SU1564740A1 - Recuperator of energy of bundle of charged particles - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам электрического торможени  немоноэнергетического потока зар женных частиц и может быть использовано в электронных приборах с рекуперацией энергии. Цель изобретени  - повышение КПД рекуператора - достигаетс  путем повышени  первеанса и уменьшени  потока вторичных зар женных частиц и равномерного распределени  тепловой нагрузки по поверхности рекуператора. Пучок зар женных частиц через отверстие коллектора вторичных зар женных частиц попадают в устройство круговой развертки 2, где пучок отклон етс  и входит в зону торможени , разворачива сь по конической поверхности 5, и оседает на системе электродов 3. Повышение первеанса системы достигаетс  за счет придани  пучку трубчатой формы в области торможени . Использование в рекуператоре совокупности устройства круговой развертки и коллектора вторичных зар женных частиц позвол ет получить не только равномерное распределение тепловой нагрузки на электроды, но и уменьшение потока вторичных зар женных частиц из рекуператора за счет отклонени  вторичных зар женных частиц устройством круговой развертки на коллектор вторичных зар женных частиц. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to electric braking devices for non-monoenergetic flow of charged particles and can be used in electronic devices with energy recovery. The purpose of the invention — an increase in the efficiency of the heat exchanger — is achieved by increasing the perveance and decreasing the flow of secondary charged particles and uniformly distributing the heat load over the surface of the heat exchanger. A beam of charged particles through a collector hole of secondary charged particles enters the circular scanner 2, where the beam deflects and enters the stagnation zone, turning around the conical surface 5, and is deposited on the system of electrodes 3. The increase in the pervance of the system is achieved by giving the beam tubular shape in the area of inhibition. The use in the recuperator of an aggregate of a circular scanner and a collector of secondary charged particles allows not only to evenly distribute the heat load on the electrodes, but also to reduce the flow of secondary charged particles from the heat exchanger due to the deviation of the secondary charged particles by a circular scanner to the secondary charged collector particles. 3 hp f-ly, 1 ill.

Description

з да 74 оh yes 74 o

Изобретение относитс  к устройствам электрическбго торможени  немоногThis invention relates to electric braking devices

энергетического потока зар женных частиц, в частности электронов, и мо- жет быть использовано в электронных приборах, в которых дл  повышени  КПД предусмотрена рекупераци  энергии зар женных частиц.energy flux of charged particles, in particular electrons, and can be used in electronic devices, in which energy recovery of charged particles is provided to improve efficiency.

Целью изобретени   вл етс  повы- шение КПД рекуператора энергии пучка зар женных частиц за счет повышени  первеанса и уменьшени  потока вторичных зар женных частиц и равномерного распределени  тепловой на|- рузки по поверхности электродов рекуператора .The aim of the invention is to increase the efficiency of the energy recuperator of the beam of charged particles by increasing the perveance and decreasing the flow of secondary charged particles and uniformly distributing the thermal to the | - chopper over the surface of the recuperator electrodes.

На чертеже изображен предлагаемый рекуператор.The drawing shows the proposed heat exchanger.

Рекуператор энергии пучка зар жен ных частиц содержит последовательно расположенные коллектор 1 вторичных зар женных частиц, выполненный в виде диафрагмы с центральным отверстием из материала с .низким коэффициен- том вторичной эмиссии, например алюмини  или титана, устройство 2 круговой развертки пучка, выполненное в виде статора асинхронного электродвигател  или резонатора круговой развертки, представл ющего собой цилиндр с осевыми отверсти ми в торцах и двум  радиальными взаимоперпенди- л рными вводами мощности, осесиммет- ричную систему конусообразных электродов 3 и последний электрод-отражатель 4, выполненный в форме иглы, расположенный на оси рекуператора за системой электродов 3 внутри объема , ограниченного поверхностью 5.The energy recuperator of the beam of charged particles contains successively located collector 1 of secondary charged particles made in the form of a diaphragm with a central opening made of a material with a low secondary emission coefficient, for example aluminum or titanium, a device 2 of a circular scan of the beam made in the form of a stator an asynchronous electric motor or circular resonator, which is a cylinder with axial holes in the ends and two radial mutually perpendicular power inputs, is axisymmetric This system of cone-shaped electrodes 3 and the last electrode-reflector 4, made in the form of a needle, located on the axis of the heat exchanger behind the system of electrodes 3 inside the volume bounded by the surface 5.

Рекуператор энергии пучка зар женных частиц работает следующим образом .The energy recuperator of the beam of charged particles works as follows.

Пучок зар женных частиц через отверстие коллектора 1 вторичных зар женных частиц попадает в устройство 2 круговой развертки, где под действием вращающегос  магнитного пол  отклон етс , входит в зону торможени , разворачива сь по конической поверхности,5, и оседает на системе электродов 3.The beam of charged particles through the collector hole 1 of secondary charged particles enters the device 2 circular scan, where under the action of a rotating magnetic field is deflected, enters the deceleration zone, turning around the conical surface, 5, and is deposited on the system of electrodes 3.

