WO2012005629A1 - Method and device for generating bremsstrahlung - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method and a device, which can be used in inspection systems, for generating bremsstrahlung with a pulse-to-pulse variation in energy level between two given values with the possibility of independently controlling the radiation intensity for each energy level. The device has local radiation shielding (16) and provides for a small diameter beam on the braking target (12) as well as highly efficient particle acceleration. The device comprises an accelerator structure (7) with a standing wave, which is powered by a compact multibeam klystron (22) having a low beam voltage and permanent magnet focusing. The energy level of an accelerated beam (19) of charged particles is varied at a constant frequency by varying the output power level of the klystron (22) from pulse to pulse and the amplitude of the field in the accelerator structure (7). The required radiation intensity is provided by the pulse-to-pulse variation of the voltage of the control electrode (10) of an electron gun (8) and of the current intensity of the beam injected into the accelerator structure (7).

Description

СПОСОБ И ИСТОЧНИК ГЕНЕРАЦИИ ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ  METHOD AND SOURCE OF BRAKE RADIATION GENERATION

Область техники Technical field

Изобретение относится к ускорительной технике для досмотровых комплексов, использующих технологии генерации и ускорения заряженных частиц в ускоряющих структурах в импульсном режиме с регулируемой энергией пучка и обеспечивающих генерацию тормозного излучения с изменением уровня энергии от импульса к импульсу между двумя заданными значениями и к конструкции линейных ускорителей для этих целей.  The invention relates to accelerator technology for inspection systems using technologies for generating and accelerating charged particles in accelerating structures in a pulsed mode with adjustable beam energy and providing bremsstrahlung with a change in energy level from pulse to pulse between two given values and to the design of linear accelerators for these goals.

Предшествующий уровень техники  State of the art

Импульсные линейные ускорители заряженных частиц широко применяются в таможенных досмотровых комплексах для контроля содержимого большегрузных контейнеров. При этом осуществляют фокусирование пучка ускоренных заряженных частиц на тормозной мишени, установленной на выходе ускоряющей структуры, из генерируемого тормозного излучения с помощью коллиматора формируют секторный пучок, имеющий малую ширину в направлении перемещения досматриваемого объекта, часть излучения, прошедшую через досматриваемый объект, регистрируют линейкой детекторов. На основании сигналов детекторов реконструируется изображение содержимого объекта.  Pulse linear accelerators of charged particles are widely used in customs inspection complexes to control the contents of heavy containers. In this case, a beam of accelerated charged particles is focused on a brake target mounted at the output of the accelerating structure, from the generated bremsstrahlung using a collimator, a sector beam is formed having a small width in the direction of movement of the inspected object, a part of the radiation transmitted through the inspected object is recorded by a line of detectors. Based on the signals of the detectors, the image of the object content is reconstructed.

В последнее десятилетие интенсивно развиваются досмотровые комплексы, основанные на ускорителях электронов с изменением энергии и тока ускоренного пучка между двумя заданными значениями. Потребность в источниках такого тормозного излучения обусловлена необходимостью оценки с их помощью элементного состава досматриваемого объекта, а, следовательно, детектирования определенных, например делящихся, материалов (Ogorodnikov S.; Petrunin, V. Processing of interlaced images in 4-10 MeV dual energy customs system for material recognition. Physical Review Special Topics - Accelerators and Beams 5 (104701), 2002).  In the last decade, inspection systems based on electron accelerators with a change in the energy and current of the accelerated beam between two given values are developing intensively. The need for sources of such bremsstrahlung is due to the need to evaluate with their help the elemental composition of the inspected object and, therefore, the detection of certain, for example, fissile, materials (Ogorodnikov S .; Petrunin, V. Processing of interlaced images in 4-10 MeV dual energy customs system for material recognition. Physical Review Special Topics - Accelerators and Beams 5 (104701), 2002).

Практически все действующие ускорители для досмотровых комплексов, в частности, наиболее широко используемые ускорители фирмы Varian Medical Systems Inc., (США, Whittum, D.H., Trail, M.E., Meddaugh, G.E., State of the art in medical and industrial linear-accelerator systems, Vacuum Electronics Conference, 2008. IVEC 2008. IEEE International, Publication Date: 22-24 April 2008, pp. 8-11) и ускорители фирмы Nuctech (КНР, Ch. Tang, H. Chen, Y. Liu, X.Wang, Low-Energy Linacs and their Applications in Tsinghua University, Proceedings of LINAC 2006, Knoxville, Tennessee USA, pp. 256-258), построены с использованием магнетрона в качестве источника СВЧ мощности, что позволяет удовлетворить ряд важных требований к таким ускорителям - компактность, мобильность, относительно невысокая стоимость. Almost all active accelerators for inspection systems, in particular, the most widely used accelerators from Varian Medical Systems Inc., (USA, Whittum, DH, Trail, ME, Meddaugh, GE, State of the art in medical and industrial linear-accelerator systems, Vacuum Electronics Conference, 2008. IVEC 2008. IEEE International, Publication Date: 22-24 April 2008, pp. 8-11) and Nuctech accelerators (China, Ch. Tang, H. Chen, Y. Liu, X. Wang, Low-Energy Linacs and their Applications in Tsinghua University, Proceedings of LINAC 2006, Knoxville, Tennessee USA, pp. 256-258), built using a magnetron as a source of microwave power, which allows to satisfy a number of important requirements for such accelerators - compactness, mobility, relatively low cost.

Однако, наряду с требованиями по компактности и малому весу, важными требованиями к ускорителю для досмотрового комплекса, в том числе, к ускорителю с изменением уровня энергии от импульса к импульсу, являются низкий радиационный фон вне рабочей зоны, малый размер пучка заряженных частиц на тормозной мишени, высокая стабильность энергии пучка и мощности дозы в импульсе, а также возможность независимого регулирования мощности дозы для каждого уровня энергии.  However, along with the requirements for compactness and low weight, important requirements for the accelerator for the inspection complex, including for the accelerator with a change in the energy level from pulse to pulse, are low radiation background outside the working zone, the small size of the charged particle beam on the brake target , high stability of beam energy and dose rate per pulse, as well as the possibility of independent regulation of dose rate for each energy level.

При реализации линейного ускорителя электронов с изменением энергии от импульса к импульсу возникает ряд специфических проблем, обусловленных необходимостью изменения прироста энергии частиц по всей длине ускоряющей структуры или в ее части  When implementing a linear electron accelerator with a change in energy from pulse to pulse, a number of specific problems arise due to the need to change the increase in particle energy along the entire length of the accelerating structure or in its part

Так, в линейном ускорителе, в котором в качестве источника высокочастотной мощности используют магнетрон, при изменении энергии ускоренного пучка в импульсах за счет изменения уровня ускоряющего поля необходимо изменять уровень генерируемой им высокочастотной мощности, что достигают изменением от импульса к импульсу амплитуды импульса высокого напряжения, подаваемого на катод магнетрона. При изменении амплитуды импульса высокого напряжения изменяется частота колебаний, генерируемых магнетроном, что требует принятия специальных мер для компенсации рассогласования частоты высокочастотного сигнала и резонансной частоты ускоряющей структуры. Помимо этого, если вместе с изменением амплитуды импульса высокого напряжения не осуществляется изменение от импульса к импульсу уровня магнитного поля магнетрона, магнетрон работает в неоптимальном режиме со значительно суженным диапазоном изменения высокочастотной мощности, а, следовательно, и энергии ускоренного пучка ускорителя, что отрицательно сказывается на чувствительности метода детектирования веществ.  So, in a linear accelerator, in which a magnetron is used as a source of high-frequency power, when changing the energy of the accelerated beam in pulses by changing the level of the accelerating field, it is necessary to change the level of the high-frequency power generated by it, which is achieved by changing the pulse amplitude of the high voltage pulse supplied to the cathode of a magnetron. When the amplitude of the high-voltage pulse changes, the frequency of the oscillations generated by the magnetron changes, which requires special measures to compensate for the mismatch of the frequency of the high-frequency signal and the resonant frequency of the accelerating structure. In addition, if, together with a change in the amplitude of the high-voltage pulse, a change from pulse to pulse of the magnetron magnetic field does not occur, the magnetron operates in a non-optimal mode with a significantly narrowed range of changes in high-frequency power, and, consequently, the energy of the accelerated accelerator beam, which negatively affects sensitivity of the method of detection of substances.

В линейном ускорителе, в котором в качестве источника высокочастотной мощности используется клистрон, при изменении энергии ускоренного пучка в импульсах за счет изменения уровня ускоряющего поля изменение уровня усиливаемой клистроном высокочастотной мощности достигается изменением от импульса к импульсу амплитуды маломощного входного высокочастотного сигнала, имеющего постоянную частоту при постоянной амплитуде импульса высокого напряжения, подаваемого на катод клистрона. По сравнению с магнетроном, это обеспечивает более широкий диапазон изменения уровня энергии, большую стабильность энергии ускоренного пучка в импульсе и мощности дозы тормозного излучения в импульсе. Однако используемые в настоящее время однолучевые клистроны имеют большие габариты и массу из-за необходимости применения соленоида для фокусирования пучка заряженных частиц в ускорителе, работают при высоком напряжении, требующем масляной изоляции, что значительно увеличивает размеры и стоимость ускорителей электронов, созданных на их основе. In a linear accelerator, in which a klystron is used as a source of high-frequency power, when the energy of the accelerated beam in pulses changes due to a change in the level of the accelerating field, the level of the amplified a high-frequency power klystron is achieved by varying from pulse to pulse the amplitude of a low-power high-frequency input signal having a constant frequency with a constant amplitude of a high-voltage pulse supplied to the klystron cathode. Compared with a magnetron, this provides a wider range of changes in the energy level, greater stability of the energy of the accelerated beam in a pulse, and the dose rate of bremsstrahlung in a pulse. However, the single-beam klystrons currently used have large dimensions and mass because of the need to use a solenoid to focus a beam of charged particles in an accelerator, operate at a high voltage requiring oil isolation, which significantly increases the size and cost of electron accelerators created on their basis.

Известен линейный ускоритель электронов, который может быть использован в режиме изменения уровня энергии от импульса к импульсу (RU, 2282955, С2), содержащий источник электронов, сверхвысокочастотный генератор, устройства питания и управления, ускоряющую систему, которая содержит группирующую секцию со стоячей волной и ускоряющую секцию с бегущей волной, каждая из которых содержит связанные ячейки, с трубками на оси для дрейфа пучка ускоряемых электронов и окнами на периферии для электромагнитной связи, при этом ускоритель содержит устройство ввода высокочастотной мощности, присоединенное к первой по ходу пучка ячейке ускоряющей секции, граничащей с последней ячейкой группирующей секции, и устройство вывода сверхвысокочастотной мощности, присоединенное к последней ячейке ускоряющей секции. При этом изменение уровня энергии от импульса к импульсу возможно осуществлять посредством изменения тока ускоренных частиц, которое, предположительно, не должно влиять на амплитуду ускоряющего поля в группирующей части ускоряющей системы и за счет нагрузки током пучка уменьшать прирост энергии в ускоряющей части. Главным недостатком описанного выше ускорителя является взаимосвязь мощности дозы и энергии пучка, не позволяющая осуществлять независимое регулирование мощности дозы для уровня энергии пучка в каждом импульсе в отдельности.  A linear electron accelerator is known that can be used in the mode of changing the energy level from pulse to pulse (RU, 2282955, C2), containing an electron source, a microwave generator, power and control devices, an accelerating system, which contains a grouping section with a standing wave and accelerating a traveling wave section, each of which contains connected cells, with tubes on the axis for the drift of the accelerated electron beam and windows on the periphery for electromagnetic coupling, while the accelerator contains a device in the input high-frequency power connected to the first cell along the beam accelerating section bordering the last cell of the grouping section, and microwave power output device, connected to the last cell of the accelerating section. In this case, the change in the energy level from pulse to pulse can be carried out by changing the current of accelerated particles, which, presumably, should not affect the amplitude of the accelerating field in the grouping part of the accelerating system and, due to the load by the beam current, reduce the energy gain in the accelerating part. The main disadvantage of the accelerator described above is the relationship between the dose rate and the beam energy, which does not allow independent control of the dose rate for the beam energy level in each pulse separately.

Известен линейный ускоритель электронов с изменением уровня энергии от импульса к импульсу (US, 7,208,889, В2), содержащий:  Known linear electron accelerator with a change in the energy level from pulse to pulse (US, 7,208,889, B2), containing:

- источник мощности, генерирующий электромагнитные волны;  - a power source generating electromagnetic waves;

- инжектор, производящий импульсы заряженных частиц; - первую ускоряющую секцию, приспособленную для получения указанных импульсов заряженных частиц, для получения указанных электромагнитных волн и для передачи их энергии указанным импульсам частиц; - an injector producing pulses of charged particles; - the first accelerating section, adapted to receive these pulses of charged particles, to obtain the specified electromagnetic waves and to transfer their energy to the indicated momenta of the particles;

- вторую ускоряющую секцию, приспособленную для получения указанных импульсов заряженных частиц от указанной первой секции и для передачи энергии указанным импульсам заряженных частиц;  - a second accelerating section adapted to receive said impulses of charged particles from said first section and to transfer energy to said impulses of charged particles;

- фазовращатель, установленный между указанным источником мощности и указанной второй ускоряющей секцией, приспособленный для попеременного изменения фазы указанных электромагнитных волн и для доставки указанных электромагнитных волн в указанную вторую ускоряющую секцию в требуемой фазе.  - a phase shifter installed between the specified power source and the specified second accelerating section, adapted to alternately change the phase of these electromagnetic waves and for delivering these electromagnetic waves to the specified second accelerating section in the desired phase.

Однако известно, что разбиение ускоряющей структуры на две секции с отдельными высокочастотными трактами существенно усложняет систему СВЧ питания и вакуумную систему, требует сложной системы контроля и подстройки частоты каждой из секций.  However, it is known that dividing the accelerating structure into two sections with separate high-frequency paths significantly complicates the microwave power supply system and the vacuum system, requires a complex system for monitoring and adjusting the frequency of each section.

