Микротрон

Микротрон

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. МИКРОТРОН, содержащий магнит с регулирующей напряженностью магнитного поля, между полюсами которого размещена вакуумная камера, в которой расположены неподвижно закрепленный магнитный шунт для вывода ускоренных частиц и ускоряющий резонатор , в котором расположен катодшлй узел с катодом, при этом резонатор снабжен средствами для его перемещения вдоль линии, совпадающей с общим диаметром орбит.ускоряемых частиц, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона плавной перестройки энергии пучка ускоренных частиц, без уменьшения интенсивности, в него введен регулируемой источник светового излучения, снабжённый средствами дпя перемещения потока светового излучения вдоль катода, а катод 3 выполнен в виде ленты с регулярной структурой нитевидных кристаллов. 2. Микротрон по П.1, отличающийся тем, что средства для перемещения потока светового излучения выполнены магнитоуправляемыми. а со :о ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУЬЛИН

09) (И) (51) 4 Н 05 Н 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф, Я@, р (21) 3627697/24-21 (22) 29. 07. 83 (46) 30. 07. 87. Бюл. М 28 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.N. Кирова (72) С.А.Воробьев, В.И.Гриднев и 10.П. Суров (53) 621.384 ° 6 (088.8) (56) Беловинцев К.А. и др. Сильноточный микротрон-инжектор в кн. "Труды .международной конференции по ускорителям". М., А.И., 1964, с. 1058.

Капица С.П. и Ктлехин В. Н. Иикротрон, М., А.И., 1969, с. 162. (54) (57) 1, ИИКРОТРОН, содержащиймагнит с регулирующей напряженностью магнитного паля, между полюсами которого размещена вакуумная камера, в которой расположены неподвижно закрепленный магнитный шунт для вывода ускоренных. частиц и ускоряющий резонатор, в котором расположен катодный узел с катодом, при этом резонатор снабжен средствами для его перемещения вдоль линии, совпадающей с общим диаметром орбит. ускоряемых частиц, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона ппавной перестройки энергии пучка ускоренных частиц. беэ уменьшения интенсивности, в него введен регулируемай источник светового излучения, снабженный средствами для перемещения потока светового излучения вдоль катода, а катод выполнен в виде ленты с регулярной структурой нитевидных кристаллов.

2. Иикротрон по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что средства для перемещения потока светового излучения выполнены магнитоуправляемыми

1163795

Изобретение относится к ускориt . тельной технике и может быть исполь-, зовано при разработке и в процессе эксплуатации мнкротронов.

Известен микротрон, содержащий вакуумную камеру с неподвижно закрепленным выводным шунтом, магнит с регулируемой напряженностью магнитного поля, ускоряющий резонатор с катодным узлом, в котором с целью увеличе- ния коэффициента захвата, а значит и расширения эффективной ширины диапазона плавной перестройки энергии при. Iö = const где I ток ускоренных электронов, катод выполнен протяженным, т<,е. в виде ленточного термоэмиттера. В этом микротроне при . плавной перестройке энергий велика доля эмиттируемых электронов, которые не доходят до конца ускорения, т.е. снижен коэффициент захвата, главным образом .за счет изменения оптики системы катод †. щель. Креме того., ускоренный ток в данном случае будет спадать на краях диапазона перестройки параметра 52 характеризующего прирост энергии sa оборот, снижая тем самым эффективную величину диапазона перестройки, Кроме того, следуе г подчеркнуть, что расширение дпапазона перестройки в данном устройстве реализуется за счет снижения. эффективности режима ускорения („ = Рц/Р (где P> — мощность пучка ускорителя на N-той орбите, Р— мощность, идущая на ускорение полного тока, эмиттированного в резонатор), а значит и КПД ускорителя в целом.

Наиболее близким к предлагаемому

: является микротрон, содержащий магнит с регулируемой напряженностью магнитного поля, мвту полюсами которого размещена вакуумная камера, в которой расположены неподвижно закрепленный магнитный пункт для вывода ускоренных частиц и ускоряющий резонатор, в котором, расположен катодный узел с катодом, при этом резонатор снабжен средствами для его перемещения вдоль линии, совпадающей с общим диаметром орбит ускоренных частиц.

Перемещением ускоряющего резонатора вдоль общего диаметра орбит достигается дискретная перестройка энергии ускоренных электронов.

Кроме того, данное устройство позволяет осуществить плавную перестройку энергии посредством изменения величины магнитного поля, что достигается изменением, например, тока электромагнита и соответствующего ему изменения СВЧ-мощности, подводимой к резонатору, так как мощность потерь в стенках резонатора Р„ - f2 (параметром я характеризуется прирост энергии электронов за оборот, а значит и полная энергия электронов на выводной орбите микротрона).

