12 ].

Существенно снизить (в 5-10 раз) влияние этого эффекта возможно благодаря применению другого типа резонатора - резонатора с ламелями и емкостным зазором, используемого в предлагаемой конструкции рентгеновского источника с циклотронным авторезонансом по п. 1.It is possible to significantly reduce (by 5-10 times) the influence of this effect due to the use of another type of resonator - a resonator with lamellas and a capacitive gap, used in the proposed design of an X-ray source with cyclotron autoresonance according to claim 1.

Подобный резонатор использовался ранее в вышеупомянутом циклотронном преобразователе (ЦПЭ) [4]. Однако в [4] предлагается устройство для получения энергии постоянного тока в результате преобразования СВЧ энергии, возможность же получения рентгеновского излучения с использованием резонатора с ламелями и емкостным зазором до настоящего времени не рассматривалась, что показывает техническую новизну предлагаемой конструкции.A similar resonator was previously used in the aforementioned cyclotron converter (CPE) [4]. However, in [4], a device is proposed for obtaining direct current energy as a result of the conversion of microwave energy, while the possibility of obtaining X-ray radiation using a resonator with lamellas and a capacitive gap has not been considered until now, which shows the technical novelty of the proposed design.

Предлагается рентгеновский источник с циклотронным авторезонансом, в котором СВЧ энергия от внешних источников последовательно преобразуется в энергию циклотронного вращения электронов, а затем в энергию рентгеновского тормозного излучения в результате соударения ускоренных электронов с поверхностью цилиндрической мишени, расположенной за резонатором.An X-ray source with cyclotron autoresonance is proposed, in which the microwave energy from external sources is successively converted into the energy of the cyclotron rotation of electrons, and then into the energy of X-ray bremsstrahlung radiation as a result of the collision of accelerated electrons with the surface of a cylindrical target located behind the resonator.

Схема предлагаемого рентгеновского источника с циклотронным авторезонансом показана на рис. 1.The diagram of the proposed X-ray source with cyclotron autoresonance is shown in Fig. 1.

Предлагаемое по п. 1 устройство содержит электронную пушку (1), формирующую электронный пучок (2), распространяющийся в емкостном зазоре резонатора (3), образуемом плоскими ламелями (4). Электрическая компонента СВЧ поля в таком резонаторе сосредоточена, в основном, в емкостном зазоре между ламелями, а магнитная компонента - в областях вокруг ножек ламелей (5), через которые не проходит электронный пучок. Под действием СВЧ поля в зазоре резонатора и резонансного магнитного поля, создаваемого магнитной системой (10а и 106), электроны пучка приобретают циклотронное вращение с радиусом, нарастающим по мере продвижения электронов вдоль резонатора. При этом энергия СВЧ колебаний, вводимых в резонатор через устройство ввода (6), преобразуется в кинетическую энергию циклотронного вращения электронов пучка, которая может существенно (в 10-12 раз [7]) превосходить начальную энергию инжекции электронов. В процессе ускорения электронов скорости их циклотронного вращения могут достигать релятивистских значений, что приводит к увеличению массы электронов и нарушению условий циклотронного резонанса. Для сохранения условий циклотронного резонанса вдоль всей длины резонатора магнитная система содержат несколько секций (10а, 10б), обеспечивающих увеличение магнитного поля по мере роста релятивистской массы электронов (циклотронный авторезонанс). Выходящий из резонатора электронный пучок подвергается воздействию магнитного поля, создаваемого концевыми секциями магнитной системы (10в), и осаждается на боковую поверхность цилиндрической (или конической) мишени из тугоплавких материалов (7), охлаждаемой с помощью системы охлаждения (8). В силу циклотронного вращения электронов пучка «пятно оседания» распределяется по всей боковой поверхности мишени, что исключает необходимость в устройствах для развертки электронного пучка, применяемых в линейных ускорителях. В результате соударения электронов с мишенью (7) генерируется тормозное рентгеновское излучение, выводимое из устройства через окно (9). Площадь соударения электронов с мишенью и диаграмма направленности рентгеновского излучения может оптимизироваться магнитным полем концевых секций магнитной системы (10в).The device proposed in claim 1 contains an electron gun (1) that forms an electron beam (2) propagating in the capacitive gap of the resonator (3) formed by flat lamellas (4). The electric component of the microwave field in such a resonator is concentrated mainly in the capacitive gap between the lamellas, and the magnetic component - in the regions around the legs of the lamellas (5), through which the electron beam does not pass. Under the action of the microwave field in the cavity gap and the resonant magnetic field created by the magnetic system (10a and 106), the beam electrons acquire cyclotron rotation with a radius that increases as the electrons move along the cavity. In this case, the energy of microwave oscillations introduced into the resonator through the input device (6) is converted into the kinetic energy of the cyclotron rotation of the beam electrons, which can significantly (10-12 times [7]) exceed the initial energy of electron injection. During the acceleration of electrons, the velocities of their cyclotron rotation can reach relativistic values, which leads to an increase in the mass of electrons and violation of the conditions of cyclotron resonance. To maintain the conditions of cyclotron resonance along the entire length of the resonator, the magnetic system contains several sections (10a, 10b), providing an increase in the magnetic field as the relativistic mass of electrons grows (cyclotron autoresonance). The electron beam emerging from the resonator is exposed to a magnetic field created by the end sections of the magnetic system (10c) and is deposited on the lateral surface of a cylindrical (or conical) target made of refractory materials (7) cooled by a cooling system (8). Due to the cyclotron rotation of the beam electrons, the "sedimentation spot" is distributed over the entire lateral surface of the target, which eliminates the need for devices for scanning the electron beam used in linear accelerators. As a result of the collision of electrons with the target (7), bremsstrahlung X-ray radiation is generated, which is removed from the device through the window (9). The area of collision of electrons with the target and the X-ray radiation pattern can be optimized by the magnetic field of the end sections of the magnetic system (10c).