Известен ускоритель электронов с бегущей волной (US, 7,130,371, В2) для генерации высокоэнергетического тормозного излучения с изменением уровня энергии тормозного излучения от импульса к импульсу между двумя значениями и с независимым регулированием мощности дозы для каждого значения энергии, включающий источник тормозного излучения, систему высокочастотного питания, модулятор управляющего электрода трехэлектродной электронной пушки, обеспечивающий изменение уровня тока пучка электронной пушки от импульса к импульсу; систему высоковольтного питания, систему охлаждения, контроллер ускорителя, консоль управления и тормозную мишень. В этом ускорителе источник тормозного излучения содержит инжектор, приспособленный для генерирования электронного пучка от первого импульса напряжения или второго импульса напряжения и для передачи его к ускоряющей секции, приспособленной для формирования и ускорения импульсов электронного пучка с помощью импульсов электромагнитного сигнала.  A known electron accelerator with a traveling wave (US, 7,130,371, B2) for generating high-energy bremsstrahlung with a change in the level of energy of bremsstrahlung from pulse to pulse between two values and with independent regulation of the dose rate for each energy value, including a source of bremsstrahlung, a high-frequency power system a modulator of the control electrode of the three-electrode electron gun, providing a change in the current level of the beam of the electron gun from pulse to pulse; high-voltage power system, cooling system, accelerator controller, control console and brake target. In this accelerator, the bremsstrahlung source comprises an injector adapted to generate an electron beam from a first voltage pulse or second voltage pulse and to transmit it to an accelerating section adapted to generate and accelerate pulses of an electron beam by means of pulses of an electromagnetic signal.

При этом система высокочастотного питания включает, по крайней мере, два задающих генератора, приспособленных для формирования импульсов первого электромагнитного сигнала первой частоты и импульсов второго электромагнитного сигнала второй частоты; коммутатор, приспособленный для передачи указанных импульсов электромагнитного сигнала первой частоты или указанных импульсов электромагнитного сигнала второй частоты, возбудитель и, в качестве усилителя, - клистрон для усиления амплитуды указанных импульсов электромагнитного сигнала. Moreover, the high-frequency power system includes at least two master oscillators adapted to generate pulses of the first electromagnetic signal of the first frequency and pulses of the second electromagnetic signal of the second frequency; a switch adapted for transmitting said pulses of an electromagnetic signal of a first frequency or said pulses second-frequency electromagnetic signal, the pathogen and, as an amplifier, a klystron to amplify the amplitude of the indicated pulses of the electromagnetic signal.

При этом система высоковольтного питания содержит модулятор указанного клистрона, модулятор инжектора, приспособленный для генерации указанного первого импульса напряжения первой амплитуды и указанного второго импульса напряжения второй амплитуды, и устройство синхронизации работы указанных модулятора инжектора и модулятора клистрона. Спектр излучения известного ускорителя пригоден для идентификации различных материалов.  The high-voltage power supply system comprises a modulator of said klystron, an injector modulator adapted to generate said first voltage pulse of a first amplitude and said second voltage pulse of a second amplitude, and a synchronization device of said injector modulator and klystron modulator. The radiation spectrum of the known accelerator is suitable for identifying various materials.

Указанные устройство и реализуемый с его помощью способ генерации тормозного излучения (US, 7,130,371, В2) позволяют от импульса к импульсу изменять уровень энергии ускоренного пучка и величину тока ускоренного пучка. В основе изменения уровня энергии пучка в указанном устройстве лежит зависимость фазовой скорости электромагнитной волны в ускоряющей структуре с бегущей волной от частоты электромагнитного сигнала. При увеличении частоты электромагнитного сигнала фазовая скорость электромагнитной волны и, следовательно, энергия ускоренного пучка, уменьшаются.  The indicated device and the method for generating bremsstrahlung implemented with its help (US, 7,130,371, B2) allow changing the energy level of the accelerated beam and the current value of the accelerated beam from pulse to pulse. The basis of the change in the beam energy level in the specified device is the dependence of the phase velocity of the electromagnetic wave in the accelerating structure with a traveling wave on the frequency of the electromagnetic signal. With increasing frequency of the electromagnetic signal, the phase velocity of the electromagnetic wave and, consequently, the energy of the accelerated beam, decrease.

В основе изменения уровня тока ускоренного пучка лежит зависимость тока инжектора - трехэлектродной электронной пушки - от напряжения на управляющем электроде. При увеличении напряжения на управляющем электроде увеличивается ток пучка инжектируемого и ускоренного пучка.  The change in the current level of the accelerated beam is based on the dependence of the current of the injector — a three-electrode electron gun — on the voltage at the control electrode. As the voltage at the control electrode increases, the beam current of the injected and accelerated beam increases.

Таким образом, изменяя от импульса к импульсу одновременно частоту задающего генератора и величину напряжения на управляющем электроде электронной пушки, возможно обеспечить изменение верхней границы энергии излучения, генерируемого ускоренным электронным пучком на тормозной мишени, и обеспечить требуемую мощность дозы тормозного излучения. Принципиальным для данного способа является использование ускоряющей структуры на бегущей волне и клистрона в качестве усилителя высокочастотного сигнала.  Thus, changing from one pulse to another the frequency of the master oscillator and the voltage at the control electrode of the electron gun, it is possible to change the upper limit of the radiation energy generated by the accelerated electron beam on the brake target and to provide the required dose rate of the bremsstrahlung. Fundamental for this method is the use of an accelerating structure on a traveling wave and a klystron as an amplifier of a high-frequency signal.

Однако использование ускоряющей структуры на бегущей волне (US, 7,130,371, В2) исключает возможность создания компактного ускорителя, поскольку известно, что для достижения одинаковой энергии ускоренного пучка при одинаковой мощности СВЧ источника (клистрона, магнетрона) длина ускоряющей структуры на бегущей волне должна быть примерно вдвое больше длины ускоряющей структуры со стоячей волной. Кроме того, ускоряющая структура на бегущей волне требует установки поверх ее начальной части громоздкого и потребляющего большую мощность соленоида для удержания и фокусировки пучка. Поскольку уровень поля соленоида невозможно переключать от импульса к импульсу, описанное устройство не позволяет получать одинаково хорошо сфокусированный пучок при высокой и низкой энергиях. However, the use of an accelerating structure on a traveling wave (US, 7,130,371, B2) excludes the possibility of creating a compact accelerator, since it is known that to achieve the same energy of the accelerated beam at the same power of the microwave source (klystron, magnetron), the length of the accelerating structure on the traveling wave should be approximately twice greater than the length of the accelerating structure with a standing wave. In addition, an accelerating structure on a traveling wave requires installation on top of its initial part is bulky and high-power solenoid for holding and focusing the beam. Since the field level of the solenoid cannot be switched from pulse to pulse, the described device does not allow obtaining an equally well focused beam at high and low energies.

Ближайшим аналогом и прототипом настоящего изобретения является способ генерации тормозного излучения с различным уровнем энергии (WO 2010/019228; US, 2010/0038563,А1), в котором осуществляют:  The closest analogue and prototype of the present invention is a method for generating bremsstrahlung with different energy levels (WO 2010/019228; US, 2010/0038563, A1), in which they carry out:

- последовательную подачу электрической энергии первого уровня и электрической энергии второго уровня на источник СВЧ питания от системы высоковольтного питания, при этом первый и второй уровни электрической энергии различны;  - sequential supply of electrical energy of the first level and electrical energy of the second level to the microwave power source from the high-voltage power system, while the first and second levels of electrical energy are different;

- последовательное генерирование источником СВЧ питания первых импульсов высокочастотной мощности, имеющих первый уровень мощности на первой частоте, и вторых импульсов высокочастотной, мощности имеющих второй уровень мощности, отличный от первого уровня мощности, на второй частоте, отличной от первой частоты, основанных, по меньшей мере, в их части, на энергиях первого и второго уровней;  - sequential generation by a microwave power source of the first high-frequency power pulses having a first power level at a first frequency, and second high-frequency power pulses having a second power level different from the first power level, at a second frequency different from the first frequency, based at least , in their part, at the energies of the first and second levels;

- подачу указанных первых и вторых импульсов высокочастотной мощности в резонаторы ускорителя, при этом возможна подача в виде последовательности импульсов, содержащей первый импульс высокочастотный мощности, имеющий первый заданный уровень мощности, и следующий за ним второй импульс высокочастотный мощности, имеющий второй заданный уровень мощности, и при этом первый и второй заданные уровни мощности могут быть одинаковыми ;  - supplying the indicated first and second high-frequency power pulses to the accelerator resonators, while it is possible to supply a high-frequency power pulse having a first predetermined power level and a second high-frequency power pulse having a second predetermined power level in the form of a sequence of pulses wherein the first and second predetermined power levels may be the same;

- согласование первой частоты первых импульсов высокочастотной мощности с резонансной частотой ускорителя в течение времени подачи первых высокочастотных импульсов в ускоряющую структуру;  - matching the first frequency of the first pulses of high-frequency power with the resonant frequency of the accelerator during the time of supply of the first high-frequency pulses to the accelerating structure;

- согласование второй частоты вторых импульсов высокочастотной мощности с резонансной частотой ускоряющей структуры в течение времени подачи вторых импульсов высокочастотной мощности в ускоряющую структуру;  - matching the second frequency of the second pulses of high-frequency power with the resonant frequency of the accelerating structure during the time of supply of the second pulses of high-frequency power to the accelerating structure;

- инжекцию заряженных частиц в резонаторы ускоряющей структуры, при этом инжекцию возможно осуществлять инжекцией первых заряженных частиц при первом токе пучка в течение времени подачи в ускоритель первых импульсов высокочастотной мощности и направлением вторых заряженных частиц при втором токе пучка, отличающегося от первого тока пучка, в течение времени подачи в ускоритель вторых импульсов высокочастотной мощности; - injection of charged particles into the resonators of the accelerating structure, while the injection can be carried out by injection of the first charged particles at the first beam current during the time the first pulses of high-frequency power are fed into the accelerator and the direction of the second charged particles at the second beam current, different from the first beam current, during the time of supplying the second pulses of high-frequency power to the accelerator;

- последовательное ускорение ускорителем инжектированных заряженных частиц до энергии первого уровня на первой резонансной частоте ускоряющей структуры и до энергии второго уровня на второй резонансной частоте ускоряющей структуры, отличной от первой резонансной частоты, основанных, по меньшей мере, в их части, на первых и вторых импульсах высокочастотной мощности;  - sequential acceleration by the accelerator of the injected charged particles to the energy of the first level at the first resonant frequency of the accelerating structure and to the energy of the second level at the second resonant frequency of the accelerating structure, different from the first resonant frequency, based, at least in part, on the first and second pulses high frequency power;

- последовательное столкновение первых и вторых ускоренных заряженных частиц с мишенью для генерации излучения, имеющего соответствующие первый и второй уровни энергии.  - sequential collision of the first and second accelerated charged particles with a target to generate radiation having the corresponding first and second energy levels.

Указанный способ реализуется с помощью устройства генерации тормозного излучения с различным уровнем энергии (WO 2010/019228; US, 2010/0038563,А1), содержащего:  The specified method is implemented using a device for generating bremsstrahlung with different energy levels (WO 2010/019228; US, 2010/0038563, A1), containing:

- ускоряющую структуру для ускорения электронов;  - an accelerating structure for accelerating electrons;

- источник заряженных частиц для подачи частиц в ускоряющую структуру, в качестве которого может быть использована электронная пушка;  - a source of charged particles for feeding particles into an accelerating structure, which can be used as an electron gun;

- генератор высокочастотной мощности для выборочной подачи в ускоряющую структуру первых и вторых импульсов высокочастотной мощности, при этом вторые импульсы высокочастотной мощности имеют мощность и частоту, отличные от первой мощности и первой частоты первых импульсов высокочастотной импульсов энергии мощности;  - a high-frequency power generator for selectively supplying the first and second high-frequency power pulses to the accelerating structure, while the second high-frequency power pulses have a power and frequency different from the first power and the first frequency of the first high-frequency power energy pulses;

- первое средство для согласования первой частоты генератора мощности с первой резонансной частотой ускоряющей структуры в течение времени подачи в нее первых импульсов высокочастотной мощности, выполненное, например, в виде контроллера;  - the first means for matching the first frequency of the power generator with the first resonant frequency of the accelerating structure during the time the first pulses of high-frequency power are fed into it, made, for example, in the form of a controller;

- второе средство для согласования второй частоты генератора мощности со второй резонансной частотой ускоряющей структуры в течение времени подачи в нее вторых импульсов высокочастотной импульсов мощности, выполненное, например, в виде контроллера, отличного от первого контроллера,  - second means for matching the second frequency of the power generator with the second resonant frequency of the accelerating structure during the time it is fed to the second pulses of high-frequency power pulses, made, for example, in the form of a controller other than the first controller,

- мишень, расположенную на выходе ускоряющей структуры, столкновение с которой ускоренных электронов вызывает генерацию излучения, и при этом столкновение первых ускоренных заряженных частиц с мишенью приводит к генерации излучения, имеющего первый уровень энергии, а столкновение вторых ускоренных заряженных частиц приводит к генерации излучения, имеющего второй уровни энергии, отличный от первого уровня. - a target located at the exit of the accelerating structure, the collision of which accelerated electrons causes the generation of radiation, and the collision of the first accelerated charged particles with the target leads to the generation of radiation having a first energy level, and a collision of the second accelerated charged particles leads to the generation of radiation having a second energy level different from the first level.

Кроме того, устройство может содержать источник электрической мощности, приспособленный для подачи электрической мощности на указанный генератор мощности, при этом источник электрической мощности может быть приспособлен для выборочной подачи, по меньшей мере, первого или второго различного напряжения на источник заряженных частиц для подачи, по меньшей мере, первого и второго различного тока частиц в ускоряющую структуру.  In addition, the device may comprise an electric power source adapted to supply electric power to said power generator, wherein the electric power source may be adapted to selectively supply at least a first or second different voltage to a charged particle source for supplying at least at least the first and second different particle currents into the accelerating structure.

При этом, когда в качестве генератора высокочастотной мощности используется магнетрон, то устройство содержит модулятор для выборочного управления магнетроном на первой электрической мощности для генерации первых импульсов высокочастотной мощности и для управления магнетроном на второй электрической мощности, отличной от первой электрической мощности для генерирования вторых импульсов высокочастотной мощности, и при этом источник электрической мощности может быть отделен от модулятора, соединенного с электронной пушкой, и модулятор может быть выполнен твердотельным.  Moreover, when a magnetron is used as a high-frequency power generator, the device contains a modulator for selectively controlling the magnetron at the first electric power for generating the first high-frequency power pulses and for controlling the magnetron at the second electric power different from the first electric power to generate second high-frequency power pulses , and the source of electrical power can be separated from the modulator connected to the electron gun, and the module op may be formed solid.

