Линейный резонансный ускоритель электронов

Линейный резонансный ускоритель электронов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть использовано для стабилизации параметров ускоренных электронных пучков. Цель изобретения - упрощение стабилизации параметров вьшеденного пучка. Между ускоряющей секцией 2, соединенной посредством волновода 4 для передачи СВЧ-мощности с ВЧ-генератором 3, и устройством 7 для вывода пучка из ускорителя установлена пассивная резонансная система (С) 5. Последняя содержит один или несколько резонаторов 6, причем собственная частота С 5 близка к заданному значению частоты следования сгустков частиц или ее п-й гармонике. В описании приведено условие, определяющее размеры С 5. Стабилизация пучка сводится к стабилизации произведения 16, где 1 - импульсный ток ускорителя; энергия частиц без учета нагрузки пучком; k - 1, 2, 3 соответственно при стабилизации мощности пучка на выходе ускорителя, плотности тока, выведенного пучка, поверхностной плотности вьшеденного пучка. Механизм стабилизации произведения 1 состоит в том, что при изменении тока пучка потери энергии частиц в С 5 изменяются так, что произведение 16 остается неизменным. 2 ил. (Л 00 О) СП 00 СХ)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

65378 А1 (19) (11) 151) 4 Н 05 Н 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

М А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4084300/24-21 (22) 02.07.86 (46) 07.01.88. Бюл. Р 1 (72) В.А.Вишняков, В.А.Кушнир, В.П.Ромасько и А.М.Шендерович (53) 621.384.6(088.8) (56) Лебедев А.Н. и др. Основы физики и техники ускорителей. — М.: Э-И, 1983, т. 3.

Армянский Е.В. и др. Измерение и стабилизация тока инжектора линейного электронного ускорителя. Сб. Ускорители. — M. А-И, в. VIII, 1966, с. 158-167. (54) ЛИНЕЙНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ

ЭЛЕКТРОНОВ (57) Изобретение может быть использовано для стабилизации параметров ускоренных электронных пучков. Цель изобретения — упрощение стабилизации параметров выведенного пучка. Между ускоряющей секцией 2, соединенной посредством волновода 4 для передачи

СВЧ-мощности с ВЧ-генератором 3, и устройством 7 для вывода пучка из

1 ускорителя установлена пассивная резонансная система (С) 5. Последняя содержит один или несколько резонаторов 6, причем собственная частота

С 5 близка к заданному значению частоты следования сгустков частиц или ее и-й гармонике. В описании приведено условие, определяющее размеры

С 5. Стабилизация пучка сводится к стабилизации произведения IE, где Т. — импульсный ток ускорителя; с. энергия частиц без учета нагрузки пучком; k — 1, 2, 3 соответственно при стабилизации мощности пучка на выходе ускорителя, плотности тока, выведенного пучка, поверхностной плотности выведенного пучка. Механизм к стабилизации произведения IC состоит в том, что при изменении тока пучка потери энергии частиц в С 5 измек няются так, что произведение ТЕ остается неизменным. 2 ил, 1365378

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для стабилизации параметров ускоренных электронных пучков.

Цель изобретения — упрощение стабилизациИ параметров выведенного пучка.

На фиг. 1 схематично приведен пример конкретного выполнения ускорителя; на фиг. 2 — экспериментальная зависимость потерь энергии частиц в одном пассивном резонаторе.

Предлагаемое устройство представляет собой односекционный резонансный ускоритель электронов на бегущей волне и содержит электронную пушку ускоряющую секцию 2, высокочастотный генератор 3, волновод 4 для передачи

СВЧ-мощности от генератора к ускоряющей секции и пассивную резонансную систему 5, представляющую собой последовательность слабосвязанных пассивных цилиндрических резонаторов с отверстиями 6 для пролета пучка.

Резонаторы установлены перед устройством 7 для вывода пучка из ускорителя.

Стабилизацию мощности выведенного пучка либо тока пучка или поверхностной плотности мощности пучка можно свести к стабилизации произведения.

IE. где I -импульсный ток ускорителя, А; g — - энергия частиц без учета нагрузки пучком, эВ; k=1 при стабилизации мощности пучка на выходе ускорителя; k=2 при стабилизации плотности тока выведенного пучка; k=3 при стабилизации поверхности выведенного .пучка. При пролете пучка через пассивную резонансную систему, настроенную на частоту f, близкую к и-й гармонике частоты ускорителя f, он возбуждает в системе электромагнитные колебания.

Частицы пучка тормозятся и теряют энергию дГ, равную ьЕ = еХК; (1)

Кроме того, энергия частиц на выходе ускорителя зависит от импульсного тока пучка благодаря эффекту нагрузки ускоряющих секций. пучком. В результате энергия частиц на выходе пассивной структуры равна с, =, - eRI ей,Т, (2) значит величина

IK = (Е, — e(R+R I)) 1, (3) к

ЙХ (Ы) = О. (4) Подставляя (3) в (4) и пользуясь (1) и (3), получают условие стабилизациии

20,„, (f-пК ) z eIR (k+1 а

) 1 у

E,-å(k+1) IRg

25 где Q u R — добротность и шунтовое сопротивление, Ом/м, .пассивной резонансной системы;

К вЂ” шунтовое сопротивление

30 ускоряющей системы, Ом/м; е — заряд электрона, э;

k--1 — при стабилизации мощности пучка на выходе ускорителя;

k=2 — при стабилизации плотности тока выведенного пучка;

k--3 - при стабилизации поверх40 ностной плотности выведенного пучка;

I — - импульсный ток пучка, А;

Я вЂ” энергия частиц без учета нагрузки пучком, эВ.