В предлагаемом устройстве повышение первеанса достигаетс  приданием пучку трубчатой формы в области торможени . Предельный ток дл  рекуператора равенIn the proposed device, the increase in perveance is achieved by giving the beam a tubular shape in the area of inhibition. The limiting current for the heat exchanger is

з , „а/э ,лгh, „a / e, lg

тсmc

труЈrub

(Т - 1У a/R(T - 1U a / R

где а - толщина кольца, м; Р - радиус коллектора,where a is the ring thickness, m; P is the radius of the collector

м,m,

т, е масса (кг) и зар д (Кл)t, e mass (kg) and charge (C)

электрона;electron;

с - скорость света, M/cj у - рел тивистский фактор. Повышение первеанса предлагаемой системы по сравнению, например, с известной системой, где дл  повышени  первеанса используетс  квадрупольна  линза, преобразующа  в фокусе пучок электронов в ленточный, предельный ток дл  которого с достаточной точностью описываетс  следующим выраже- ниемc is the speed of light, M / cj y is the relativistic factor. The increase in the perveance of the proposed system compared to, for example, the known system, where a quadrupole lens is used to increase the perveance, which converts the electron beam into a ribbon at the focus, the limiting current for which is described with sufficient accuracy by the following expression

тсmc

лентtapes

( 1) 2TT(R - а/4)(1) 2TT (R - a / 4)

где L и а соответственно ширина и толщина пучка м, можно оценить из выражени where L and a, respectively, the width and thickness of the beam m, can be estimated from the expression

I rpyfI rpyf

AQHTAqht

иэеie

a-La-l

где Рwhere r

лреЭл lre el

МЭ6 - первеансы предлагаемого и известного устройств.ME6 - the pervections of the proposed and known devices.

Поскольку обычно R а, то очевидно , что первеанс предлагаемой системы значительно превышает первеанс известной системы.Since usually R a, it is obvious that the perveance of the proposed system significantly exceeds the perveance of the known system.

Кроме того, известна  система предназначена только дл  рекуперации энергии моноэнергетического пучка. Использование известной системы дл  рекуперации энергии немоноэнергети- ческого пучка электронов невозможно, так как дл  широких немоноэнергети- ческих пучков по вл етс  зависимость степени отбора энергии электронов от их положени  в пучке, что приводит к понижению эффективности рекуперации .In addition, the known system is intended only for energy recovery monoenergeticheskogo beam. The use of the known system for energy recovery of a non-monoenergetic electron beam is impossible, since for wide non-monoenergy beams the dependence of the degree of electron energy extraction on their position in the beam appears, which leads to a decrease in the efficiency of recovery.

Использование в рекуператоре в совокупности устройства круговой развертки и коллектора вторичных зар женных частиц позвол ет получить не только равномерное распределение тепловой нагрузки на электроды и уменьшение потока вторичных зар женных частиц с отражател , но и уменьшение потока вторичных зар женных частиц из рекуператора за счет отклонени  вторичных зар женных частиц устройством круговой развертки на Коллектор вторичных зар женных ч астицThe use of a circular scanner and a secondary charged particle collector in the heat exchanger allows not only to evenly distribute the heat load on the electrodes and reduce the flow of secondary charged particles from the reflector, but also to reduce the flow of secondary charged particles from the heat exchanger due to the deviation of secondary charges of circular particles by a device of circular scanning to a collector of secondary charged cosmic particles

5151

В осесимметричных рекуператорах, использующих дл  сортировки зар женных частиц принцип фонтанировани , на приосевые зар женные частицы первичного потока не действует радиальное электростатическое поле, и поэтому они, затормозившись, отражаютс  и ускор ютс  в обратном направлении. Этого можно избежать, отклонив пучок от оси устройства, однако отклонение приведет к локальному перегреву и деформации электродов. Развертка пучка на входе в рекуператор позвол ет равномерно распределить тепловую нагрузку по поверхности электродов, рекуператора , а отклонение потока вторичных зар женных частиц от оси системы устройством круговой развертки и осаждение их на коллектор вторичных зар женных частиц уменьшает выход вторичных зар женных частиц из рекуператора , что приводит к повышению КПД рекуперации и позвол ет увеличить мощность рекуперируемого пучка.In axisymmetric recuperators using the flow principle to sort charged particles, the axial charged particles of the primary flow are not affected by the radial electrostatic field, and therefore they are slowed down, reflected and accelerated in the opposite direction. This can be avoided by deflecting the beam from the device axis, however, the deviation will lead to local overheating and deformation of the electrodes. The sweep of the beam at the entrance to the heat exchanger allows the heat load to be evenly distributed over the surface of the electrodes, the heat exchanger, and the deviation of the flow of secondary charged particles from the system axis by a device of a circular sweep and their deposition on the collector of secondary charged particles reduces the yield of secondary charged particles from the heat exchanger, which leads to an increase in recovery efficiency and allows an increase in the power of the recovered beam.