При этом в случае, когда в качестве генератора высокочастотной мощности используется клистрон, осуществляют согласование первой частоты первых импульсов высокочастотной мощности с первой резонансной частотой ускоряющей структуры с помощью первой автоматической регулировки частоты, и согласование второй частоты вторых импульсов высокочастотной мощности с помощью второй автоматической регулировки частоты, отличной от первой регулировки.  In this case, when a klystron is used as a high-frequency power generator, the first frequency of the first high-frequency power pulses is matched with the first resonant frequency of the accelerating structure using the first automatic frequency control, and the second frequency of the second high-frequency power pulses is matched using the second automatic frequency control, different from the first adjustment.

Однако в описанном основном варианте известных способа и устройства (WO 2010/019228; US, 2010/0038563,А1) использован магнетрон, частота генерируемых колебаний которого может изменяться от импульса к импульсу вследствие изменения напряжения питающей электрической мощности, и для обеспечения точности установки частоты используют контролирующие и корректирующие устройства. Этот принцип работы устройства с магнетроном автоматически перенесен на вариант устройства с клистроном в качестве источника мощности, что делает его без дополнительных уточнений неработоспособным. Конструкция клистрона не описана.  However, in the described main embodiment of the known method and device (WO 2010/019228; US, 2010/0038563, A1), a magnetron is used, the frequency of the generated oscillations of which can vary from pulse to pulse due to a change in the voltage of the supplying electric power, and to ensure the accuracy of the frequency setting, controlling and correcting devices. This principle of operation of a device with a magnetron is automatically transferred to a version of the device with a klystron as a power source, which makes it inoperative without additional clarifications. The design of the klystron is not described.

При этом специалисту в области физики пучков заряженных частиц должно быть понятно, что в известных описанных выше способах генерации тормозного излучения и устройствах для их осуществления необходимо производить изменение частоты источника ВЧ мощности или использовать два источника с различающимися частотами, что усложняет устройства и снижает их надежность, а использование известного традиционного клистрона сопровождается применением соленоида и высоковольтного источника питания с напряжением свыше 100 кВ, что приводит к соответствующему увеличению массы и габаритов устройства. Moreover, a specialist in the field of physics of charged particle beams should be clear that in the known methods for generating bremsstrahlung and the devices for their implementation it is necessary to make a change the frequency of the RF power source or to use two sources with different frequencies, which complicates the device and reduces their reliability, and the use of the well-known traditional klystron is accompanied by the use of a solenoid and a high-voltage power supply with a voltage of more than 100 kV, which leads to a corresponding increase in the mass and dimensions of the device.

Раскрытие изобретения Disclosure of invention

Целью создания настоящего изобретения является упрощение способа генерации тормозного излучения и устройства для его осуществления для использования в качестве досмотровых комплексов и обеспечивающего генерацию тормозного излучения с изменением уровня энергии от импульса к импульсу между двумя заданными значениями, уменьшение габаритов устройства и повышение надежности его работы.  The aim of the present invention is to simplify the method of generating bremsstrahlung and a device for its implementation for use as inspection systems and providing generation of bremsstrahlung with a change in energy level from pulse to pulse between two preset values, reducing the dimensions of the device and increasing the reliability of its operation.

При создании настоящего изобретения была поставлена задача разработки способа генерации тормозного излучения с возможностью изменением уровня энергии от импульса к импульсу между двумя заданными значениями, обеспечивающего регулирование мощности дозы независимо для каждого заданного уровня энергии за счет генерации в импульсном режиме пучков заряженных частиц, имеющих одинаковый уровень энергии и отличный один от другого уровень тока, ускорение первого пучка частиц до первого заданного уровня энергии и второго пучка частиц до второго заданного уровня энергии воздействием импульсов высокочастотной мощности, имеющих отличные друг от друга заданные уровни высокочастотной мощности и одинаковую частоту, с возможностью изменения уровней мощности указанных импульсов одновременно с изменением уровней тока первого и второго пучка заряженных частиц, при обеспечении синхронизации процессов подачи указанных импульсов высокочастотной мощности и процессов подачи импульсов тока пучков, а также была поставлена задача разработки устройства, обеспечивающего реализацию такого способа генерации тормозного излучения.  When creating the present invention, the task was to develop a method for generating bremsstrahlung with the possibility of changing the energy level from pulse to pulse between two preset values, providing dose rate control independently for each given energy level due to the generation of pulsed beams of charged particles having the same energy level and a different current level from one another, acceleration of the first particle beam to the first predetermined energy level and the second particle beam to second of a predetermined energy level by exposure to high-frequency power pulses having different specified high-frequency power levels and the same frequency, with the possibility of changing the power levels of these pulses simultaneously with changing current levels of the first and second beam of charged particles, while ensuring synchronization of the processes of supplying these high-frequency power pulses and processes of supplying current pulses of beams, and the task was to develop a device that ensures the implementation of nd method for generating bremsstrahlung.

Поставленная задача была решена созданием способа генерации тормозного излучения, в котором обеспечивают изменение уровня энергии от импульса к импульсу между двумя заданными значениями и возможность регулирования уровня мощности дозы для каждого заданного уровня энергии, при этом: - генерацию тормозного излучения осуществляют путем воздействия на тормозную мишень в импульсном режиме последовательно поочередно первым и вторым пучками ускоренных заряженных частиц, обеспечивающими одинаковую заданную мощность дозы тормозного излучения и имеющими отличный один от другого заданный уровень энергии пучка и отличный один от другого заданный ток пучка, причем: The problem was solved by creating a method for generating bremsstrahlung, in which they provide a change in the energy level from pulse to pulse between two preset values and the ability to control the dose rate level for each given energy level, while: - generation of bremsstrahlung is carried out by acting on the brake target in a pulsed mode sequentially alternately by the first and second beams of accelerated charged particles, providing the same predetermined dose rate of bremsstrahlung and having a predetermined beam energy level and a predetermined beam current different from one another, wherein :

- генерацию чередующихся первого и второго пучка заряженных частиц, имеющих одинаковый уровень энергии и отличный один от другого уровень тока, обеспечивают с помощью электронной пушки, имеющей катод, анод и управляющий электрод, путем подачи на катод пушки импульсов напряжения, одинаковых для указанных заданных уровней энергии, и подачи на управляющий электрод поочередно электрических импульсов разной амплитуды, различных для указанных заданных уровней энергии, и при этом подачу указанных импульсов осуществляют парами импульсов, близко размещенных во времени, с интервалом времени между импульсами в паре много меньшим, чем интервал времени между указанными парами импульсов; - the generation of alternating first and second beams of charged particles having the same energy level and a different current level from one another is ensured by an electron gun having a cathode, anode and a control electrode, by applying voltage pulses to the gun’s cathode that are the same for the specified energy levels , and the supply to the control electrode in turn of electrical pulses of different amplitudes, different for the specified energy levels, and the supply of these pulses is carried out in pairs of pulses, close to those placed in time, with a time interval between pulses in a pair much smaller than the time interval between these pairs of pulses;

- ускорение первого и второго пучков заряженных частиц до первого заданного уровня энергии и второго заданного энергии, соответственно, осуществляют с помощью ускоряющей структуры со стоячей волной путем воздействия на первый и второй пучки заряженных частиц парами близко размещенных во времени импульсов высокочастотной мощности, имеющих отличные друг от друга заданные уровни высокочастотной мощности и одинаковую частоту, при этом обеспечивают: - acceleration of the first and second beams of charged particles to a first predetermined energy level and a second predetermined energy, respectively, is carried out using an accelerating structure with a standing wave by exposing the first and second beams of charged particles in pairs of high frequency power pulses closely spaced in time, having different from other specified levels of high-frequency power and the same frequency, while providing:

синхронизацию времени подачи указанного первого импульса высокочастотной мощности с временем подачи импульса тока первого пучка заряженных частиц,  synchronization of the feed time of the specified first pulse of high-frequency power with the feed time of the current pulse of the first beam of charged particles,

синхронизацию времени подачи указанного второго импульса высокочастотной мощности с временем подачи импульса тока второго пучка заряженных частиц,  synchronization of the time of supply of the specified second pulse of high-frequency power with the time of supply of the current pulse of the second beam of charged particles,

- синхронизацию частоты следования пар импульсов тока заряженных частиц, формируемых электронной пушкой, с частотой следования пар указанных импульсов высокочастотной мощности;  - synchronization of the repetition rate of pairs of current pulses of charged particles generated by the electron gun with the repetition rate of pairs of the indicated pulses of high-frequency power;

- изменение уровня энергии пучков заряженных частиц от импульса к импульсу осуществляют путем изменения уровней мощности указанных импульсов высокочастотной мощности одновременно с изменением уровней тока первого и второго пучка заряженных частиц; - changing the energy level of the beams of charged particles from pulse to pulse is carried out by changing the power levels of these pulses high-frequency power simultaneously with a change in the current levels of the first and second beam of charged particles;

- тормозное излучение получают на тормозной мишени, размещенной на выходе электронопровода малого диаметра, установленного на выходе указанной ускоряющей структуры;  - bremsstrahlung is received on a braking target located at the output of a small diameter electric circuit mounted at the output of said accelerating structure;

- заданную мощность дозы тормозного излучения обеспечивают путем регулирования величины тока указанных первого и второго пучков заряженных частиц.  - a predetermined dose rate of bremsstrahlung is provided by adjusting the current magnitude of said first and second beams of charged particles.

При этом, согласно изобретению, целесообразно в ускоряющей структуре поток, включающий первые и вторые пучки заряженных частиц, генерируемых электронной пушкой, подвергать воздействию ускоряющего поля низкого уровня напряженности, приводящему к модуляции скорости частиц, обеспечивающей частичную группировку частиц потока в сгустки, затем частично сгруппированный в сгустки поток подвергать воздействию ускоряющего поля более высокого уровня, обеспечивающего ускорение, дополнительную группировку частиц в сгустки и фокусировку потока, а затем поток подвергать воздействию ускоряющего поля с напряженностью, выше ранее используемой, и обеспечивать фокусирование и ускорение сфокусированного потока до заданной скорости.  Moreover, according to the invention, it is advisable in the accelerating structure of the stream, including the first and second beams of charged particles generated by the electron gun, to expose the accelerating field of a low level of tension, leading to modulation of the velocity of the particles, providing a partial grouping of the particles of the stream into bunches, then partially grouped into subject the flow clumps to an accelerating field of a higher level, providing acceleration, additional bunching of particles into particles and focusing of the flow and then expose the flow to an accelerating field with a strength higher than previously used, and to ensure focusing and acceleration of the focused flow to a given speed.

Поставленная задача была также решена созданием устройства для генерации тормозного излучения с изменением уровня энергии от импульса к импульсу между двумя заданными значениями и возможностью регулирования мощности дозы для каждого из заданных уровней энергии, содержащего:  The problem was also solved by creating a device for generating bremsstrahlung with a change in the energy level from pulse to pulse between two preset values and the ability to control the dose rate for each of the preset energy levels, containing:

- источник тормозного излучения, включающий:  - a source of bremsstrahlung, including:

- ускоряющую структуру для ускорения заряженных частиц, снабженную резонаторами и выполненную в виде ускоряющей структуры со стоячей волной;  - an accelerating structure for accelerating charged particles, equipped with resonators and made in the form of an accelerating structure with a standing wave;

- источник заряженных частиц, приспособленный для генерирования и импульсной подачи пучков заряженных частиц в резонаторы ускоряющей структуры, в качестве которого использована электронная пушка, обеспечивающая возможность переключения величины тока от импульса к импульсу между двумя заданными значениями, при этом электронная пушка выполнена трехэлектродной и содержит катод, анод и управляющий электрод;  - a source of charged particles, adapted to generate and pulse supply of beams of charged particles to the resonators of the accelerating structure, which is used as an electron gun, providing the ability to switch the current value from pulse to pulse between two preset values, while the electron gun is made of a three-electrode and contains a cathode, anode and control electrode;

- электронопровод, имеющий малый диаметр и установленный на выходе указанной ускоряющей структуры; - мишень, расположенную на выходе электронопровода, столкновение с которой пучков ускоренных заряженных частиц вызывает генерацию тормозного излучения с одинаковой мощностью дозы, и при этом столкновение первых пучков ускоренных заряженных частиц с мишенью приводит к генерации тормозного излучения, имеющего первый уровень энергии, столкновение вторых пучков ускоренных заряженных частиц с мишенью приводит к генерации тормозного излучения, имеющего второй уровень энергии, отличный от первого уровня энергии первых пучков; - an electric wire having a small diameter and installed at the output of the specified accelerating structure; - a target located at the output of the electron path, the collision of which of beams of accelerated charged particles causes the generation of bremsstrahlung with the same dose rate, and the collision of the first beams of accelerated charged particles with the target leads to the generation of bremsstrahlung having a first energy level, the collision of the second beams of accelerated charged particles with a target leads to the generation of bremsstrahlung having a second energy level different from the first energy level of the first beams;

- систему высокочастотного питания, содержащую:  - a high frequency power system comprising:

- импульсный многолучевой усилительный клистрон, приспособленный для усиления и последовательной поочередной подачи в резонаторы ускоряющей структуры первых и вторых импульсов высокочастотной мощности, имеющих отличные друг от друга заданные уровни мощности и одинаковую частоту, и снабженный фокусирующей системой на постоянных магнитах;  - a pulsed multipath amplification klystron, adapted for amplification and sequential sequentially supplying to the resonators an accelerating structure of the first and second high-frequency power pulses having predetermined power levels and the same frequency different from each other, and equipped with a focusing system with permanent magnets;

- возбудитель, приспособленный для последовательной импульсной подачи указанному клистрону первой высокочастотной мощности и второй высокочастотной мощности низкого уровня, отличающихся уровнями высокочастотной мощности, и выполненный с возможностью изменения уровня указанных первой и второй высокочастотной мощности, поступающих на вход клистрона, между двумя заданными значениями от импульса к импульсу работы ускорителя, при одинаковой частоте генерируемых колебаний для обоих значений энергии;  - the pathogen, adapted for sequential pulse supply to the specified klystron of the first high-frequency power and the second high-frequency power of a low level, different levels of high-frequency power, and made with the possibility of changing the level of the first and second high-frequency power supplied to the input of the klystron, between two specified values from pulse to the accelerator pulse of operation, at the same frequency of generated oscillations for both energy values;

- систему высоковольтного питания, содержащую:  - a high voltage power system comprising:

