Ускоряющая структура линейного ускорителя электронов

Ускоряющая структура линейного ускорителя электронов

Реферат

 

Изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения - повышение темпа ускорения за счет ослабления частотной и температурной зависимости прироста энергии ускоренных частиц. Устройство содержит подводящий волновод 1, трансформатор типа волны 2, цепочку связанных резонаторов и согласованную резистивную нагрузку 10. Трансформатор типа волны 2 установлен на месте одной из ячеек цепочки и разделяет структуру на две части. Первая по ходу пучка часть структуры выполнена с отрицательной дисперсией, а вторая - с положительной. Первая часть структуры может быть выполнена из чередующихся участков резонансных структур с положительной и отрицательной дисперсией. Применение изобретения обеспечивает в 2N-1 раз ослабление допусков на нестабильность ее частоты и температуры, где N - число чередующихся участков структуры. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к линейным ускорителям электронов. Целью изобретения является повышение темпа ускорения за счет ослабления частотной и температурной зависимости прироста энергии ускоренных электронов. На фиг. 1 показан вариант ускоряющей структуры; на фиг. 2 - фрагмент структуры, содержащий стык участков; на фиг. 3 схематически показана волноводная структура; на фиг. 4 - комбинированная структура; на фиг. 5 и 6 - смещения фазы электронов по длине структуры Z, порожденные некоторым сдвигом частоты f, для волноводной и комбинированной структур [знаки (+) и (-) обозначают тип дисперсии]. Ускоряющая (комбинированная) структура состоит из подводящего волновода 1, входного трансформатора типа волны (ТТВ) 2 с окном связи 3, чередующихся участков с положительной дисперсией 4, 5 и 6, выполненных из ячеек периодического диафрагмированного волновода, и с отрицательной дисперсией 7 и 8, выполненных по типу бипериодической цепочки с соосными ячейками связи. Неиспользованная на ускорение пучка мощность выводится через выходной трансформатор типа волны 9 в согласованную нагрузку 10. Переходная ячейка 11 соединяет участки с различной дисперсией и обеспечивает расстояние, равное половине длины волны в волноводе _g/2 между центрами соседних ускоряющих ячеек. Устройство работает следующим образом. Поток ВЧ-мощности из прямоугольного волновода 1 через окно связи 3 поступает в ячейку входного ТТВ 2. Далее ВЧ-поток разветвляется на два парциальных потока, один из которых направляется в полноводную подструктуру, а другой - в резонаторную подструктуру. Оба потока, поражаясь одним и тем же полем в ТТВ, имеют здесь одинаковую фазу. Коэффициент деления мощности между подструктурами определяется размерами отверстий связи. Если направление движения пучка принять за положительное, то групповая скорость волны во втором потоке , совпадающая со скоростью распространения энергии, является отрицательной. Однако фазовая скорость волны , связанной с этим потоком является величиной знакопеременной. На участках с положительной дисперсией 4 и 5 < 0, т.е. волна здесь с пучком не взаимодействует. На участках же с отрицательной дисперсией 7 и 8 совпадает по величине и направлению со скоростью частиц, и, следовательно, энергия второго потока здесь передается пучку. При отражении от короткозамкнутого входа возникает третий парциальный поток, который, в противоположность второму, создает ускоряющую волну на участках с положительной дисперсией. Таким образом, эквивалентная ускоряющая волна на участках с различными знаками дисперсии создается и разными парциальными потоками. Изменение частоты поля или температуры структуры порождает набеги фаз в эквивалентной волне, которые на участках со знакопеременной дисперсией стремятся компенсировать друг друга. Условие короткого замыкания обеспечивает синфазность полей обоих потоков в граничной ячейке структуры, так что в ней образуется пучность стоячей волны. Резонаторная подструктура возбуждается на -типе колебаний, поэтому ускоряющие ячейки с пучностями поля чередуются в ней с ячейками связи, свободными от поля, которым соответствуют узлы стоячей волны. Ячейка ТТВ является ускоряющей и, следовательно, в ней фазы всех трех парциальных потоков совпадают. Будучи одинаково направленными, первый и третий потоки складываются в волноводной подструктуре и образуют единую ускоряющую волну, которая, после передачи части своей энергии пучку и стенкам структуры, направляется через выходной ТТВ 9 в согласованную нагрузку 10. При отклонении частоты электрон, вошедший в комбинированную структуру при = 0, на первом участке соскальзывает с гребня волны к концу участка смещается по фазе на ₁. На втором участке с противоположным знаком _g электрон вначале возвращается к гребню, затем переходит на другой склон волны, где смещается по фазе на ₂ и т.д. В результате в комбинированной структуре на отклоненной частоте электроны совершают параметрические фазовые колебания в окрестности максимума поля_. Особенность стоячей волны в комбинированной структуре состоит в том, что она образуется в результате лишь однократного отражения ВЧ-потока от входа структуры. Поэтому резонаторную подструктуру можно рассматривать как резонатор с низкой нагруженной добротностью и, следовательно, с широкой полосой пропускания частот. Для проверки этого утверждения был поставлен эксперимент. Исследовался макет, состоящий из 17 ячеек диафрагмированного волновода, причем ВЧ-мощность вводилась в 7 ячейку, считая от начала структуры. Было найдено, что величина КСВН не превышает 1,2 в области частот 27972 МГц. Отсюда следует, что согласование линии ВЧ-питания с входом комбинированной структуры действительно является достаточно широкополосным, и по этому критерию комбинированная структура приближается к волноводной. Применение комбинированной структуры в линейных ускорителях электронов позволяет заметно ослабить зависимость прироста энергии ускоренных электронов от частоты ВЧ-поля и температуры ускоряющей структуры, а следовательно упростить конструкцию задающего генератора и системы охлаждения ускоряющей структуры. Причем расширение рабочей области частот и температуры будет особенно полезным в ускорителях с большим тепловыделением в структуре (работающих, например, в квазинепрерывном или непрерывном режимах). Возникающие в таких случаях высокие градиенты температуры в стенках ускоряющих ячеек могут вызвать трудноконтролируемое смещение частоты рабочего типа колебаний. Использование комбинированной структуры дает возможность ослабить неблагоприятные последствия этого эффекта.

Формула изобретения

1. УСКОРЯЮЩАЯ СТРУКТУРА ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОНОВ, содержащая входной трансформатор типа волны и цепочку связанных резонаторов, оканчивающуюся согласованной резистивной нагрузкой, отличающееся тем, что, с целью повышения темпа ускорения за счет ослабления частотной и температурной зависимости прироста энергии ускоренных электронов, входной трансформатор типа волны установлен между ячейками цепочки и разделяет структуру на две части, причем первая по ходу пучка часть структуры выполнена с отрицательной дисперсией, а вторая - с положительной. 2. Структура по п. 1, отличающаяся тем, что первая часть ускоряющей структуры выполнена из чередующихся участков резонансных структур с положительной и отрицательной дисперсией.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6