Ускоритель высокоскоростных твердых частиц

Ускоритель высокоскоростных твердых частиц

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц.

Известен ускоритель для моделирования микрометеоритов, состоящий из инжектора, индукционных датчиков, усилителей, линейного ускорителя, источника фиксированного высокого напряжения, цилиндрических электродов, селектора скоростей, селектора удельных зарядов, генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блока сопряжения, электронно-вычислительной машины, усилителя пачки импульсов переменной длительности, каскадного генератора, мишени (патент на изобретение №2205525, МПК Н05Н 5/00, Бюл. №15 от 27.05.2003).

Наиболее близким аналогом является ускоритель высокоскоростных твердых частиц, содержащий инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блок сопряжения, электронно-вычислительную машину, усилитель пачки импульсов переменной длительности, каскадный генератор, токоведущие шины, мишень, калибровочные секции, состоящие из трех цилиндрических электродов, и токоведущие шины, выполненные в виде квадруполя (патент на изобретение №2371891, МПК Н05Н 5/00, Бюл. №30 от 27.10.2009).

Однако он обладает следующими недостатками:

- Во время эксплуатации в тракте ускорителя скапливается большое количество частиц, которые засоряют тракт. Если частицы металлические, то они являются причиной электрических пробоев, что делает работу ускорителя невозможной. Для чистки тракта необходимо разбирать всю вакуумную систему, что приводит к увеличению времени простоя ускорителя.

- Затруднена настройка тракта, так как необходимо все элементы тракта выставить соосно друг другу.

Поставлена задача: разработать ускоритель, конструкция которого позволяет быструю чистку ускорительного тракта и обладающий простотой настройки.

Поставленная задача достигается тем, что в ускорителе высокоскоростных твердых частиц, содержащем инжектор, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блок сопряжения, электронно-вычислительную машину, усилитель пачки импульсов переменной длительности, каскадный генератор, токоведущие шины, мишень, калибровочные секции, состоящие из трех цилиндрических электродов и токоведущие шины, выполненные в виде квадруполя, мишень, согласно изобретению все цилиндрические электроды и индукционные датчики выполнены из фольги и установлены на внешней поверхности диэлектрической трубки.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, где изображен общий вид ускорителя совместно с обслуживающей аппаратурой.

Устройство содержит инжектор 1, линейный ускоритель 2, источник фиксированного высокого напряжения 3, индукционные датчики 4, усилители 5, цилиндрические электроды 6, калибровочные секции 7, токоведущие шины 8, селектор скоростей 9, селектор удельных зарядов 10, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11, блок сопряжения 12, электронно-вычислительную машину 13, усилитель пачки импульсов переменной длительности 14, каскадный генератор 15, мишень 16, диэлектрическая трубка 17. Каждый из индукционных датчиков 4 соединен с входом соответствующего усилителя 5, выход первого усилителя 5 соединен с первым входом селектора удельных зарядов 10, выход второго усилителя 5 соединен со вторым входом селектора удельных зарядов 10, выходы третьего и четвертого усилителей 5 соединены с первым и вторым входами селектора скоростей 9 и третьим и четвертым входами селектора удельных зарядов 10, выход селектора скоростей 9 и выход селектора удельных зарядов 10 соединены с входами генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11, выход генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 соединен с первым входом усилителя пачки импульсов переменной длительности 14, выходы которого посредствам токоведущих шин 8 соединены с цилиндрическими электродами 6, первый выход каскадного генератора 15 соединен со вторым входом усилителя пачки импульсов переменной длительности 14 и средним цилиндрическим электродом 6 первой калибровочной секции 7, второй выход каскадного генератора соединен с с третьим входом усилителя пачки импульсов переменной длительности 14 и средним цилиндрическим электродом 6 второй калибровочной секции 7, выходы пятого и шестого усилителей 5 соединены с третьим и четвертым входами генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11, второй выход генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 соединен с входом блока сопряжения 12, который соединен с электронно-вычислительной машиной 13, мишень 16 установлена соосно инжектору 1, индукционным датчикам 4 и цилиндрическим электродам 6 после шестого индукционного датчика 6, все цилиндрические электроды 6 и индукционные датчики 4 выполнены из фольги и установлены на внешней поверхности диэлектрической трубки 17.