- источник электрической мощности, выполненный в виде модулятора, приспособленного для подачи электрической мощности на указанный клистрон и на катод указанной электронной пушки, причем уровни указанной электрической мощности одинаковы для первой и второй энергии, и приспособленного для подачи указанных электрических импульсов парами импульсов, близко размещенных во времени, с интервалом времени между импульсами в паре, много меньшим, чем интервал времени между указанными парами импульсов, и обеспечивающего возможность регулирования величины тока указанных первого и второго пучков путем изменения уровня указанного импульса напряжения, и - a source of electrical power, made in the form of a modulator, adapted to supply electrical power to the specified klystron and to the cathode of the specified electron gun, and the levels of the indicated electrical power are the same for the first and second energy, and adapted to supply the indicated electrical pulses by pairs of pulses closely spaced time, with the time interval between pulses in a pair, much smaller than the time interval between these pairs of pulses, and providing the ability to control value current of said first and second beams by changing the level of said voltage pulse, and

- источник электрического питания управляющего электрода электронной пушки, приспособленный для подачи на управляющий электрод поочередно электрических импульсов разной амплитуды, соответствующих указанным заданным уровням энергии указанных пучков частиц, и при этом приспособленный для подачи указанных электрических импульсов парами импульсов, близко размещенных во времени, с интервалом времени между импульсами в паре, много меньшим, чем интервал времен между указанными парами импульсов, и обеспечивающий возможность регулирования величины тока указанных первого и второго пучков путем изменения уровня указанного импульса напряжения;  - an electric power source for the control electrode of the electron gun, adapted for supplying to the control electrode alternately electric pulses of different amplitudes corresponding to the specified energy levels of these particle beams, while being adapted to supply these electric pulses with pairs of pulses closely spaced in time with an interval of time between pulses in a pair, much smaller than the time interval between these pairs of pulses, and providing the possibility of regulation the current value of the specified first and second beams by changing the level of the specified voltage pulse;

- контроллер, обеспечивающий:  - a controller providing:

- синхронизацию времени подачи указанного первого импульса высокочастотной мощности с временем подачи импульса тока первого пучка заряженных частиц;  - synchronization of the feed time of the specified first pulse of high-frequency power with the feed time of the current pulse of the first beam of charged particles;

синхронизацию времени подачи указанного второго импульса высокочастотной мощности с временем подачи импульса тока второго пучка;  synchronization of the time of supply of the specified second pulse of high-frequency power with the time of supply of the current pulse of the second beam;

- синхронизацию частоты следования пар импульсов тока первых и вторых пучков заряженных частиц, генерируемых электронной пушкой, с частотой следования пар импульсов высокочастотной мощности, генерируемых возбудителем, и с частотой следования пар импульсов высокочастотной мощности, подлежащих усилению клистроном;  - synchronization of the repetition rate of pairs of current pulses of the first and second beams of charged particles generated by the electron gun with the repetition rate of pairs of high-frequency power pulses generated by the pathogen and the repetition rate of pairs of high-frequency power pulses to be amplified by a klystron;

- систему охлаждения, обеспечивающую охлаждение указанной ускоряющей структуры, указанной тормозной мишени, указанного клистрона и указанного модулятора,  - a cooling system providing cooling of said accelerating structure, said brake target, said klystron and said modulator,

и при этом устройство снабжено системой управления, обеспечивающей изменение уровня энергии пучков ускоренных заряженных частиц от импульса к импульсу путем подачи указанному контроллеру команд, обеспечивающих изменение уровней энергии указанных импульсов высокочастотной мощности одновременно с изменением уровней тока первого и второго пучка. and the device is equipped with a control system that provides a change in the energy level of the beams of accelerated charged particles from pulse to pulse by sending commands to the specified controller, providing a change in the energy levels of these high-frequency power pulses simultaneously with a change in the current levels of the first and second beam.

При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы модулятор был выполнен с возможностью питания клистрона и катода электронной пушки первой электрической мощностью, обеспечивающей усиление клистроном обоих указанных импульсов высокочастотной мощности и генерацию электронной пушкой обоих пучков заряженных частиц. Moreover, according to the invention, it is advisable that the modulator was configured to power the klystron and the cathode of the electron gun first electrical power, providing a klystron amplification of both of these pulses of high-frequency power and the generation of an electron gun of both beams of charged particles.

При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы модулятором был твердотельный модулятор.  Moreover, according to the invention, it is advisable that the modulator was a solid-state modulator.

При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы указанный возбудитель содержал синтезатор, твердотельный СВЧ усилитель и электронный аттенюатор на p-i- п диодах.  Moreover, according to the invention, it is advisable that said pathogen contain a synthesizer, a solid-state microwave amplifier and an electronic attenuator with p-i-d diodes.

Кроме того, согласно изобретению, целесообразно, чтобы ускоряющая структура содержала первую ячейку, являющуюся группирующей с низким уровнем ускоряющего поля, вторую ячейку, являющуюся ускоряющей и фокусирующей с уровнем ускоряющего поля выше, чем в первой ячейке, третью и последующие ячейки, являющиеся ускоряющими и фокусирующими с одинаковым уровнем ускоряющего поля выше, чем во второй ячейке, при этом при подаче указанных сгустков из первой ячейки во вторую ячейку выбор расстояния между центрами зазоров первой и второй ячеек обеспечивал положение центра ускоряемого сгустка в области максимума ускоряющего поля второй ячейки при сдвиге фазы поля между ячейками на 180°.  In addition, according to the invention, it is advisable that the accelerating structure contains a first cell, which is grouping with a low level of the accelerating field, a second cell, which is accelerating and focusing with a level of the accelerating field higher than in the first cell, the third and subsequent cells, which are accelerating and focusing with the same level of the accelerating field higher than in the second cell, while supplying these clumps from the first cell to the second cell, the distance between the centers of the gaps of the first and second cells is provided ival center position accelerated clot in the region of the maximum of the accelerating field at the second cell field phase shift between cells 180 °.

При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы в ускоряющей структуре расстояние L_G между центрами зазоров первой и второй ячеек определяли соотношением Moreover, according to the invention, it is advisable that in the accelerating structure the distance L _G between the centers of the gaps of the first and second cells is determined by the ratio

L 4#ι -1 ,  L 4 # ι -1,

— = Я , где: p_Q = v₀/c , v₀ - величина скорости потока заряженных частиц- = I, where: p _Q = v ₀ / c, v ₀ is the value of the flow rate of charged particles

А) 4 A) 4

на входе в группирующую ячейку, Я - длина электромагнитной волны источника высокочастотной мощности в свободном пространстве, с - скорость света, п = 1 , 2, 3.... at the entrance to the grouping cell, I is the electromagnetic wavelength of the high-frequency power source in free space, c is the speed of light, n = 1, 2, 3 ....

Кроме того, согласно изобретению, целесообразно, чтобы в ускоряющей структуре высокочастотное напряжение U_g ускоряющего поля на зазоре первой ячейки было выбрано из условия обеспечения максимальной амплитуды первой гармоники тока пучка в центре зазора второй ячейки при условии: In addition, according to the invention, it is advisable that in the accelerating structure the high-frequency voltage U _{g of the} accelerating field at the gap of the first cell is selected from the condition of ensuring the maximum amplitude of the first harmonic of the beam current in the center of the gap of the second cell, provided:

~ , где: UQ - напряжение источника электронов, п = 1 , 2, 3~, where: UQ is the voltage of the electron source, n = 1, 2, 3

U₀ π(4η - \) U ₀ π (4η - \)

При этом, согласно изобретению, разумно, чтобы в стенке указанной ускоряющей структуры была установлена петля связи, обеспечивающая контроль уровня ускоряющего поля и соответствующего уровня энергии ускоренного пучка заряженных частиц. Moreover, according to the invention, it is reasonable that a communication loop is installed in the wall of said accelerating structure to provide control the level of the accelerating field and the corresponding energy level of the accelerated beam of charged particles.

Кроме того, согласно изобретению, разумно, чтобы указанная ускоряющая структура и указанная электронная пушка были размещены внутри экрана из магнитомягкого материала.  In addition, according to the invention, it is reasonable that said accelerating structure and said electron gun are placed inside a screen of soft magnetic material.

При этом, согласно изобретению, желательно, чтобы со стороны указанной тормозной мишени, обращенной в сторону выхода тормозного излучения, была установлена ионизационная камера.  Moreover, according to the invention, it is desirable that an ionization chamber is installed on the side of the indicated target, facing the exit of the bremsstrahlung.

При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы размещенные внутри указанного экрана указанная электронная пушка и указанная ускоряющая структура совместно с указанной тормозной мишенью и указанной ионизационной камерой были установлены внутри локальной радиационной защиты, в которой была бы выполнена прорезь, обеспечивающая формирование и выведение в окружающее пространство пучка тормозного излучения.  Moreover, according to the invention, it is advisable that said electron gun and said accelerating structure located inside said screen be mounted together with said brake target and said ionization chamber inside a local radiation protection, in which a cut would be made to allow formation and removal into the surrounding space beam of bremsstrahlung.

При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы система высокочастотного питания была снабжена волноводом, обеспечивающим направление импульсов высокочастотной мощности, усиленных указанным клистроном, к указанной ускоряющей структуре, а размещенные внутри указанной радиационной защиты указанная электронная пушка, указанная ускоряющая структура и указанный электронопровод с указанной тормозной мишенью образовывали бы единый вакуумный объем, изолированный от окружающей среды и снабженный вакуумным окном, размещенным в указанном волноводе и проницаемым для указанных высокочастотных импульсов.  Moreover, according to the invention, it is advisable that the high-frequency power system be equipped with a waveguide that provides the direction of the high-frequency power pulses amplified by the indicated klystron to the specified accelerating structure, and the indicated electron gun, the specified accelerating structure and the specified electronic conductor with the specified brake placed inside the specified radiation protection the target would form a single vacuum volume, isolated from the environment and equipped with a vacuum window placed in the specified waveguide and permeable to these high-frequency pulses.

При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы на указанном волноводе была размещена система откачки, включающая геттерный насос, не требующий источника питания, обеспечивающий поддержание высокого уровня вакуума в указанном вакуумном объеме в течение срока эксплуатации устройства и сообщенный с указанным вакуумным объемом через прорези в узкой стенке указанного волновода.  Moreover, according to the invention, it is advisable that the pumping system was installed on the specified waveguide, including a getter pump that does not require a power source, ensuring a high vacuum level in the specified vacuum volume during the life of the device and communicated with the specified vacuum volume through slots in a narrow the wall of the specified waveguide.

При этом, согласно изобретению, разумно, чтобы на указанном волноводе был установлен электроразрядный насос, величина тока которого определяется уровнем вакуума в указанном вакуумном объеме, сообщенный с указанным вакуумным объемом через прорези в узкой стенке указанного волновода. Краткое описание чертежей Moreover, according to the invention, it is reasonable that an electric discharge pump is installed on said waveguide, the current value of which is determined by the level of vacuum in said vacuum volume, in communication with said vacuum volume through slots in a narrow wall of said waveguide. Brief Description of the Drawings

В дальнейшем настоящее изобретение поясняется примерами осуществления способа генерации тормозного излучения согласно изобретению с помощью устройства для генерации тормозного излучения согласно изобретению и прилагаемыми чертежами, на которых:  Further, the present invention is illustrated by examples of the implementation of the method of generating bremsstrahlung according to the invention using a device for generating bremsstrahlung according to the invention and the accompanying drawings, in which:

Фиг. 1 - схема устройства для генерации тормозного излучения согласно изобретению, вариант выполнения;  FIG. 1 is a diagram of a device for generating bremsstrahlung according to the invention, an embodiment;

Фиг. 2 - диаграмма режимов работы устройства для генерации тормозного излучения, показанного на Фиг.1 ;  FIG. 2 is a mode diagram of a device for generating bremsstrahlung shown in FIG. 1;

Фиг. 3 - энергетический спектр ускоренного пучка заряженных частиц в режиме изменения уровня энергии от импульса к импульсу между двумя заданными значениями, показанный в координатах зависимости среднего тока I_av пучка от уровня энергии Е пучка; FIG. 3 - energy spectrum of an accelerated beam of charged particles in the mode of changing the energy level from pulse to pulse between two preset values, shown in the coordinates of the dependence of the average current I _{av of the} beam on the energy level E of the beam;

Фиг. 4 - изображения одного и другого пучка с различным уровнем энергии в паре импульсов, последовательно поступающих на тормозную мишень: Фиг.4а,а а₂ - для пучка с низким уровнем энергии; Фиг.4Ь,Ь₁₅ Ь₂ - для пучка с высоким уровнем энергии, для сравнения - изображение масштабной сетки с шагом 1 мм. FIG. 4 - images of one and the other beam with different energy levels in a pair of pulses sequentially arriving at the brake target: Figa, and ₂ - for a beam with a low energy level; 4b, b ₁₅ b ₂ - for a beam with a high level of energy, for comparison - the image of the scale grid with a step of 1 mm.

Фиг. 5 - общий вида устройства для генерации тормозного излучения согласно изобретению в варианте выполнения, показанном на Фиг.1.  FIG. 5 is a perspective view of an apparatus for generating bremsstrahlung according to the invention in the embodiment shown in FIG.

При этом описанные примеры выполнения устройства и осуществления способа согласно изобретению не являются исчерпывающими, не ограничивают возможностей осуществления изобретения и не выходят за рамки патентных притязаний.  Moreover, the described embodiments of the device and the implementation of the method according to the invention are not exhaustive, do not limit the possibilities of carrying out the invention and do not go beyond the scope of patent claims.

Наилучший вариант осуществления изобретения Best Mode for Carrying Out the Invention

Способ генерации тормозного излучения с изменением уровня энергии от импульса к импульсу между двумя заданными значениями согласно изобретению может быть осуществлен с помощью устройства для генерации тормозного излучения в варианте его выполнения, показанном на Фиг.1.  A method for generating bremsstrahlung with a change in the energy level from pulse to pulse between two predetermined values according to the invention can be implemented using a device for generating bremsstrahlung in the embodiment shown in FIG. 1.

Устройство (Фиг.1) содержит источник 1 тормозного излучения, систему 2 высокочастотного питания, систему 3 высоковольтного питания, систему 4 охлаждения, контроллер 5 и систему 6 управления.  The device (Figure 1) contains a source of bremsstrahlung 1, a high-frequency power system 2, a high-voltage power system 3, a cooling system 4, a controller 5, and a control system 6.

