Устройство для получения круговой развертки пучка заряженных частиц

Устройство для получения круговой развертки пучка заряженных частиц

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРУГОВОЙ РАЗВЕРТКИ .ПУЧКА ЗАРЯЖЕНСиловые линии магнитного поля НЫХ ЧАСТИЦ по авт. св. 471847, отличающееся тем, что, с целью уменьшения мощности, затрачиваемой на развертку пучка, и снижения энергетического разбрЬса частиц в пучке, в него введен источник постоянного аксиально-симметричного, однородного вблизи оси резонатора разверткимагнитного поля, направление .которого выбрано.так, что циклотронное направление вращения частиц пучка совпадает с направлением вращения высокочастотного магнитного поля на оси. резонатора. (Л С 12

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,(5, H 01 3л4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOlVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Силодые ливии магиианого поля: Я

3Ф»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (ф1) 471847 . (21.) 3431386/18-21 .(22) 12.03.82 (46) 23.09.83. Вюл. 9 35 (72) О.А. Нежевенко, М.И..Карлинер,.

Е.В. Козырев и A.t0.,Öàêñèìîâ (71) Институт ядерной физики Сибир-" ского отделения -АН -СССР (53 ) 621. 384. 8 (088. 8 ) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В .471847, кл. Н 01 J 3/34, 1975 (прототип ) . (54 ) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕ».::.

НИЯ КРУГОВОЙ РАЗВЕРТКИ ПУЧКА ЗАРЯЖЕН„„SU„„1043761 А

НЫХ ЧАСТИЦ по авт. св. Р 471847, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, . с целью уменьшения мощности, затрачиваемой на развертку пучка, и снижения энергетического разброса частиц в пучке, в него введен источник постоянного аксиально-симметричного, однородного вблизи оси резонатора развертки- магнитного поля, направление, которого выбрано.таК„ что циклотронное направление вращения частиц пучка совпадает с направлением вращения высокочастотного магнитно-. го поля на оси. резонатора.. 1043761

В =2

: е где е

m с

Орем

В 2

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю» щ е е с я тем, что в мего ввден магнитный экран с отверстием для. прохождения пучка, расположенный на расстоянии

Г е2= (м 1 ) яжз

w 2 а напряженность магнитного. поля источника определяется соотношением

Изобретение относится к мощным электровакуумным приборам сверхвысоких частот.

Чо основному авт. св. уу 471847 известно усФройство, прйменяющееся для получения круговой развертки пучка заряженных частиц, выполненное в виде цилиндрического, резона-: .тора, в центре торцевых стенок которого расположены отверстия для входа и выхода пучка. Через направленный ответвитель в резонаторе возбуждаются два колебания типа ТМ 110, сдвинутых в пространстве и во времени друг относительно друга на угол 90 . В результате суперпозиции двух таких колебаний возникают колебания с круговой поляризацией. Высокочастотное магнитное поле, вращающееся с частотой развертки, отклоняет пучок частиц, проходящий через центр резонатора и ориентированный перпендикулярно положению сило, :вых линий высокочастотного магнитного поля Р13.

С целью подавления резонансного высокочастотного разряда центральная часть одной из торцовых стенок резонатора может быть изолирована от остальной части кольцевой симметричной щелью, проходящей по узловой линии радиального электрического тока, и нодключена к источнику постоянного тока.

Мощность от генератора, необходимая для развертки пучка на заданный ,угол при помощи такого устройства, складывается из мощности потерь в стенка:: резонатора и мощности, затрачиваемой на ускорение частиц пучка, поскольку пучок, отклоняясь от оси резонатора, попадает в ускоряющее высокочастотное электрическое поле. При развертке сильноточных пучков эта мощность становится значительной, поскольку ее составляющая, связанная с ускорением пучка пропорциональна его току . Кроме тозаряд электрона; масса электрона; круговая частота развертки; релятивистский фактору отношение скорости частицы к скорости света; скорость света в вакууме;

0,1,2,3, ... у длина резонатора развертки. го, поперечные размеры пучка, существенные особенно при больших токах, приводят к тому, что отдельные чаСтицы пучка движутся в различных yc" ловиях и энергетический разброс, появляющийся при развертке и расту щий пропорционально диаметру пучка, становится значительным, что затрудняет дальнейшее использование пуч10