45 Таким образом из изложенного видно, что механизм стабилизации произведения ТЕ" с помощью предлагаемого устройства состоит в том, что при изменении тока пучка потери энергии часВ0 тиц в пассивной системе изменяются так, что произведение ?Я " остается неизменным.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно зная Величину им пульсного тока ускорителя I и энергию частиц при отсутствии электронной нагрузки Ео, выбирают R пассивной резонансной структурыи сучетом велигде с,, — энергия частиц без учета

10 нагрузки пучком, Эта величина будет стабилизирована при условии, что

1365378

° 1

sin .К—

Я (6) I =2I о 1»

У я, 50 где — длина волны на рабочей частоте ускорителя.

Продольное электрическое поле, возбуждаемое пучком в пассивном резонаторе, настроенном на и-ю гармонику частоты следования сгустков, пропорционально I и,и добротности резонатора . Следовательно чины шунтового сопротивления К каждого из резонаторов — их количество согласно выражению (5), Пассивную систему выбирают так, что количество

5 резонаторов превышает оптимальное значение, а условие (5) при заданном

К выполняют, осуществляя необходимую расстройку резонаторов, например изменяя их температуру. При выполнении условия (5) и стабилизации, например, плотности тока пучка (К=2), нестабильность тока пучка ускорителя вызывает согласно (2) изменение энергии частиц Е . В свою очередь изменение энергии приводит в изменению угла 9 а следовательно, плотности тока в плоскости, перпендикулярной оси ускорителя. Таким образом, устройство в данном случае позволяет поддерживать неизменность плотности тока при изменении величины тока, выведенного пучка. Аналогично устройство позволяет стабилизировать мощность пучка или плотность мощности пучка при соот- 25 ветствующем выборе параметров пассивной структуры (К=1 или К=З соответt » ственно) .

Резонансная частота пассивной резонансной системы близка (игуи рав- 30 на) частоте следования электронных сгустков или ее и-й гармонике. Для достижения эффекта стабилизации при минимальной длине пассивной резонансной структуры необходимо выбрать такой номер гармоники, при котором шунтовое сопротивление пассивной системы, приходящееся на единицу длины, будет максимальным. Выбор оптимального значения и можно произ- 40 вести из следующих соображений.

Рассмотрим последовательность сгустков пучка ускорителя прямоугольной формы длиной 1. Тогда, очевидно» и-я гармоника тока пучка равна.(и 1)

sin ---— () о ,и Я (и 1) (a) (7) Е = constПоскольку в свою очередь обратно пропорционально и

-Я где Q — добротность на 1-й гармонике, то и 1

sin (- — ) h

const Ео g, -- — — — —. (8) Анализ выражения (8) показывает, что оно максимально, когда

1 17

n =

I (9) Формула изобретения

Линейный резонансный ускоритель электронов, содержащий источник электПоскольку и является целым числом, то наибольшее поле, возбуждаемое пучком, а следовательно и наибольшее шунтовое сопротивление резонатора на единицу длины будет иметь место при и равном целому числу, наиболее

1 172 близкому к величине - ††. При этом длина пассивной структуры, обвспечик вающая стабилизацию величины If будет наименьшей.

В рассмотренном примере для реализации стабилизации используются пассивные цилиндрические резонаторы. Но это не является обязательным для реализации предлагаемого устройства. к

Стабилизацию величины If можно осуществить» устанавливая на выходе ускорителя и другие пассивные резонансные системы, например последовательность пассивных резонаторов прямоугольного поперечного сечения или пассивный диафрагмированный волновод.

В каждом случае размеры пассивной системы надо выбирать таким образом, чтобы выполнялось условие (5), тогда будет обеспечена стабилизация величины If для каждой из таких пассивных резонансных систем. и К е

4(1 (.) 2 1 (f — rlfo) е IR (К+1) и f,-eIRso K+1) 18

Nsd)

08

0g

2y(A) 02 03

PN.2

Составитель С. Громов

Техред М.Ходанич Корректор М, Максимишинец

Редактор Н. Яцола

Заказ 6659/57

Тираж 833 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

5 1365378 ронов, по крайней мере одну ускоряю- где Q щую секцию, соединенную с высокочастотным генератором, за которым расположено устройство для выпуска пуч -.

5 ка, отличающийся тем, что, с целью упрощения стабилизации параметров выведенного пучка, между ускоряющей секцией и устройством для выпуска пучка установлена пассивная содержащая один или несколько резонаторов резонансная система с собственеой частотой f, близкая к заданному значению частоты следования сгустков частиц f, или ее и-й гармонике, а размеры выбраны из условия — добротность и шунтовое сопротивление Ом/м, пассивной резонансной системы; — шунтовое. сопротивление ускоряющей системы, Ом/м; — заряд электрона, э;

1 при .стабилизации мощности пучка на выходе ускорителя;

= 2 при стабилизации плотности тока выведенного пучка;

= 3 при стабилизации поверхностной плотности мощности выведенного пучка; импульсный ток пучка, А; энергия частиц беэ учета нагрузки пучком, эВ °