При этом источник 1 тормозного излучения включает: - ускоряющую структуру для ускорения пучка заряженных частиц, снабженную резонаторами и выполненную в виде ускоряющей структуры 7 со стоячей волной; While the source 1 of bremsstrahlung includes: - an accelerating structure for accelerating a beam of charged particles, equipped with resonators and made in the form of an accelerating structure 7 with a standing wave;

- источник заряженных частиц, приспособленный для генерирования и импульсной подачи пучков заряженных частиц в резонаторы ускоряющей структуры 7, в качестве которого использована трехэлектродная электронная пушка 8, соединенная через керамический изолятор с ускоряющей структурой 7 и имеющая катод 9, управляющий электрод 10 и анод (на чертеже не показан), обеспечивающая возможность переключения величины тока от импульса к импульсу между двумя заданными значениями;  - a source of charged particles, adapted for generating and pulsed supply of beams of charged particles into the resonators of the accelerating structure 7, which is used as a three-electrode electron gun 8 connected through a ceramic insulator with an accelerating structure 7 and having a cathode 9, a control electrode 10 and an anode (in the drawing not shown), providing the ability to switch the magnitude of the current from pulse to pulse between two preset values;

- электронопровод 1 1 , установленный на выходе ускоряющей структуры 7 и имеющий малый диаметр;  - an electric wire 1 1 installed at the output of the accelerating structure 7 and having a small diameter;

- тормозную мишень 12, расположенную на выходе электронопровода 1 1 и обеспечивающую генерацию тормозного излучения 13 при столкновении с тормозной мишенью 12 ускоренного пучка заряженных частиц, поступающих из ускоряющей структуры 7 через электронопровод 1 1.  - a brake target 12 located at the output of the electron wire 1 1 and providing the generation of bremsstrahlung 13 in a collision with the brake target 12 of an accelerated beam of charged particles coming from the accelerating structure 7 through the electron wire 1 1.

При этом ускоряющая структура 7 и электронная пушка 8 размещены внутри экрана 14 из магнитомягкого материала.  In this case, the accelerating structure 7 and the electron gun 8 are placed inside the screen 14 of magnetically soft material.

-Кроме того, со стороны тормозной мишени 12, обращенной в сторону выхода тормозного излучения 13, установлена ионизационная камера 15.  -Also, from the side of the brake target 12, facing the output side of the bremsstrahlung 13, an ionization chamber 15 is installed.

Кроме того, размещенные внутри указанного экрана 14 электронная пушка 8 и ускоряющая структура 6 совместно с электронопроводом 1 1, тормозной мишенью 12 и ионизационной камерой 15 установлены во внутренней полости локальной радиационной защиты 16, в которой выполнена прорезь 17, обеспечивающая формирование и выведение в окружающее пространство пучка тормозного излучения 13.  In addition, the electron gun 8 and the accelerating structure 6 located inside the said screen 14 together with the electron wire 1 1, the brake target 12, and the ionization chamber 15 are installed in the internal cavity of the local radiation protection 16, in which a slot 17 is made, which ensures the formation and removal into the surrounding space beam of bremsstrahlung 13.

При этом, согласно изобретению, в стенке ускоряющей структуры 7 установлена петля связи 18, обеспечивающая контроль уровня ускоряющего поля ускоряющей структуры 7 и соответствующего уровня энергии ускоренного пучка 19 заряженных частиц.  Moreover, according to the invention, a coupling loop 18 is installed in the wall of the accelerating structure 7, providing control of the level of the accelerating field of the accelerating structure 7 and the corresponding energy level of the accelerated charged particle beam 19.

Кроме того, согласно изобретению, размещенные внутри локальной радиационной защиты 16 электронная пушка 8, ускоряющая структура 7 и электронопровод 1 1 с тормозной мишенью 12 образуют единый вакуумный объем, изолированный от окружающей среды и снабженный вакуумным окном 20. При этом, согласно изобретению, ускоряющая структура 7 на стоячей волне содержит первую ячейку, являющуюся группирующей с низким уровнем ускоряющего поля, вторую ячейку, являющуюся ускоряющей и фокусирующей с уровнем ускоряющего поля выше, чем в первой ячейке, третью и последующие ячейки, являющиеся ускоряющими и фокусирующими с одинаковым уровнем ускоряющего поля выше, чем во второй ячейке. При этом при подаче указанных сгустков из первой ячейки во вторую ячейку выбор расстояния между центрами зазоров первой и второй ячеек обеспечивает положение центра ускоряемого сгустка в области максимума ускоряющего поля второй ячейки при сдвиге фазы поля между ячейками на 180°. In addition, according to the invention, the electron gun 8, the accelerating structure 7, and the electric wire 1 1 with the brake target 12, located inside the local radiation protection 16, form a single vacuum volume isolated from the environment and equipped with a vacuum window 20. Moreover, according to the invention, the accelerating structure 7 on a standing wave contains a first cell, which is grouping with a low level of the accelerating field, a second cell, which is accelerating and focusing with a level of the accelerating field higher than in the first cell, the third and subsequent cells, which are accelerating and focusing with the same level of the accelerating field higher than in the second cell. Moreover, when these bunches are fed from the first cell to the second cell, the choice of the distance between the centers of the gaps of the first and second cells ensures the position of the center of the accelerated bunch in the region of the maximum of the accelerating field of the second cell when the field phase between the cells is shifted by 180 °.

При этом, согласно изобретению, в ускоряющей структуре 7 расстояние L_g между центрами зазоров первой и второй ячеек определяют соотношением: Moreover, according to the invention, in the accelerating structure 7, the distance L _g between the centers of the gaps of the first and second cells is determined by the ratio:

L 4п - \ ,  L 4n - \,

— = Я , где: ₀ = v₀/c , v₀- величина скорости потока заряженных частиц- = I, where: ₀ = v ₀ / c, v ₀ is the value of the flow rate of charged particles

А) 4 A) 4

на входе в группирующую ячейку, Я - длина электромагнитной волны источника высокочастотной мощности в свободном пространстве, с - скорость света, /7 = 1, 2, 3.... at the entrance to the grouping cell, I is the electromagnetic wavelength of the high-frequency power source in free space, c is the speed of light, / 7 = 1, 2, 3 ....

Кроме того, согласно изобретению, в ускоряющей структуре 7 высокочастотное напряжение U_g ускоряющего поля на зазоре первой ячейки выбирают из условия обеспечения максимальной амплитуды первой гармоники тока пучка в центре зазора второй ячейки при условии: In addition, according to the invention, in the accelerating structure 7, the high-frequency voltage U _{g of the} accelerating field at the gap of the first cell is selected from the condition of ensuring the maximum amplitude of the first harmonic of the beam current in the center of the gap of the second cell, provided:

— - « , где: U - напряжение источника электронов, п = 1, 2, 3 - - ", where: U is the voltage of the electron source, n = 1, 2, 3

U₀ π(4η - 1) U ₀ π (4η - 1)

При необходимости на наружной поверхности ускоряющей структуры 7 могут быть размещены корректирующие катушки 21.  If necessary, correction coils 21 can be placed on the outer surface of the accelerating structure 7.

В ускоряющей структуре 7 изменение конечной энергии пучка достигается за счет изменения уровня высокочастотной мощности, поступающей в ускоряющую структуру 7, при этом обеспечивается соотношение максимально возможного и минимально возможного значений энергии ускоренного пучка не менее 2,0, при диаметре пучка на тормозной мишени 12 во всем диапазоне изменения энергии не более 2,0 мм.  In the accelerating structure 7, a change in the final energy of the beam is achieved by changing the level of high-frequency power entering the accelerating structure 7, while ensuring the ratio of the maximum possible and minimum possible values of the energy of the accelerated beam of at least 2.0, with the beam diameter on the brake target 12 throughout energy variation range not more than 2.0 mm.

Согласно изобретению, система 2 высокочастотного питания включает импульсный усилительный клистрон 22 и возбудитель 23. При этом клистрон 22 через волновод 24, ферритовое развязывающее устройство 25 и вакуумное окно 20 обеспечивает направление импульсов высокочастотной мощности, усиленных клистроном 22, к ускоряющей структуре 7. При этом волновод 24 снабжен системой 26 подачи изолирующего газа и датчиком 27 разряда. Для предотвращения высокочастотных пробоев волновод 24 и ферритовое развязывающее устройство 25 заполняют изолирующим газом. В случае возникновения разряда на вакуумном окне 20, в волноводе 24 или ферритовом развязывающем устройстве 25 датчик 27 разряда вырабатывает сигнал блокировки, отключающий выработку высокочастотного сигнала возбудителем 23. According to the invention, the high-frequency power supply system 2 includes a pulse amplifying klystron 22 and a pathogen 23. Moreover, the klystron 22 through the waveguide 24, the ferrite decoupling device 25 and the vacuum window 20 provides the direction of high-frequency power pulses amplified a klystron 22, to the accelerating structure 7. Moreover, the waveguide 24 is equipped with an insulating gas supply system 26 and a discharge sensor 27. To prevent high-frequency breakdowns, the waveguide 24 and the ferrite decoupling device 25 are filled with insulating gas. In the event of a discharge on the vacuum window 20, in the waveguide 24 or a ferrite decoupling device 25, the discharge sensor 27 generates a blocking signal that disables the generation of a high-frequency signal by the pathogen 23.

Импульсный усилительный клистрон 22 приспособлен для усиления и последовательной поочередной подачи в резонаторы ускоряющей структуры 7 первых и вторых импульсов высокочастотной мощности, имеющих отличные друг от друга заданные уровни мощности и одинаковую частоту, и снабжен фокусирующей системой на постоянных магнитах (на чертеже не показана);  The pulse amplification klystron 22 is adapted to amplify and sequentially sequentially feed into the resonators of the accelerating structure 7 first and second high-frequency power pulses having different set power levels and the same frequency, and is equipped with a permanent magnet focusing system (not shown in the drawing);

В качестве импульсного усилительного клистрона 22 может быть использован малогабаритный многолучевой клистрон, аналогичный, например, клистрону КИУ- 147 A (Multy-beam klystrons with reverse permanent magnet focusing system as the universal rf power sources for the compact electron accelerators, LA. Frejdovich, P.V. Nevsky, V.P. Sakharov et al, in Proceedings of RuPAC 2006, Novosibirsk, Russia, p. 100), который работает при низком напряжении, что позволяет использовать малогабаритный модулятор, при этом электронные пучки создают с помощью многолучевой электронной пушки и пропускают их через резонаторы клистрона и трубки дрейфа в магнитном поле, созданном постоянными магнитами. Такая конструкция клистрона позволяет вместе с устройствами контроля частоты возбудителя обеспечить резкое сокращении массы и габаритов устройства для генерации тормозного излучения.  As a pulse amplifying klystron 22, a small-sized multipath klystron, similar, for example, to the KIU-147 A klystron (Multy-beam klystrons with reverse permanent magnet focusing system as the universal rf power sources for the compact electron accelerators, LA. Frejdovich, PV, can be used) Nevsky, VP Sakharov et al, in Proceedings of RuPAC 2006, Novosibirsk, Russia, p. 100), which operates at low voltage, which allows the use of a small-sized modulator, while electron beams are created using a multipath electron gun and pass them through klystron resonators and drift tubes in a magnetic field, creating permanent magnets. This design of the klystron allows, together with devices for controlling the frequency of the pathogen, to provide a sharp reduction in the mass and dimensions of the device for generating bremsstrahlung.

Импульсный усилительный клистрон 22, работающий при низком напряжении питания за счет использования многолучевой конструкции, выполнен компактным благодаря использованию фокусирующей системы на постоянных магнитах и обеспечивает возбуждение СВЧ поля ускоряющей структуры 7. Однако возможность использования низковольтного, следовательно, малогабаритного твердотельного модулятора для клистрона 22 позволяет существенно сократить габариты конструкции даже при создании магнитного поля соленоидом.  The pulse amplifier klystron 22, operating at a low voltage due to the use of a multi-beam design, is compact due to the use of a focusing system with permanent magnets and provides excitation of the microwave field of the accelerating structure 7. However, the possibility of using a low-voltage, therefore, small-sized solid-state modulator for klystron 22 can significantly reduce dimensions of the structure even when creating a magnetic field by a solenoid.

Импульсный многолучевой усилительный клистрон 22 обладает большим коэффициентом усиления, что позволяет использовать возбудитель 23 с низкой выходной мощностью, обеспечивающей возможность поддержания высокой стабильности частоты; при этом величина его выходной мощности может изменяться от импульса к импульсу с требуемой частотой повторения. The pulsed multipath amplification klystron 22 has a large gain, which allows the use of a pathogen 23 with a low output power, providing the ability to maintain high frequency stability; the value of its output power may vary from pulse to pulse with the desired repetition rate.

Возбудитель 23 электрически соединен с клистроном 22 и приспособлен для последовательной импульсной подачи клистрону 22 первой высокочастотной мощности и второй высокочастотной мощности низкого уровня, отличающихся уровнями высокочастотной мощности, и выполнен с возможностью изменения уровня первой и второй высокочастотной мощностей, подаваемых на вход клистрона 22, между двумя заданными значениями от импульса к импульсу работы источника 1 тормозного излучения 13, при одинаковой частоте генерируемых колебаний для обоих значений энергии.  The causative agent 23 is electrically connected to the klystron 22 and is adapted for sequential pulse supply to the klystron 22 of the first high-frequency power and the second high-frequency low-power power, differing in high-frequency power levels, and is configured to change the level of the first and second high-frequency power supplied to the input of the klystron 22, between two set values from pulse to pulse of the source 1 of bremsstrahlung 13, at the same frequency of generated oscillations for both energy values .

При этом, согласно изобретению, возбудитель 23 содержит синтезатор, твердотельный СВЧ усилитель и электронный аттенюатор на p-i-n диодах (на чертеже не показаны).  Moreover, according to the invention, the pathogen 23 contains a synthesizer, a solid-state microwave amplifier and an electronic attenuator on p-i-n diodes (not shown in the drawing).