Целью изобретения является уменьшение мощности, необходимой для обеспечения развертки пучка заряженных частиц, и снижение энергетического разброса частиц пучка, возникающего при развертке.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для получения круговой развертки пучка заряженных частиц, содержащее цилиндрический

Я резонатор, снабженный средствами для возбуждения в нем колебаний с круговой поляризацией, причем централь. ная часть одной из торцовых стенок резонатора изолирована от осталь25 ной части кольцевой симметричной щелью, проходящей по узловой .линии радиального электрического тока,и подключена к источнику постоянного . тока,. введен источник постоянного, ЗО аксиально-симметричного, однородного вблизи оси резонатора развертки магнитного поля, направление которого выбрано так, что циклотронное направление вращения частиц пучка совпада35 ет с направлением вращения высоко» частотного магнитного поля на оси резонатора, а его напряженность onpweaaezca соотношением

4Ь е где e - эаряд электрона;

m — масса электрона;. фо — круговая частота разверткуеу. . у - релятивистский фактор.

КроМе того, в устройство введен магнитный экран с отверстием для про1043761 хождения пучка, расположенный на расстоянии

У/ь c () Рреъ

4 < у — l где p — отношение скорости частицы к скорости света; Э ,с - скорость света в вакууме; и — круговая частота развертки; .k — О, 1, 2, 3., Рреэ — длина резонатора развертки. 10

С помощью экранировки магнитного поля возможно провести вывод пучка в область без магнитного поля, в част* ности, применить предлагаемое уст-. ройство развертки в "Гкроконе". . 15

На фиг. 1 изображено описываемое устройство, общий вид; на фиг. 2 проекция траектории частицы пучка, вошедшей в устройство по.оси в определенный момент времени, на плос- р кость перпендикулярную к оси, при ее движении в резонаторе, в пространстве между резонатором и магнитным экраном после резонатора развертки и в свободном пространстве после экрана.

Устройство круговой развертки включает в себя резонатор 1, в центре торцевых. стенок которого расположены отверстие 2 входа и отверстие

3 выхода. Для подачи постоянного напряжения от источника 4 питания ,для.подавления резонансного высоко- . частотного разряда центральная часть одной из торцевых стенок отделена .от остальной части резонатора осесим-З5 метричной щелью 5 и. укреплена на.изоляторе .6. Для уменьшения электро- магнитного излучения в месте входа и выхода пучка установлены запредельные волноводы 7. Для возбуждения ф) колебаний с круговой йоляризацией служит направленный ответвитель 8, через который в .резонатор поступает мощность от высокочастотного генератора 9. Постоянное магнитное поле нужного направления создается катуш-.. ками 10, соосными с резонатором и питающимися постоянным током от источника 11. Для ограничения магнитного поля катушек применены тонкиемагнйтные экраны 12 и 13 с отверстиями 14 и 15, соосными с резонатором.

На фиг. 2 точка О обозначает ось резонатора, кривая 16 показывает поперечное движение частицы, влетевшей по оси в резонатор развертки, кривая

17 показывает движение частицы в пространстве между резонатором развертки и магнитным экраном, прямая 18, — движение в пространстве после экрана. 66

Устройство. работает следующим

:,.образом.

Пучок частиц вводится по оси че, рез отверстие 14 в магнитном экра".: не 12 и движется в постоянном магнит- 5 ном поле, создаваемым катушками 10 с током. При этом равновесный поперечный размер пучка из-за наличия постоянного магнитного поля достаточно мал. Через отверстие 2 пучок

;попадает в резонатор н отклоняется т вращающимся высокочастотным магнит- . ным полем с учетом действия постоянного магнитного поля, величина ко.торого