Техническим результатом предлагаемого устройства является возможность разработки источника рентгеновского излучения импульсного или непрерывного действия с энергией электронов 150-250 КэВ, током пучка 0,5-1 А и мощности тормозного рентгеновского излучения 5-10 кВт.The technical result of the proposed device is the possibility of developing an X-ray source of pulsed or continuous action with an electron energy of 150-250 KeV, a beam current of 0.5-1 A and a bremsstrahlung X-ray radiation power of 5-10 kW.

Патентуется устройство:The device is being patented:

П.1 Источник рентгеновского излучения с циклотронным авторезонансом, состоящий из электронной пушки, формирующей электронный пучок, резонатора с ламелями и емкостным зазором, осуществляющим преобразование энергии подводимых СВЧ колебаний в энергию циклотронного вращения электронов, секций магнитной системы, обеспечивающих циклотронный авторезонанс вдоль длины резонатора по мере нарастания релятивистской массы электронов, мишени, на которую осаждается электронный пучок, и окно вывода рентгеновского излучения,A.1 X-ray source with cyclotron autoresonance, consisting of an electron gun that forms an electron beam, a resonator with lamellae and a capacitive gap that converts the energy of supplied microwave oscillations into the energy of cyclotron rotation of electrons, sections of the magnetic system that provide cyclotron autoresonance along the length of the resonator as the increase in the relativistic mass of electrons, the target on which the electron beam is deposited, and the X-ray output window,

отличающийся тем, чтоcharacterized in that

- мишень расположена за резонатором и имеет форму полого цилиндра или полого конуса, на внутреннюю поверхность которого осаждается электронный пучок, а на внешней поверхности которого расположена система охлаждения,- the target is located behind the resonator and has the shape of a hollow cylinder or hollow cone, on the inner surface of which an electron beam is deposited, and on the outer surface of which there is a cooling system,

- окно вывода рентгеновского излучения расположено в торце цилиндрической (или конической) мишени,- the X-ray output window is located at the end of the cylindrical (or conical) target,

- имеются концевые секции магнитной системы, создающие магнитное поле, обеспечивающее оседание электронов на мишень, причем в силу циклотронного вращения электронов «пятно оседания» распределяется по всей боковой поверхности мишени, а площадь соударения электронов с мишенью и диаграмма направленности рентгеновского излучения может оптимизироваться магнитным полем концевых секций магнитной системы.- there are end sections of the magnetic system that create a magnetic field that ensures the deposition of electrons on the target, and due to the cyclotron rotation of electrons, the "deposition spot" is distributed over the entire lateral surface of the target, and the area of collision of electrons with the target and the X-ray radiation pattern can be optimized by the magnetic field of the end sections of the magnetic system.

Источники информацииSources of information

1. Лебедев А.Н., Шальнов А.В. Основы физики и техники ускорителей. М. 1981 г. 1. Lebedev A.N., Shalnov A.V. Fundamentals of physics and technology of accelerators. M. 1981

2. Банке В. А. Поперечные волны электронного потока в микроволновой электронике. // УФН, т. 175, №9. 2003 г.2. Banke V. A. Transverse waves of electron flow in microwave electronics. // UFN, vol. 175, no. 9. 2003 r.

3. Банке В.А., Зайцев А.А., Лопухин В.М., Саввин В.Л. К анализу физических процессов в переходной области циклотронного преобразователя энергии // Радиотехника и электроника, 1978, том 23, №6, с. 1217.3. Bank V.A., Zaitsev A.A., Lopukhin V.M., Savvin V.L. To the analysis of physical processes in the transition region of the cyclotron energy converter // Radio engineering and electronics, 1978, volume 23, no. 6, p. 1217.

4. Будзинский Ю.А. и др. Патент RU 21196914. Budzinsky Yu.A. et al. Patent RU 2119691

5. Банке В.А., Коннов А.В., Саввин В.Л. ЛБВ с циркулярно поляризованным полем // Электронная техника, сер. Электроника СВЧ, 1987, №4(398), с. 20.5. Bank V.A., Konnov A.V., Savvin V.L. TWT with a circularly polarized field // Electronic engineering, ser. Microwave electronics, 1987, No. 4 (398), p. twenty.