При этом, согласно изобретению, на волноводе 24 размещена система 28 откачки, включающая геттерный насос (на чертеже отдельно не показан), не требующий источника питания, обеспечивающий поддержание высокого уровня вакуума в указанном выше вакуумном объеме в течение срока эксплуатации устройства и сообщенный с вакуумным объемом через прорези в узкой стенке указанного волновода 24. Кроме того, для контроля уровня вакуума и выработки сигналов блокировки при снижении вакуума на волноводе 24 система 28 откачки содержит установленный на волноводе 24 электроразрядный насос (на чертеже отдельно не показан), величина тока которого определяется уровнем вакуума в указанном вакуумном объеме, и сообщенный с вакуумным объемом через прорези в узкой стенке волновода 24. Откачку указанного вакуумного объема осуществляют, главным образом, геттерным насосом, а электроразрядный насос используют для контроля уровня вакуума. Это позволяет быстро ввести источник в рабочий режим после длительного хранения, гарантирует стабильность параметров и надежность работы системы.  Moreover, according to the invention, a pumping system 28 is placed on the waveguide 24, including a getter pump (not shown separately in the drawing), which does not require a power source, which maintains a high level of vacuum in the above-mentioned vacuum volume during the life of the device and communicates with the vacuum volume through the slots in the narrow wall of the specified waveguide 24. In addition, to monitor the level of vacuum and generate blocking signals when the vacuum is reduced on the waveguide 24, the pumping system 28 contains mounted on the waveguide 24 is an electric discharge pump (not shown separately in the drawing), the current value of which is determined by the vacuum level in the indicated vacuum volume, and communicated with the vacuum volume through the slots in the narrow wall of the waveguide 24. The indicated vacuum volume is pumped out mainly by a getter pump, and the electric discharge pump used to control the level of vacuum. This allows you to quickly enter the source into operating mode after prolonged storage, guarantees stability of parameters and reliability of the system.

Система 3 высоковольтного питания содержит:  System 3 high voltage power supply contains:

- источник электрической мощности, выполненный в виде модулятора 29, приспособленного для подачи электрической мощности на клистрон 22 и на катод 9 электронной пушки 8, причем уровни указанной электрической мощности одинаковы для первой и второй энергии и - источник 30 электрического питания управляющего электрода 10 электронной пушки 8. - an electric power source, made in the form of a modulator 29, adapted to supply electric power to the klystron 22 and to the cathode 9 of the electron gun 8, and the levels of the indicated electric power are the same for the first and second energy and - source 30 of electrical power for the control electrode 10 of the electron gun 8.

При этом модулятор 29 электрически соединен с клистроном 22 и приспособлен для подачи на клистрон 22 электрических импульсов парами импульсов, близко размещенных во времени, с интервалом времени между импульсами в паре, много меньшим, чем интервал времен между указанными парами импульсов, и обеспечивает возможность регулирования величины тока первого и второго пучков путем изменения уровня импульса напряжения на катоде 9 электронной пушки 8.  At the same time, the modulator 29 is electrically connected to the klystron 22 and is adapted to supply electric pulses to the klystron 22 with pairs of pulses closely spaced in time, with a time interval between pulses in a pair much smaller than the time interval between these pulse pairs, and makes it possible to control the magnitude the current of the first and second beams by changing the level of the voltage pulse at the cathode 9 of the electron gun 8.

При этом, согласно изобретению, модулятор 29 выполнен твердотельным с возможностью питания клистрона 22 и катода 9 электронной пушки 8 первой электрической мощностью, обеспечивающей усиление клистроном 22 обоих указанных импульсов высокочастотной мощности и генерацию электронной пушкой 8 обоих пучков заряженных частиц.  Moreover, according to the invention, the modulator 29 is made solid-state with the possibility of supplying the klystron 22 and the cathode 9 of the electron gun 8 with the first electric power, which provides the klystron 22 to amplify both of these high-frequency power pulses and generate by the electron gun 8 both charged particle beams.

Источник 30 электрического питания управляющего электрода 10 электронной пушки 8 приспособлен для подачи на управляющий электрод 10 поочередно электрических импульсов разной амплитуды, соответствующих заданным уровням энергии пучков частиц. При этом источник 30 электрического питания приспособлен для подачи указанных электрических импульсов парами импульсов, близко размещенных во времени, с интервалом времени между импульсами в паре много меньшим, чем интервал времени между указанными парами импульсов, и обеспечивает возможность регулирования величины тока первого и второго пучков путем изменения уровня указанного импульса напряжения.  The electric power source 30 of the control electrode 10 of the electron gun 8 is adapted for supplying to the control electrode 10 alternately electric pulses of different amplitudes corresponding to predetermined energy levels of particle beams. In this case, the electric power source 30 is adapted to supply the indicated electrical pulses with pairs of pulses closely spaced in time, with the time interval between pulses in pairs being much smaller than the time interval between these pairs of pulses, and makes it possible to control the current magnitude of the first and second beams by changing level of the specified voltage pulse.

Система 4 охлаждения содержит устройство 31 жидкостного охлаждения, систему 32 датчиков измерения температуры и расхода жидкости и обеспечивает охлаждение ускоряющей структуры 7, клистрона 22, модулятора 29 и тормозной мишени 12.  The cooling system 4 includes a liquid cooling device 31, a system 32 of sensors for measuring temperature and liquid flow, and provides cooling of the accelerating structure 7, klystron 22, modulator 29, and brake target 12.

Контроллер 5 электрически соединен с источником 1 тормозного излучения 13, системой 2 высокочастотного питания, системой 3 высоковольтного питания, системой 4 охлаждения и приспособлен для синхронизации времени подачи клистроном 22 первого импульса высокочастотной мощности в ускоряющую структуру 7 со временем подачи импульса тока первого пучка заряженных частиц электронной пушкой 8; синхронизации времени подачи второго импульса высокочастотной мощности в ускоряющую структуру 7 со временем подачи импульса тока второго пучка электронной пушкой 8; синхронизации частоты следования пар импульсов тока первых и вторых пучков заряженных частиц, генерируемых электронной пушкой 8, с частотой следования пар импульсов высокочастотной мощности, генерируемых возбудителем 23, и с частотой следования пар импульсов высокочастотной мощности, подлежащих усилению клистроном 22. The controller 5 is electrically connected to a source of bremsstrahlung 13, a high-frequency power supply system 2, a high-voltage power supply system 3, a cooling system 4, and is adapted to synchronize the time that the klystron 22 supplies the first high-frequency power pulse to the accelerating structure 7 with the current pulse of the first electron beam charged gun 8; synchronization of the time of supply of the second pulse of high-frequency power to the accelerating structure 7 with the time of supply of the current pulse of the second beam electron gun 8; synchronizing the repetition rate of pairs of current pulses of the first and second beams of charged particles generated by the electron gun 8 with the repetition rate of pairs of high-frequency power pulses generated by the pathogen 23 and the repetition rate of pairs of high-frequency power pulses to be amplified by klystron 22.

Работа контроллера 5 может быть проиллюстрирована показанной на Фиг. 2 диаграммой режимов работы устройства для генерации тормозного излучения с синхронизацией указанных параметров времени подачи указанных импульсов энергии, мощности и тока, где т - длительность импульса, Т_\ - расстояние между импульсами в паре импульсов, Тг - расстояние между парами импульсов. Изменение величины тока пучка обеспечено изменением величины напряжения на управляющем электроде 10 электронной пушки 8. The operation of the controller 5 can be illustrated as shown in FIG. 2 by a diagram of the operating modes of the device for generating bremsstrahlung with synchronization of the indicated parameters of the time of supplying the indicated energy, power and current pulses, where m is the pulse duration, _T1 is the distance between pulses in a pair of pulses, and Tg is the distance between pairs of pulses. A change in the magnitude of the beam current is provided by a change in the magnitude of the voltage across the control electrode 10 of the electron gun 8.

Кроме того, устройство согласно изобретению снабжено системой 6 управления, обеспечивающей изменение уровня энергии пучков ускоренных заряженных частиц от импульса к импульсу путем подачи контроллеру 5 команд, обеспечивающих изменение уровней энергии импульсов высокочастотной мощности одновременно с изменением уровней тока первого и второго пучка.  In addition, the device according to the invention is equipped with a control system 6, providing a change in the energy level of the beams of accelerated charged particles from pulse to pulse by giving the controller 5 commands, providing a change in the energy levels of high-frequency power pulses simultaneously with a change in the current levels of the first and second beam.

Способ генерации тормозного излучения, в котором обеспечивают изменение уровня энергии от импульса к импульсу между двумя заданными значениями и возможность регулирования уровня мощности дозы для каждого заданного уровня энергии, осуществляют в описанном выше устройстве для генерации тормозного излучения следующим образом.  A method for generating bremsstrahlung, in which a change in the energy level from pulse to pulse between two predetermined values and the ability to control the dose rate level for each predetermined energy level is provided, is carried out in the above-described device for generating bremsstrahlung as follows.

С помощью системы 6 управления (Фиг.2) формируют команды на подачу контроллером 5 сигнала энергии на систему 2 высокочастотного питания и систему 3 высоковольтного питания. Сигнал энергии контроллера 5 определяет величину мощности высокочастотного импульса, генерируемого возбудителем 23, и, таким образом, определяет амплитуду ускоряющего поля в ускоряющей структуре 7, энергию ускоренного пучка и верхнюю границу спектра тормозного излучения 13.  Using the control system 6 (FIG. 2), commands are generated for the controller 5 to supply an energy signal to the high-frequency power supply system 2 and the high-voltage power supply system 3. The energy signal of the controller 5 determines the power of the high-frequency pulse generated by the pathogen 23, and, thus, determines the amplitude of the accelerating field in the accelerating structure 7, the energy of the accelerated beam and the upper limit of the spectrum of bremsstrahlung 13.

Кроме того, для каждого импульса работы устройства сигнал энергии контроллера 5 определяет величину напряжения на управляющем электроде 10 электронной пушки 8 и, таким образом, величину тока электронной пушки 8, величину тока ускоренного пучка и мощность дозы тормозного излучения 13. Путем подачи на катод 9 электронной пушки 8 вырабатываемых модулятором 29 импульсов напряжения, одинаковых для заданных уровней энергии, и путем одновременной подачи на управляющий электрод 10 поочередно вырабатываемых источником 30 электрической энергии электрических импульсов разной амплитуды, различных для заданных уровней энергии, обеспечивают генерацию электронной пушкой 8 чередующихся первого и второго пучка заряженных частиц, имеющих одинаковый уровень энергии и отличный один от другого уровень тока, и при этом подачу указанных импульсов осуществляют парами импульсов, близко размещенных во времени, с интервалом времени между импульсами в паре, много меньшим, чем интервал времени между указанными парами импульсов. In addition, for each pulse of the device, the energy signal of the controller 5 determines the voltage on the control electrode 10 of the electron gun 8 and, thus, the magnitude of the current of the electron gun 8, the magnitude of the accelerated beam current and the dose rate of the bremsstrahlung 13. By supplying to the cathode 9 of the electron gun 8 the voltage pulses generated by the modulator 29, which are the same for the given energy levels, and by simultaneously supplying to the control electrode 10, the electric pulses of different amplitudes different for the given energy levels generated by the electric energy source 30, provide generation of the electron gun 8 alternating first and second beams of charged particles having the same energy level and a different current level from one another, while supplying said and pulses are carried out by pairs of pulses closely spaced in time, with a time interval between pulses in a pair much less than the time interval between these pairs of pulses.

В процессе формирования первого и второго пучков подводимая к клистрону 22 электрическая мощность остается неизменной.  During the formation of the first and second beams, the electric power supplied to the klystron 22 remains unchanged.

Электронная пушка 8 обеспечивает инжекцию первого и второго пучков частиц в резонаторы ускоряющей структуры 7 со стоячей волной.  The electron gun 8 provides the injection of the first and second particle beams into the resonators of the accelerating structure 7 with a standing wave.

При этом через волновод 24, наполненный изолирующим газом, через ферритовое развязывающее устройство 25 и вакуумное окно 20 первые и вторые импульсы высокочастотной мощности, усиленные клистроном 22, последовательно поступают в резонаторы ускоряющей структуры 7, возбуждая в ней ускоряющее поле.  In this case, through the waveguide 24 filled with an insulating gas, through a ferrite decoupling device 25 and a vacuum window 20, the first and second high-frequency power pulses amplified by the klystron 22 are sequentially fed to the resonators of the accelerating structure 7, exciting an accelerating field in it.

Поток, содержащий первые и вторые пучки заряженных частиц, генерируемых электронной пушкой 8, подвергают воздействию ускоряющего поля, приводящего к модуляции скорости частиц, обеспечивающей частичную группировку частиц потока в сгустки, затем частично сгруппированный в сгустки поток подвергают воздействию ускоряющего поля более высокого уровня, обеспечивающего ускорение, дополнительную группировку частиц в сгустки и фокусировку потока, а затем поток подвергают воздействию ускоряющего поля с уровнем выше ранее используемого, и обеспечивают фокусирование и ускорение сфокусированного потока до заданной скорости.  The stream containing the first and second beams of charged particles generated by the electron gun 8 is subjected to an accelerating field, which modulates the velocity of the particles, providing a partial grouping of the particles of the stream into bunches, then the partially bunched stream is subjected to an accelerating field of a higher level, providing acceleration , an additional grouping of particles in clumps and focusing of the flow, and then the flow is subjected to an accelerating field with a level higher than previously used, and echivayut focusing and acceleration of the focused stream to a predetermined speed.

В ускоряющей структуре 7 осуществляют ускорение первого и второго пучков заряженных частиц до первого заданного уровня энергии и до второго заданного уровня энергии, соответственно. При этом ускорение осуществляют путем воздействия на первый и второй пучки заряженных частиц импульсами высокочастотной мощности, выработанными возбудителем 23 и усиленными клистроном 22 и имеющими отличные друг от друга заданные уровни высокочастотной мощности. Подачу указанных импульсов резонаторам ускоряющей структуры 7 осуществляют парами импульсов, близко размещенных во времени, как показано на Фиг.2, с интервалом времени _/ между импульсами в паре, много меньшим, чем интервал времени Т₂ между указанными парами импульсов, который может составлять, например, 500 мкс. In the accelerating structure 7, the first and second beams of charged particles are accelerated to a first predetermined energy level and to a second predetermined energy level, respectively. In this case, acceleration is carried out by exposing the first and second beams of charged particles to high-frequency power pulses generated by the pathogen 23 and amplified by the klystron 22 and having different set high-frequency power levels that are different from each other. Filing specified pulses to the resonators of the accelerating structure 7 are carried out by pairs of pulses closely spaced in time, as shown in FIG. 2, with a time interval _/ between pulses in a pair much smaller than the time interval T ₂ between these pulse pairs, which can be, for example, 500 μs.