В = 2 е где е, m — заряд и масса электрона, у — релятивистский фактор выбрана соотвествующей Q=2ut, а направление циклотронного вращения час- тиц в нем совпадает с направлением вращения высокочастотного, магнитного поля. При этом частица, вошедшая по оси, движется в поперечной плоскости по кривой 16 (фиг. 2), и поперечное движение частицы происходит так, что она все время находится в плоскости, где электрическое поле равно нулю и, таким образом, не ускоряется. Поскольку пучок имеет конечный поперечный размер, то существуют частицы, влетевшие не точно по оси резонатора, и их движение происходит не точно в плоскости, где Е равно нулю: поэтому возникает энер гетический разброс, который впрочем весьма мал из-за малости поперечного размера пучка в магнитном поле. На бираемая в процессе развертки попе:речная скорость на выходе из резонатора такова, что при движении в постоянном магнитном поле после резонатора развертки частица, вошедшая па оси, движется по спирали, проходящей через ось; проекция этой спирали есть окружность 17 (фиг. 2). Магнитный экран 13 расположен на расстоянии от отверстия 3 выхода из резонатоРак

Р = 1ц». с (: и +1 ) /ш — Ppe>/ 2, где k — О, 1, 2, 3, ... и т.д.; .с — скорость света в вакууме; (u — круговая частота развертки;

7) — 3,141596;

P- длина резонатора развертки; . 4 (З вЂ” релятивистский параметр частицы; .

m — .масса покоя частицы.

При этом в месте выхода через отверстие 15 центральная частица пучка пересекает ось и поскольку компонента-магнитного поля, направленная

/ по радиусу, на оси равна нулю, поперечная скорость, приобретенная в процессе развертки, сохраняется, и в пространстве после экрана вышедшая частица движется по прямой 18; проекция :на поперечную плоскость которой изображена на фиг. 2.

1043761

Фиа2,t

Составитель И. Артюх

Редактор Н. Лазаренко Техред С.Мигунова Корректор И. Ватрушкина

Заказ 7349/57 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Для частиц, вошедших по оси в систему развертки в другие моменты времени, траектория движения получается вращением (фиг. 2 ) относительно точки О. Частицы, входящие в систему не.по оси при входе через отверстие 14 в экране 12 и выходе через отверстие 15 в экране 13, приобретают одинаковые, но противоположного знака угловые скорости вращения относительно частицы, входящей и выходящей из системы по.оси, поэтому .угловой разброс при выходе через отверстие 15 не возникает. Постоянное магнитное поле "доворачивает" частицы по направлению к вра- 15 щающейся плоскости нуля электрического высокочастотного роля (Е2), уменьшая таким образом потери на ускорение пучка. Это есть общее свойство движения частиц в суммарном 20 постоянном и высокочастотном электро-, магнитном поле ТМ110.с круговой поляризацией при указанном выборе направления магнитного поля. При величине постоянного магнитного по,ля, В такой, что соответствующая .ему

| циклотронная частота Я в два раза больше частоты развертки ю, частица пучка, влетевшая в резонатор цо оси, отклоняясь от оси, все время движется .в нуле Е2, находясь в синхронизме с,вращением высокочастотного поля.

При этом мощность генератОра,. возбуждающего высокочастотное поле, затрачивается только на компенсацию потерь в стенках резонатора. Энер". . гетический разброс, меньший в предлагаемой системе, чем в известной, является следствием того, что задан" .ному току пучка в постоянном магнитном поле соответствует меньший поперечный размер и .частицы пучка движутся. в более одинаковых условиях, чем в известном устройстве. Кроме того, создание в резонаторе постоянного магнитного поля величины, соответствующей Я=2Щ позволяет организовать выход пучка в пространство, свободное от вводимого поля путем резкого ограничения магнитного поля на таком расстоянии от выхода из резонатора развертки, где центральная частица пучка, движущаяся в постоянном поле после резонатора развертки, пересекает ось резонатора. При этом не происходйт потери поперечной скорости, приобретенной частицами в процессе развертки, и не возникает угловой разброс скоростей частиц пуч- ка при его выходе в свободное пространство. Аналогично, .подобный выход пучка можно организовать и при полях другой величины, но при, 9=2соон наиболее оптимален.

Использование предлагаемого устройства в мощных электровакуумных. приборах и анализаторах пучка позволяет получить развертку пучка при значительно.меньшей мощности возбуждающего .генератора. В частности его применение в мощном релятивистском приборе с несгруппированным пучком

"Гиркон" 1 позволяет увеличить его коэффициент усиления в 10-15 раз, а также несколько увеличить его КПД из-за меньшего энергетического раз-, броса в предлагаемой системе, чем в существующей. Аналитические расчеты и численное моделирование подтверждают перечисленные преимущества..