6. В.Л. Саввин, Г.М. Казарян, А.В. Коннов, Д.А. Михеев, А.В. Пеклевский Пространственный заряд и рекуперация энергии в циклотронном преобразователе // Журнал радиоэлектроники, 2011, №11, с. 1.6. V.L. Savvin, G.M. Kazaryan, A.V. Konnov, D.A. Mikheev, A.V. Peklevsky Space charge and energy recovery in a cyclotron converter // Journal of Radioelectronics, 2011, no. 11, p. 1.

7. Банке В.А., Лопухин В.М., Росновский В.К., Саввин В.Л., Сигорин К.И. О наземном приемно-преобразующем комплексе солнечных космических энергосистем // Радиотехника и электроника, 1982,том 27, №5, с. 1014.7. Bank V.A., Lopukhin V.M., Rosnovsky V.K., Savvin V.L., Sigorin K.I. On the ground-based receiving-converting complex of solar space energy systems // Radio engineering and electronics, 1982, volume 27, no. 5, p. 1014.

8 Никитин А.П., Коннов А.В., Милорадова Т.В., Солдатова Е.К.. // Ускоритель электронов, Патент RU 128057 U1, 02.04.2012.8 Nikitin A.P., Konnov A.V., Miloradova T.V., Soldatova E.K .. // Electron accelerator, Patent RU 128057 U1, 02.04.2012.

9. Dougar-Jabon V., Orozco Е., Umnov А. // PHYSICAL REVIEW SPECIAL TOPICS -ACCELERATORS AND BEAMS 11, 041302 (2008).9. Dougar-Jabon V., Orozco E., Umnov A. // PHYSICAL REVIEW SPECIAL TOPICS -ACCELERATORS AND BEAMS 11, 041302 (2008).

10. Dugar-Zhabon, Orozco E., Three-Dimensional Particle-In-Cell Simulation of Spatial Autoresonance Electron-Beam Motion // IEEE Transaction on Plasma Science, 38 No. 10, (2010) 2980-2984.10. Dugar-Zhabon, Orozco E., Three-Dimensional Particle-In-Cell Simulation of Spatial Autoresonance Electron-Beam Motion // IEEE Transaction on Plasma Science, 38 No. 10, (2010) 2980-2984.

11. Dugar-Zhabon, Orozco E., // US Patent for Compact self-resonant X-ray source (Patent US 9,666,403 B2)11. Dugar-Zhabon, Orozco E., // US Patent for Compact self-resonant X-ray source (Patent US 9,666,403 B2)

12. Саввин В.Л., Казарян Г.М., Михеев Д.М., Пеклевский А.В., Шуваев И.И. О влиянии магнитных компонент высокочастотного поля при пространственном циклотронном авторезонансе // Изв. РАН. Серия физическая, 2019, т. 83, №1, с. 54.12. Savvin V.L., Kazaryan G.M., Mikheev D.M., Peklevsky A.V., Shuvaev I.I. On the influence of the magnetic components of a high-frequency field at spatial cyclotron autoresonance // Izv. RAS. Physical series, 2019, v. 83, No. 1, p. 54.

Claims (4)

Источник рентгеновского излучения с циклотронным авторезонансом, состоящий из электронной пушки, формирующей электронный пучок, резонатора с ламелями и емкостным зазором, осуществляющим преобразование энергии подводимых СВЧ-колебаний в энергию циклотронного вращения электронов, секций магнитной системы, обеспечивающих циклотронный авторезонанс вдоль длины резонатора по мере нарастания релятивистской массы электронов, мишени, на которую осаждается электронный пучок, и окна вывода рентгеновского излучения, отличающийся тем, чтоAn X-ray source with cyclotron autoresonance, consisting of an electron gun that forms an electron beam, a resonator with lamellae and a capacitive gap that converts the energy of supplied microwave oscillations into the energy of cyclotron rotation of electrons, sections of the magnetic system that provide cyclotron autoresonance along the cavity length as the relativistic the mass of electrons, the target on which the electron beam is deposited, and the X-ray output window, characterized in that - мишень расположена за резонатором и имеет форму полого цилиндра или полого конуса, на внутреннюю поверхность которого осаждается электронный пучок, а на внешней поверхности которого расположена система охлаждения,- the target is located behind the resonator and has the shape of a hollow cylinder or hollow cone, on the inner surface of which an electron beam is deposited, and on the outer surface of which there is a cooling system, - окно вывода рентгеновского излучения расположено в торце цилиндрической или конической мишени,- the X-ray output window is located at the end of the cylindrical or conical target, - имеются концевые секции магнитной системы, создающие магнитное поле, обеспечивающее оседание электронов на мишень, причем в силу циклотронного вращения электронов «пятно оседания» распределяется по всей боковой поверхности мишени, а площадь соударения электронов с мишенью и диаграмма направленности рентгеновского излучения могут оптимизироваться магнитным полем концевых секций магнитной системы.- there are end sections of the magnetic system that create a magnetic field that ensures the deposition of electrons on the target, and due to the cyclotron rotation of electrons, the "deposition spot" is distributed over the entire lateral surface of the target, and the area of collision of electrons with the target and the X-ray radiation pattern can be optimized by the magnetic field of the end sections of the magnetic system.

Images