При этом, как показано на Фиг.2, обеспечивают синхронизацию времени подачи указанного первого импульса высокочастотной мощности от клистрона 22 в ускоряющую структуру 7 с временем подачи электронной пушкой 8 импульса тока первого пучка заряженных частиц, синхронизацию времени подачи указанного второго импульса высокочастотной мощности от клистрона 22 в ускоряющую структуру 7 с временем подачи электронной пушкой 8 импульса тока второго пучка заряженных частиц, синхронизацию частоты следования пар импульсов тока заряженных частиц, формируемых электронной пушкой 8, с частотой следования пар указанных импульсов высокочастотной мощности, формируемых клистроном 22. В процессе усиления клистроном 22 первой и второй высокочастотных мощностей подводимая к нему электрическая мощность не меняется.  At the same time, as shown in FIG. 2, the timing of the supply of the first first high-frequency power pulse from the klystron 22 to the accelerating structure 7 is synchronized with the timing of the current supply of the first beam of charged particles by the electron gun 8, the timing of the second high-frequency power pulse from the klystron 22 is synchronized into the accelerating structure 7 with the time when the electron gun feeds 8 current pulses of the second beam of charged particles, synchronizing the repetition rate of the pairs of current pulses of charged particles, forming emitted by the electron gun 8, with a repetition rate of pairs of the indicated high-frequency power pulses generated by the klystron 22. During the amplification by the klystron 22 of the first and second high-frequency powers, the electric power supplied to it does not change.

Изменение энергии пучков заряженных частиц от импульса к импульсу осуществляют изменением уровня ускоряющего поля ускоряющей структуры 7 за счет изменения уровня выходной мощности возбудителя 23 одновременно с изменением уровней первого и второго токов пучка электронной пушки 8.  The change in the energy of the beams of charged particles from pulse to pulse is carried out by changing the level of the accelerating field of the accelerating structure 7 by changing the level of the output power of the pathogen 23 simultaneously with changing the levels of the first and second currents of the beam of the electron gun 8.

На Фиг. 3 показаны результаты измерения энергетического спектра ускоренного пучка заряженных частиц в режиме изменения уровня энергии от импульса к импульсу между двумя заданными значениями, выполненных с помощью магнитного спектрометра, в координатах зависимости среднего тока I _av пучка от уровня энергии Е пучка. In FIG. Figure 3 shows the results of measuring the energy spectrum of an accelerated beam of charged particles in the mode of changing the energy level from pulse to pulse between two setpoints performed using a magnetic spectrometer in the coordinates of the dependence of the average current I _{av of the} beam on the energy level E of the beam.

При этом как на низком, так и на высоком уровнях энергии ускоряющая структура 7 работает на одной и той же частоте, первый импульс высокочастотной мощности импульсного многолучевого клистрона 22 синхронизирован по времени с первым импульсом тока пучка, а второй импульс мощности синхронизирован со вторым импульсом тока.  In this case, both at low and at high energy levels, the accelerating structure 7 operates at the same frequency, the first high-frequency power pulse of the pulsed multipath klystron 22 is time-synchronized with the first beam current pulse, and the second power pulse is synchronized with the second current pulse.

Контроль уровня ускоряющего поля осуществляют с помощью петли связи 18, установленной в одной из ускоряющих ячеек ускоряющей структуры 7.  The control of the level of the accelerating field is carried out using a communication loop 18 installed in one of the accelerating cells of the accelerating structure 7.

Генерацию тормозного излучения 13 осуществляют путем воздействия на тормозную мишень 12 в импульсном режиме последовательно поочередно первым и вторым пучками ускоренных заряженных частиц, обеспечивающими одинаковую заданную мощность дозы тормозного излучения 13 и имеющими отличный один от другого заданный уровень энергии пучка и отличный один от другого заданный ток пучка. The generation of bremsstrahlung 13 is carried out by acting on the braking target 12 in a pulsed mode sequentially alternately first and the second beams of accelerated charged particles, providing the same specified dose rate of bremsstrahlung 13 and having a different beam energy level and a predetermined beam current different from one another.

Тормозное излучение 13 получают на тормозной мишени 12, размещенной на выходе электронопровода 11 малого диаметра, установленного на выходе указанной ускоряющей структуры 7.  The bremsstrahlung 13 is obtained on the braking target 12 located at the output of a small diameter electric circuit 11 mounted at the output of said accelerating structure 7.

Заданную мощность дозы тормозного излучения 13 обеспечивают путем регулирования величины тока первого и второго пучков заряженных частиц электронной пушки 8.  A predetermined dose rate of bremsstrahlung 13 is provided by adjusting the current magnitude of the first and second beams of charged particles of the electron gun 8.

Контроль мощности дозы тормозного излучения 13 производят с помощью ионизационной камеры 15, установленной после тормозной мишени 12.  The control of the dose rate of bremsstrahlung 13 is carried out using an ionization chamber 15 installed after the braking target 12.

Для обеспечения попадания ускоренного пучка электронов 19 в центр тормозной мишени 12 паразитные магнитные поля в электронной пушке 8 и ускоряющей структуре 7 снижают до уровня, не превышающего уровень магнитного поля Земли, с помощью магнитного экрана 14. Подстройка положения пучка 19 на тормозной мишени 12 может быть осуществлена с помощью корректирующих катушек 21.  To ensure that the accelerated electron beam 19 enters the center of the brake target 12, the parasitic magnetic fields in the electron gun 8 and accelerating structure 7 are reduced to a level not exceeding the level of the Earth’s magnetic field using a magnetic shield 14. The adjustment of the position of the beam 19 on the brake target 12 can be implemented using corrective coils 21.

На Фиг. 4 показаны отображения импульсов первого и второго пучка с различным уровнем энергии в паре импульсов до их столкновения с тормозной мишенью 12: Фиг.4а,а1,а₂ - для пучка с низким уровнем энергии; Фиг.4Ь,Ь Ь₂ - для пучка с высоким уровнем энергии, для сравнения - изображение масштабной сетки с шагом 1 мм. In FIG. 4 shows mappings of pulses of the first and second beams with different energy levels in a pair of pulses before they collide with the brake target 12: Figs. 4a, a1, and ₂ for a beam with a low energy level; Fig. 4b, b ₂ - for a beam with a high level of energy, for comparison - the image of the scale grid with a step of 1 mm.

На Фиг.5 показан общий вид устройства для генерации тормозного излучения согласно изобретению в вышеописанном варианте выполнения, показанном на Фиг.1.  Figure 5 shows a General view of a device for generating bremsstrahlung according to the invention in the above embodiment, shown in Figure 1.

Таким образом, способ генерации тормозного излучения согласно изобретению с помощью устройства для генерации тормозного излучения согласно изобретению позволяет обеспечить генерацию тормозного излучения с изменением от импульса к импульсу уровня энергии между двумя заданными значениями и обеспечить возможность регулирования мощности дозы независимо для каждого заданного уровня энергии. При этом значительно снижены габариты устройства, что является важным при использовании устройств в качестве досмотровых комплексов, повышена надежность работы устройства. Специалистам в области физики пучков заряженных частиц должно быть понятно, что в способ генерации тормозного излучения согласно изобретению и в устройство для генерации тормозного излучения согласно изобретению могут быть внесены улучшения и модификации, не выходящие за рамки формулы изобретения. Thus, the method for generating bremsstrahlung according to the invention with the aid of a bremsstrahlung generator according to the invention makes it possible to generate bremsstrahlung from a pulse to a pulse of an energy level between two predetermined values and to enable the dose rate to be adjusted independently for each given energy level. At the same time, the dimensions of the device are significantly reduced, which is important when using the devices as inspection systems, and the reliability of the device is increased. It will be understood by those skilled in the art of charged particle beam physics that improvements and modifications may be made to the method for generating bremsstrahlung according to the invention and to the device for generating bremsstrahlung without departing from the scope of the claims.

Промышленная применимость Industrial applicability

Устройство для генерации тормозного излучения с использованием способа генерации тормозного излучения согласно изобретению может быть использовано в досмотровых комплексах, и при этом может быть изготовлено с помощью известных технологий с использованием известных материалов и оборудования.  A device for generating bremsstrahlung using the method of generating bremsstrahlung according to the invention can be used in inspection complexes, and can be manufactured using known technologies using known materials and equipment.

Claims

Формула изобретения Claim

1. Способ генерации тормозного излучения, в котором обеспечивают изменение уровня энергии от импульса к импульсу между двумя заданными значениями и возможность регулирования уровня мощности дозы для каждого заданного уровня энергии, при этом: 1. A method of generating bremsstrahlung, which provides a change in the energy level from pulse to pulse between two predetermined values and the ability to control the dose rate level for each predetermined energy level, wherein:

- генерацию тормозного излучения осуществляют путем воздействия на тормозную мишень (12) в импульсном режиме последовательно поочередно первым и вторым пучками ускоренных заряженных частиц, обеспечивающими одинаковую заданную мощность дозы тормозного излучения и имеющими отличный один от другого заданный уровень энергии пучка и отличный один от другого заданный ток пучка, причем:  - generation of bremsstrahlung is carried out by acting on the braking target (12) in a pulsed mode sequentially alternately by the first and second beams of accelerated charged particles, providing the same predetermined dose rate of bremsstrahlung and having a different beam energy level and a predetermined current different from one another beam, and:

- генерацию чередующихся первого и второго пучка заряженных частиц, имеющих одинаковый уровень энергии и отличный один от другого уровень тока, обеспечивают с помощью электронной пушки (8), имеющей катод (9), анод и управляющий электрод (10), путем подачи на катод (9) пушки импульсов напряжения, одинаковых для указанных заданных уровней энергии, и подачи на управляющий электрод поочередно электрических импульсов разной амплитуды, различных для указанных заданных уровней энергии, и при этом подачу указанных импульсов осуществляют парами импульсов, близко размещенных во времени, с интервалом времени между импульсами в паре много меньшим, чем интервал времени между указанными парами импульсов;  - the generation of alternating first and second beams of charged particles having the same energy level and a different current level from one another is ensured by an electron gun (8) having a cathode (9), an anode and a control electrode (10) by feeding to the cathode ( 9) guns of voltage pulses that are the same for the specified predetermined energy levels, and feed alternately electrical pulses of different amplitudes different for the specified specified energy levels to the control electrode, and the supply of these pulses is carried out by pairs of pulses owls, closely spaced in time with a time interval between pulses in a pair of much smaller than the time interval between said pulse pairs;

- ускорение первого и второго пучков заряженных частиц до первого заданного уровня энергии и второго заданного энергии, соответственно, осуществляют с помощью ускоряющей структуры (7) со стоячей волной путем воздействия на первый и второй пучки заряженных частиц парами близко размещенных во времени импульсов высокочастотной мощности, имеющих отличные друг от друга заданные уровни высокочастотной мощности и одинаковую частоту, при этом обеспечивают:  - acceleration of the first and second beams of charged particles to a first predetermined energy level and a second predetermined energy, respectively, is carried out using an accelerating structure (7) with a standing wave by exposing the first and second beams of charged particles in pairs of high frequency power pulses closely spaced in time, having different set high-frequency power levels and the same frequency, which are different from each other, while providing:

синхронизацию времени подачи указанного первого импульса высокочастотной мощности со временем подачи импульса тока первого пучка заряженных частиц; - синхронизацию времени подачи указанного второго импульса высокочастотной мощности со временем подачи импульса тока второго пучка заряженных частиц; synchronization of the supply time of the specified first pulse of high-frequency power with the time of supply of the current pulse of the first beam of charged particles; - synchronization of the supply time of the specified second pulse of high-frequency power with the time of supply of the current pulse of the second beam of charged particles;

- синхронизацию частоты следования пар импульсов тока заряженных частиц, формируемых электронной пушкой (8), с частотой следования пар указанных импульсов высокочастотной мощности;  - synchronization of the repetition rate of pairs of current pulses of charged particles generated by the electron gun (8) with the repetition rate of pairs of the indicated pulses of high-frequency power;

- изменение уровня энергии пучков заряженных частиц от импульса к импульсу осуществляют путем изменения уровней мощности указанных импульсов высокочастотной мощности одновременно с изменением уровней тока первого и второго пучка заряженных частиц;  - changing the energy level of the beams of charged particles from pulse to pulse is carried out by changing the power levels of these pulses of high-frequency power simultaneously with changing the current levels of the first and second beam of charged particles;

тормозное излучение (13) получают на тормозной мишени (12), размещенной на выходе электронопровода (11) малого диаметра, установленного на выходе указанной ускоряющей структуры (7);  bremsstrahlung (13) is received on a braking target (12) located at the output of a small diameter electric circuit (11) installed at the output of said accelerating structure (7);

- заданную мощность дозы тормозного излучения обеспечивают путем регулирования величины тока указанных первого и второго пучков заряженных частиц.  - a predetermined dose rate of bremsstrahlung is provided by adjusting the current magnitude of said first and second beams of charged particles.

2. Способ по п.1, в котором с помощью указанной ускоряющей структуры (7) поток, включающий первые и вторые пучки заряженных частиц, генерируемых электронной пушкой (8), подвергают воздействию ускоряющего поля, приводящего к модуляции скорости частиц, обеспечивающей частичную группировку частиц потока в сгустки, затем частично сгруппированный в сгустки поток подвергают воздействию ускоряющего поля более высокого уровня, обеспечивающего ускорение, дополнительную группировку частиц в сгустки и фокусировку потока, а затем поток подвергают воздействию ускоряющего поля с уровнем, выше ранее используемого, и обеспечивают фокусирование и ускорение сфокусированного потока до заданной энергии. 2. The method according to claim 1, in which, using the specified accelerating structure (7), a stream including the first and second beams of charged particles generated by the electron gun (8) is subjected to an accelerating field, which modulates the particle velocity, providing a partial particle grouping flow into bunches, then the partially grouped into bunches stream is subjected to an accelerating field of a higher level providing acceleration, additional grouping of particles into bunches and focusing of the stream, and then the stream is subjected to the action of the accelerating field at a level higher than previously used, and provide the focusing of the focused and accelerated to a given energy flux.