Скорость развертки пучка можно подобрать так, что распределение тепловой нагрузки по поверхности электродов 3 рекуператора будет равномерным. Так как пучок зар женных частиц тормозитс  и раздел етс  по скорости вне конической поверхности 5, то поток вторичных зар женных частиц с отражател  k отсутствует. Ввиду конеч ного поперечного размера пучка часть зар женных частиц может отразитьс  от поверхности электродов 3j обращенной к входному отверстию, и, ускорившись , вылететь из рекуператора. Такие.зар женные частицы в магнитном поле устройства 2 круговой развертки отклон ютс  и попадают на коллекторThe scan rate of the beam can be chosen so that the distribution of heat load over the surface of the electrodes 3 of the heat exchanger will be uniform. Since the beam of charged particles decelerates and is separated in speed outside the conical surface 5, there is no flow of secondary charged particles from the reflector k. Due to the finite transverse size of the beam, a portion of the charged particles may reflect from the surface of the electrodes 3j facing the inlet, and, having accelerated, fly out of the heat exchanger. Such. Charged particles in the magnetic field of the device 2 circular scan are deflected and fall on the collector.

1вторичных зар женных частиц, поверхность которого имеет низкий коэф- фициент вторичной эмиссии, например 0,1-0,3. Рассто ние между устройством1 secondary charged particles whose surface has a low secondary emission coefficient, for example 0.1-0.3. Distance between device

2круговой развертки и коллектором2-round sweep and collector

1 вторичных зар женных частиц должно быть достаточным дл  отклонени  пото- ка вторичных зар женных частиц от отверсти  коллектора вторичных зар женных частиц 1 и определ етс  выражением1 secondary charged particles should be sufficient to deflect the flow of secondary charged particles from the orifice of the collector of secondary charged particles 1 and is determined by

R - R Q вR - R Q in Q

oo

00

00

5five

0 , о 0, o

5 five

0 0

где M,Q,V - масса, кг, зар д, Кл, и максимальна  скорость вторичных зар женных частиц;where M, Q, V is the mass, kg, charge, C, and the maximum velocity of the secondary charged particles;

D - толщина устройства круговой развертки, М; В - индукци  магнитного пол D is the thickness of the circular scan device, M; B - magnetic field induction

в нем, Тл,in it, T,

R - радиус отверсти  коллектора 1 вторичных зар женных частиц, м.R is the radius of the orifice of the collector 1 of secondary charged particles, m.

Предлагаемое устройство возвол ет увеличить КПД рекуперации по сравнению с прототипом за счет повышени  первеанса и уменьшить уровень шумов, например, в СВЧ-приборах за счет уменьшени  потока вторичных зар женных частиц. Кроме того, может быть увеличена мощность пучка в 2-4 раза за счет равномерного распределени  тепловой нагрузки по электродам рекуператора .The proposed device makes it possible to increase the recovery efficiency in comparison with the prototype by increasing the perveance and reducing the noise level, for example, in microwave devices by reducing the flow of secondary charged particles. In addition, the beam power can be increased by 2-4 times due to a uniform distribution of heat load across the electrodes of the heat exchanger.

Claims (3)

1.Рекуператор энергии пучка зар женных частиц, содержащий осесиммет- ричную систему конусообразных электродов и последний электрод-отражатель , расположенный на оси рекуператора , и выполненный в форме иглы, отличающийс  тем, что,1. A recuperator of the energy of a beam of charged particles, containing an axisymmetric cone-shaped electrode system and the last reflector electrode located on the axis of the recuperator, and made in the form of a needle, characterized in that с целью повышени  КПД, он снабжен устройством круговой развертки пучка, установленным перед системой конусообразных электродов.in order to increase efficiency, it is equipped with a device for circular scanning of the beam, installed in front of a system of cone-shaped electrodes. 2.Рекуператор по п. 1, отличающийс  тем, что он снабжен коллектором вторичных зар женных частиц , выполненным в виде диафрагмы с центральным отверстием из материала2. A recuperator according to claim 1, characterized in that it is provided with a collector of secondary charged particles made in the form of an aperture with a central opening of material с низким коэффициентом вторичной эмиссии, расположенным перед устройством круговой развертки. ,low coefficient of secondary emission, located in front of the device of the circular scan. , 3.Рекуператор по пп. 1 и 2, о т - личающийс  тем, что устройство круговой развертки выполнено в виде резонатора круговой развертки.3. The recuperator on PP. 1 and 2, T is characterized in that the circular scanner is designed as a circular resonator. k. Рекуператор по пп. 1 и 2, о т- личающийс  тем, что устройство круговой развертки выполнено в k виде статора асинхронного электродвигател  „k. Recuperator on PP. 1 and 2, which is characterized by the fact that the circular scanner is made in the form of an asynchronous electric motor stator