Недостатком данного устройства в отношении плавной перестройки энергии является зависимость выведенного ускоренного .тока от требуемой энергии электронов, которая определяется зависимостью коэффициента захвата К =

I„/I от параметра (2 где I — ток ускоренных электронов;

I — полный ток эмиссии с катода.

О

Дру,гимн словами, при некотором

25 фиксированном значении I (при 1, = const) данному устройству присуще сужение эффективного . диапазона плавной перестройки энергии.

Целью настоящего изобретения явщ ляется расширение диапазона плавной перестройки энергии пучка ускоренных частиц без уменьшения интенсивности.

Поставленная цель достигается тем, 35 что в известный микротрон, содержащий магнит с регулируемой напряженностью магнитного поля, между полюсами которого размещена вакуумная камера, в которой расположены неподвижно

40 закрепленный магнитный шунт для Выво да ускоренных частиц и ускоряющий резонатор, в котором расположен катодный узел с катодом, при этом резонатор снабжен средствами для его перемещения вдоль линии, совпадающей с общим диаметром орбит ускоренных частиц, введен регулируемай источ-, ник светового излучения, снабженный средствами для перемещения потока

50 светового излучения вдоль катода, а катод выполнен в виде ленты с регу-. лярной структурой i нитевидных крис-, талловв.

Кроме того, средства для перемеще55 ния потока светового излучения могут быть магнитоуправляемыми.

Выполнение катода в виде регулярной структуры нитевидных кристаллов, материалом которых является полупро5

3 водник р-типа или высокоомный полу, проводник п-типа, служит достижению цели по той причине, что для них характерны наличие участка насыщения автоэмиссйонной вольтамперной характеристики и фоточувствительность на .этом участке. При этом плотность темнового тока автофотоэмиссии (т.е, ппотность тока в отсутствие воздействия света) при данном значении напряженности электрического поля у поверхности катода минимум в 10 раэ меньше плотности автофототока при воздействии света с длиной волны, соответствующей фундаментальной полосе поглощения приповерхностного слоя, Таким образом, появляется возможность с помощью источника света и устройства его перемещения вдоль ка тодной ленты "включать" определенный участок автофотокатода ускоряющего резонатора микротрона, координата которого соответствует данному значению параметра 5 . Вариация интенсивности пучка света в соответствии с люкс-амперной характеристикой автофотокатода позволяет поддерживать ток ускоренных электронов на заданном уровне при плавной перестройке энергии во всем диапазоне 2, который определяется рабочей областью.

На чертеже приведена схема микротрона.

Катод 1 размещен на внутренней новерхности крышки управляющего резона тора 2. Дпя управления работой катода (автофотокатода) применены источник 3 светового излучения и средство. 4 перемещения магнитоуправляемое устройство, которое в зависимости от конкретного исполнения источника может управлять устройством перемещения вдоль катода луча света либо устройством перемещения самого источника света). Ускоренные электроны выводятся посредством магнитного шухта 5, который неподвижно закреплен относительно стенки вакуумной камеры 6, Обратная связь между выведенным током и интенсивностью света, испускаемого источника 3, осуществляется посредством монитора 7 и устройст-: вом 8 согласования. Катод 1 представляет собой регулярную структуру нитевидных кристаллов, выполненную в виде ленты.

Под регулярной структурой нитевидных кристаллов понимается совокуп3795

4 ность монокристаллов, отделенных друг от друга промежутками 20-40 мкм, диаметром у основания 1 мкм и высотой до 10 мкм. Такая структура получается путем управляемого выращивания ее по механизму пар — жидкость — кристалл (НКК) на соответствующей подложке. Подложкой в случае полупроводников является, как правило, монокристалл или эпитаксиальная ппенка из материала, роДственного или тождественного материалу нитевидных кристаллов.

Управляемость роста нитевидных кристаллов позволяет варьировать приведенные выше параметры регулярной структуры в зависимости от условий применения. В частности, для предлагаемого нами устройства существенна величина промежутка между монокристаллическими остриями, поскольку она определяет точность установки координаты катода. Здесь следует подчерк нуть, что фоточувствительностью обладают только острия и только.при наличии у поверхности их электрического поля, Таким образом, регулярная структура нитевидных кристаллов, выращенная по ПЖК-механизму, выгодно отличается от традиционной в автоэмисионной технике системы макроострий, так как:; а) отсутствует техническая проблемп крепления острий; б) параметры острий, выращенных по

ПЖК-механизму, значительно более однородны в) острия-монокристаллы по своему . совершенству существенно ближе к идеапьной структуре монокристапла, чем объемные монокристалпы, а тем более поликристаллы, что в конечном итоге определяет их высокую электрит ческую прочность (т.е. стойкость к испарению полем и к бомбардировке заряженными частицами).