3. Устройство для генерации тормозного излучения с изменением уровня энергии от импульса к импульсу между двумя заданными значениями и возможностью регулирования мощности дозы для каждого из заданных уровней энергии, и устройство содержит: 3. A device for generating bremsstrahlung with a change in the energy level from pulse to pulse between two predetermined values and the possibility of adjusting the dose rate for each of the predetermined energy levels, and the device comprises:

- источник (1) тормозного излучения, включающий: - ускоряющую структуру (7) для ускорения заряженных частиц, снабженную резонаторами и выполненную в виде ускоряющей структуры со стоячей волной; - source (1) of bremsstrahlung, including: - accelerating structure (7) for accelerating charged particles, equipped with resonators and made in the form of an accelerating structure with a standing wave;

- источник заряженных частиц, приспособленный для генерирования и импульсной подачи пучков заряженных частиц в резонаторы ускоряющей структуры, в качестве которого использована электронная пушка (8), обеспечивающая возможность переключения величины тока от импульса к импульсу между двумя заданными значениями, при этом электронная пушка (8) выполнена трехэлектродной и содержит катод (9), анод и управляющий электрод (10);  - a source of charged particles, adapted to generate and pulse supply of beams of charged particles to the resonators of the accelerating structure, which is used as an electron gun (8), providing the ability to switch the current from pulse to pulse between two preset values, while the electron gun (8) made three-electrode and contains a cathode (9), an anode and a control electrode (10);

- электронопровод (11), имеющий малый диаметр и установленный на выходе указанной ускоряющей структуры (7);  - an electric wire (11) having a small diameter and installed at the output of the specified accelerating structure (7);

- тормозную мишень (12), расположенную на выходе электронопровода (11, столкновение с которой пучков ускоренных заряженных частиц вызывает генерацию тормозного излучения (13) с одинаковой мощностью дозы, и при этом столкновение первых пучков ускоренных заряженных частиц с мишенью приводит к генерации тормозного излучения (13), имеющего первый уровень энергии, столкновение вторых пучков ускоренных заряженных частиц с мишенью приводит к генерации тормозного излучения (13), имеющего второй уровень энергии, отличный от первого уровня энергии первых пучков;  - a brake target (12) located at the output of the electron wire (11, the collision of which beams of accelerated charged particles causes the generation of bremsstrahlung (13) with the same dose rate, and the collision of the first beams of accelerated charged particles with the target leads to the generation of bremsstrahlung ( 13) having a first energy level, the collision of second beams of accelerated charged particles with a target leads to the generation of bremsstrahlung (13) having a second energy level different from the first energy level of oh bundles;

- систему (2) высокочастотного питания, содержащую:  - system (2) high-frequency power, containing:

импульсный многолучевой усилительный клистрон (22), приспособленный для усиления и последовательной поочередной подачи в резонаторы ускоряющей структуры (7) первых и вторых импульсов высокочастотной мощности, имеющих отличные друг от друга заданные уровни мощности и одинаковую частоту, и снабженный фокусирующей системой на постоянных магнитах;  pulsed multipath amplification klystron (22), adapted for amplification and sequential sequentially supplying to the resonators of the accelerating structure (7) the first and second high-frequency power pulses having different power levels and the same frequency, and equipped with a focusing system with permanent magnets;

- возбудитель (23), приспособленный для последовательной импульсной подачи указанному клистрону (22) первой высокочастотной мощности и второй высокочастотной мощности низкого уровня, отличающихся уровнями высокочастотной мощности, и выполненный с возможностью изменения уровня указанных первой и второй высокочастотной мощности, поступающих на вход клистрона (22), между двумя заданными значениями от импульса к импульсу, при одинаковой частоте генерируемых колебаний для обоих значений энергии - the pathogen (23), adapted for sequential pulse supply to the specified klystron (22) of the first high-frequency power and the second high-frequency low-level power, differing in high-frequency power levels, and configured to change the level of the first and second high-frequency the power supplied to the input of the klystron (22), between two preset values from pulse to pulse, at the same frequency of generated oscillations for both energy values

- систему (3) высоковольтного питания, содержащую:  - a system (3) of high voltage power, comprising:

- источник электрической мощности, выполненный в виде модулятора (29), приспособленного для подачи электрической мощности на указанный клистрон (22) и на катод (9) указанной электронной пушки (8), причем уровни указанной электрической мощности одинаковы для первого и второго уровня энергии, и при этом приспособленного для подачи указанных электрических импульсов парами импульсов, близко размещенных во времени, с интервалом времени между импульсами в паре много меньшим, чем интервал времен между указанными парами импульсов, и  - an electric power source, made in the form of a modulator (29), adapted to supply electric power to the specified klystron (22) and to the cathode (9) of the indicated electron gun (8), the levels of the indicated electric power being the same for the first and second energy levels, and at the same time adapted to supply the indicated electrical pulses with pairs of pulses closely spaced in time, with a time interval between pulses in a pair much smaller than the time interval between these pairs of pulses, and

- источник (31) электрического питания управляющего электрода (10) электронной пушки (8), приспособленный для подачи на управляющий электрод (10) поочередно электрических импульсов разной амплитуды, соответствующих указанным заданным уровням энергии указанных пучков частиц, и при этом приспособленный для подачи указанных электрических импульсов парами импульсов, близко размещенных во времени, с интервалом времени между импульсами в паре много меньшим, чем интервал времен между указанными парами импульсов, и обеспечивающий возможность регулирования величины тока указанных первого и второго пучков путем изменения уровня указанного импульса напряжения;  - an electric power source (31) for the control electrode (10) of the electron gun (8), adapted for supplying to the control electrode (10) alternately electric pulses of different amplitudes corresponding to the specified energy levels of said particle beams, and while being adapted to supply said electric pulses by pairs of pulses closely spaced in time, with a time interval between pulses in a pair much smaller than the time interval between these pairs of pulses, and allowing lirovany current values of the specified first and second beams by changing the level of the specified voltage pulse;

- контроллер (5), обеспечивающий:  - controller (5), providing:

- синхронизацию времени подачи указанного первого импульса высокочастотной мощности со временем подачи импульса тока первого пучка заряженных частиц;  - synchronization of the supply time of the specified first pulse of high-frequency power with the time of supply of the current pulse of the first beam of charged particles;

синхронизацию времени подачи указанного второго импульса высокочастотной мощности с временем подачи импульса тока второго пучка;  synchronization of the time of supply of the specified second pulse of high-frequency power with the time of supply of the current pulse of the second beam;

- синхронизацию частоты следования пар импульсов тока первых и вторых пучков заряженных частиц, генерируемых электронной пушкой, с частотой следования пар импульсов высокочастотной мощности, генерируемых возбудителем, и с частотой следования пар импульсов высокочастотной мощности, подлежащих усилению клистроном; - систему (4) охлаждения, обеспечивающую охлаждение указанной ускоряющей структуры (7), указанной тормозной мишени (12), указанного клистрона (22) и указанного модулятора (29), - synchronization of the repetition rate of pairs of current pulses of the first and second beams of charged particles generated by the electron gun, with the repetition rate of pairs of high-frequency power pulses generated by the pathogen, and the repetition rate of pairs of high-frequency power pulses to be amplified by a klystron; - a cooling system (4) providing cooling of said accelerating structure (7), said brake target (12), said klystron (22), and said modulator (29),

и при этом устройство снабжено системой (6) управления, обеспечивающей изменение уровня энергии пучков ускоренных заряженных частиц от импульса к импульсу путем подачи указанному контроллеру (5)команд, обеспечивающих изменение уровней энергии указанных импульсов высокочастотной мощности одновременно с изменением уровней тока первого и второго пучка.  and the device is equipped with a control system (6), providing a change in the energy level of the beams of accelerated charged particles from pulse to pulse by giving the specified controller (5) commands that provide a change in the energy levels of these high-frequency power pulses simultaneously with a change in the current levels of the first and second beam.

4. Устройство по п.З, в котором модулятор (29) выполнен с возможностью питания клистрона (22) и катода (9) электронной пушки (7) первой электрической мощностью, обеспечивающей усиление клистроном (22) обоих указанных импульсов высокочастотной мощности и генерацию электронной пушкой (8) обоих пучков заряженных частиц.  4. The device according to claim 3, in which the modulator (29) is configured to power the klystron (22) and the cathode (9) of the electron gun (7) with the first electric power, which provides the klystron (22) to amplify both of these high-frequency power pulses and generate electronic gun (8) of both beams of charged particles.

5. Устройство по п.4, в котором модулятором (29) является твердотельный модулятор.  5. The device according to claim 4, in which the modulator (29) is a solid-state modulator.

6. Устройство по п.З, в котором указанный возбудитель (23) содержит синтезатор, твердотельный СВЧ усилитель и электронный аттенюатор на p-i-n диодах.  6. The device according to claim 3, wherein said pathogen (23) comprises a synthesizer, a solid-state microwave amplifier and an electronic attenuator with p-i-n diodes.

7. Устройство по п.З, в котором ускоряющая структура (7) содержит первую ячейку, являющуюся группирующей с низким уровнем ускоряющего поля, вторую ячейку, являющуюся ускоряющей и фокусирующей с уровнем ускоряющего поля выше, чем в первой ячейке, третью и последующие ячейки, являющиеся ускоряющими и фокусирующими с одинаковым уровнем ускоряющего поля, выше, чем во второй ячейке, при этом при подаче указанных сгустков из первой ячейки во вторую ячейку выбор расстояния между центрами зазоров первой и второй ячеек обеспечивает положение центра ускоряемого сгустка в области максимума ускоряющего поля второй ячейки при сдвиге фазы поля между ячейками на 180°.  7. The device according to claim 3, in which the accelerating structure (7) contains a first cell, which is grouping with a low level of the accelerating field, a second cell, which is accelerating and focusing with the level of the accelerating field higher than in the first cell, the third and subsequent cells, which are accelerating and focusing with the same level of the accelerating field, higher than in the second cell, and when these bunches are fed from the first cell into the second cell, the choice of the distance between the centers of the gaps of the first and second cells ensures the center position accelerated bunch in the region of the maximum accelerating field of the second cell with a phase shift of the field between cells by 180 °.

8. Устройство по п.7, в котором в ускоряющей структуре (7) высокочастотное напряжение U_g ускоряющего поля на зазоре первой ячейки выбрано из условия обеспечения максимальной амплитуды первой гармоники тока пучка в центре _g 7.36 8. The device according to claim 7, in which in the accelerating structure (7) the high-frequency voltage U _{g of the} accelerating field at the gap of the first cell is selected from the condition of ensuring the maximum amplitude of the first harmonic of the beam current in the center _g 7.36

зазора второй ячейки при условии: « , где: Г/о - напряжение  the gap of the second cell under the condition: ", where: Г / о - voltage

U₀ π(4η -\) U ₀ π (4η - \)

источника заряженных частиц, п = 1, 2, 3  source of charged particles, n = 1, 2, 3

9. Устройство по п.7, в котором в ускоряющей структуре расстояние L_g между центрами зазоров первой и второй ячеек определяется соотношением L 4п - \ , 9. The device according to claim 7, in which in the accelerating structure the distance L _g between the centers of the gaps of the first and second cells is determined by the ratio L 4n - \,

— = Я , где: ₀ = v₀/c , v₀ - величина скорости потока заряженных частиц- = I, where: ₀ = v ₀ / c, v ₀ is the value of the flow rate of charged particles

А» 4 A 4

на входе в группирующую ячейку, λ - длина электромагнитной волны источника высокочастотной мощности в свободном пространстве, с - скорость света, п = 1 , 2, 3....  at the entrance to the grouping cell, λ is the electromagnetic wavelength of the high-frequency power source in free space, s is the speed of light, n = 1, 2, 3 ....

10. Устройство по п.7, в котором в стенке указанной ускоряющей структуры (7) установлена петля связи (18), обеспечивающая контроль уровня ускоряющего поля и соответствующего уровня энергии ускоренного пучка (19) заряженных частиц.  10. The device according to claim 7, in which a coupling loop (18) is installed in the wall of the specified accelerating structure (7), which provides control of the level of the accelerating field and the corresponding energy level of the accelerated beam (19) of charged particles.

1 1. Устройство по п.З, в котором указанная ускоряющая структура (7) и указанная электронная пушка (8) размещены внутри экрана (14) из магнитомягкого материала.  1 1. The device according to claim 3, wherein said accelerating structure (7) and said electron gun (8) are placed inside the screen (14) of soft magnetic material.

12. Устройство по п. 3, в котором со стороны указанной тормозной мишени (12), обращенной в сторону выхода тормозного излучения (13), установлена ионизационная камера (15).  12. The device according to claim 3, in which an ionization chamber (15) is installed on the side of the indicated target (12), facing the output of the bremsstrahlung (13).

13. Устройство по п.12, в котором размещенные внутри указанного экрана (14) указанная электронная пушка (8) и указанная ускоряющая структура (7) совместно с указанной тормозной мишенью (12) и указанной ионизационной камерой (15) установлены внутри локальной радиационной защиты (16), в которой выполнена прорезь (17), обеспечивающая формирование и выведение в окружающее пространство пучка тормозного излучения (13).  13. The device according to item 12, in which the indicated electron gun (8) and the specified accelerating structure (7) located inside the specified screen (14) together with the specified brake target (12) and the specified ionization chamber (15) are installed inside the local radiation protection (16), in which a slot (17) is made, which ensures the formation and removal of a beam of bremsstrahlung into the surrounding space (13).

14. Устройство по п.13 в котором система (2) высокочастотного питания снабжена волноводом (24), обеспечивающим направление импульсов высокочастотной мощности, усиленных указанным клистроном (22), к указанной ускоряющей структуре (7), а размещенные внутри указанной радиационной защиты (16) указанная электронная пушка (8), указанная ускоряющая структура (7) и указанный электронопровод (1 1) с указанной тормозной мишенью (12) образуют единый вакуумный объем, изолированный от окружающей среды и снабженный вакуумным окном (20), размещенным в указанном волноводе (24) и проницаемым для указанных высокочастотных импульсов. 14. The device according to item 13 in which the high-frequency power system (2) is equipped with a waveguide (24) that provides the direction of high-frequency power pulses amplified by the indicated klystron (22) to the specified accelerating structure (7), and placed inside the specified radiation protection (16) ) the specified electron gun (8), the specified accelerating structure (7) and the specified electron conductor (1 1) with the specified brake target (12) form a single vacuum volume isolated from the environment and equipped with a vacuum window (20) located in the specified waveguide (24) and permeable to these high-frequency pulses.

15. Устройство по п. 14, в котором на указанном волноводе (24) размещена система (28) откачки, включающая геттерный насос, не требующий источника питания, обеспечивающий поддержание высокого уровня вакуума в указанном вакуумном объеме в течение срока эксплуатации устройства и сообщенный с указанным вакуумным объемом через прорези в узкой стенке указанного волновода (24).  15. The device according to claim 14, in which the pumping system (28) is located on the specified waveguide (28), which includes a getter pump that does not require a power source, which ensures maintaining a high level of vacuum in the indicated vacuum volume during the life of the device and communicating with the specified vacuum volume through the slots in the narrow wall of the specified waveguide (24).

16. Устройство по п. 15, в котором на указанном волноводе (24) установлен электроразрядный насос, величина тока которого определяется уровнем вакуума в указанном вакуумном объеме, сообщенный с указанным вакуумным объемом через прорези в узкой стенке указанного волновода (24).  16. The device according to p. 15, in which an electric discharge pump is installed on the specified waveguide (24), the current value of which is determined by the level of vacuum in the specified vacuum volume, in communication with the specified vacuum volume through slots in the narrow wall of the specified waveguide (24).