Устройство работает следующим образом. Инжектор 1 генерирует заряженные частицы в заданном диапазоне масс с частотой порядка 1 Гц. Заряженная частица последовательно проходит первый линейный ускоритель 2, первый индукционный датчик 4, первую калибровочную секцию 7, второй индукционный датчик 4, вторую калибровочную секцию 7, третий и четвертый индукционные датчики 4, цилиндрические электроды 6, пятый и шестой индукционные датчики 4 и попадает на мишень 14. Первый и второй индукционные датчики 4 предназначены для определения произведения положительного потенциала батареи конденсаторов, установленной в усилителе пачки импульсов переменной длительности 14 на удельный заряд частицы (U⁺·Q/m). Второй и третий индукционные датчики 4 предназначены для определения произведения отрицательного потенциала батареи конденсаторов, установленной в усилителе пачки импульсов переменной длительности 14 на удельный заряд частицы (U^-·Q/m). Третий и четвертый индукционные датчики служат для определения скорости частицы (V₀) на выходе второй калибровочной секции 7. Пятый и шестой индукционные датчики 4 служат для определения скорости частицы (V_ВЫХ) перед мишенью 16. Пролетая внутри индукционного датчика 4, частица наводит на него потенциал, пропорциональный заряду частицы. Так как индукционный датчик 4 изготовлен из металла, то его поверхность эквипотенциальна, а значит, не имеет значения с какой части снимать напряжение. По поступающим с индукционных датчиков 4 сигналам селектор скоростей 9 и селектор удельных зарядов 10 формируют на своих выходах цифровой код начальной скорости частицы и код произведения разности напряжений на конденсаторных батареях, установленных в усилителе пачки импульсов переменной длительности 14, на ее удельный заряд ( U + − U − ) × Q m = Δ U × Q m . В селекторе скоростей 9 измеряются временные интервалы пролета частицей центров датчиков для третьего и четвертого индукционных датчиков 4. Измеренные временные интервалы обратно пропорциональны скорости движения частицы. По поданным в генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 кодам начальной скорости и произведения разности напряжений на конденсаторных батареях, установленных в усилителе пачки импульсов переменной длительности 14, и удельного заряда частицы на его выходе формируется пачка импульсов, которая создает ускоряющее поле между каждой парой электродов 6. Данное поле меняется во времени соответственно положению частицы в ускоряющем тракте. Параметры пачки выбираются из ряда данных для формирования импульсов, заранее заложенных в генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 с ЭВМ 13. Усилитель пачки импульсов переменной длительности 14 усиливает сформированные генератором изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11 импульсы. Усиленные импульсы поступают на цилиндрические электроды 6 посредствам токоведущих шин 8, пятый и шестой индукционные датчик 4 подключены через соответствующие усилители 5 к генератору изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 11, который служит также для передачи данных о частицах посредствам блока сопряжения 12 в ЭВМ 13. Затем частица попадает на мишень 16 и весь процесс повторяется. ЭВМ 13 производит статистику эксперимента и динамическое управление ускорителем. При сборке ускорителя все цилиндрические электроды 6 и индукционные датчики 4 автоматически оказываются соосно расположенными, так как находятся на единой диэлектрической трубке 8. При эксплуатации ускорителя "загрязняется" частицами только внутренняя поверхность диэлектрической трубки 17, которую легко чистить без необходимости разборки всего ускорителя.

Ускоритель высокоскоростных твердых частиц, содержащий инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блок сопряжения, электронно-вычислительную машину, усилитель пачки импульсов переменной длительности, каскадный генератор, токоведущие шины, мишень, калибровочные секции, состоящие из трех цилиндрических электродов, и токоведущие шины, выполненные в виде квадруполя, отличающийся тем, что все цилиндрические электроды и индукционные датчики выполнены из фольги и установлены на внешней поверхности диэлектрической трубки.