Иикротрон работает следующим образом. Под действием СВЧ поля вблизи поверхности катода 1 работающего на участке насыщения автоэмиссионной вольт-амперной характеристики, создается обедненная область. Падающий на определенную часть катода пучок света генерирует электроны для обедненной области, что приводит к существенному увеличению эжттирующего тока, который далее ускоряется .в соответствии с принципамн работы микротрона.

5 11637

Изменение энергии выводимых электронов осуществляется путем изменения напряженности магнитного поля магнита. При этом магнитоуправляемое устройство 4 перемещает луч света вдоль катода 1, а компенсация изменения величины ускоренного тока, которое измеряется монитором 7, осуществляется изменением интенсивности света, испускаемого источником 3. В зависимос-.1р ти от конкретной реализации источника параллельной перенос луча света вдоль катода может осуществляться магнито" управляемым устройством 4,которое перемещает либо сам источник либо,при непод-15 вижном относительно данного перемещения источнике,перемещаетлуч света.

Вследствие изменения координаты катода, в зависимости от величинымагнитного поля лишние электроны не испускаются, 2р а значит, повышается эффективность режима ускорения, Ускоренные электроны выводятся обычным образом посредством шунта 5.

Так осуществляется плавная пере- 25 стройка энергии выводимых электронов к окрестности некоторой фиксированной орбиты при неподвижном резонаторе 2. Когда ускоряющий резонатор перемещается вдоль общего диаметра ор- Зр бит устройством его перемещения (на чертеже не показано) на расстояния, кратные расстоянию между соседними орбитами, и на такие же расстояния перемещается источник 3 (как показано на чертеже), или луч света, испускаемый источником, достигается цель сплошного перекрытия диапазона энергией ускоряемых в микротроне электронов. При этом благодаря применению 4р монитора 7 и устройства 8 согласования, которые регулируют интенсивность света, испускаемого источником, достигается дополнительная цель — под" держивание заданной величины выводи- 45 мого тока электронов во всем диапазоне энергий ускоряемых в микротроне электронов.

Следует подчеркнуть, что магнито- 5р управляемое устройство и устройство перемещения резонатора и луча света (в общем случае) обеспечивают две ,степени свободы для перемещения луча света, испускаемого источником: B) тонкое перемещение (реализующее плавную перестройку энергии между соседними орбитами при неподвижном резонаторе), б) .грубое перемещение, 95 6

Примером конкретного материала автофотокатода может служить Si-Si (Cu) .

Благодаря высокой степени управляемости ростом нитевидных кристаллов по ПИК механизму радиус закругления острия можно задавать в широком диапазоне, а зависимости от напряженности электрического поля у его поверхности. В настоящее время для реализации предлагаемого устройства радиус закругления острия следует подбирать экспериментально, поскольку работа автофотокатода в СВЧ-полях специфична.

Крепление ленточной системы нитевидных кристаллов на стенке резонатора осуществляется диффузионной сваркой (или каким-либо иным способом— в зависимости от выбранного материала автофотокатода).

В качестве источника светового излучения целесообразно выбрать монохроматический, так как это позволяет более тонко управлять работой автофотокатода. Так, для материала Si-Si(Cu) целесообразно применить возбуждающий свет с длиной волны А 0,7 мкм. При исследовании автофотокатодов в качестве источника светового излучения применяли лампу накаливания с монохроматором. Очевидно, для реализации предлагаемого устройства можно применять подобную систему, Однако в сравнении, например, с инжекционным лазером эта система более громоздка, Таким образом, в первом случае источник 3 располагается вне вакуумной камеры 6 микротрона, и для ввода света требуется окно, а во втором случае возможно размещение источника в камере микротрона, В качестве ускоряющего резонатора предлагаемого микротрона целесообразно. применить цилиндрический резонатор, имеющий пролетное отверстие в виде горизонтальной щели, длина которой приближенно равна длине ленточного катода.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство поз-. воляет реализовать плавную перестройку энергии выводимых электронов во всем диапазоне энергий ускоряемых электронов при неизменной величине тока выводимых электронов.

В качестве дополнительных преимуществ технического решения следует отметить:

Последнее обстоятельство приводит к необходимости сооружения дополнительной защиты, особенно при проведении исследований радиационно-чувствительяих объектов, например биоло10 гических.

Редактор П.Горькова Техред А.Кравчук

Корректор В.Бутяга

Тираж 801 Подписное

ВНИИПИ Государственного помнтета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3608/1

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1163795 8 а) повышение надежности катодного корителя и создавая дополнительный узла микротрона благодаря уникальным фон жесткого электромагнитного .излусвойствам нитевидных кристаллов, чения. б) существенное уменьшение количества лишних электронов, которые захватываются в процессе ускорения при неблагоприятных начальных условиях, а затем выбывают на различных его этапах, понижая тем семам эффективность режима ускорения „, КПД ус