Линейный индукционный ускоритель

Линейный индукционный ускоритель

Реферат

 

(19)SU(11)852152(13)A1(51)  МПК ⁶    _H05H9/00(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц и может быть использовано для получения сильноточных импульсных пучков электронов. Известен линейный индукционный ускоритель (ЛИУ), содержащий в общем непроводящем герметичном кожухе с торцовыми фланцами серию присоединенных к нему негерметичных индукторов, между дисковыми электродами каждого из которых расположен кольцевой накопитель из сосредоточенных конденсаторов, управляемый коммутатор и кабельные и газовые коммуникации. Недостаток этого ЛИУ заключается в низкой его электрической мощности, в невозможности формирования импульсов ускоряющего напряжения, близких к прямоугольной форме. Прототипом данного изобретения является ЛИУ, содержащий между электропроводящими фланцами серию размещенных вдоль оси ускорителя индукторов с трубчатыми изоляторами, причем в каждом индукторе электроды выполнены в виде дисков и образуют тороидальные камеры, в одной из которых проложены коммуникации к коммутатору индуктора. Недостатком известного ЛИУ является сложность его конструкции из-за автономной герметизации каждого индуктора, надобности по этой причине иметь жесткие массивные торцовые фланцы у каждого индуктора, большое число уплотняющих прокладок в индукторе и между индукторами в ЛИУ. Сложность и громоздкость ЛИУ увеличивает трудоемкость его обслуживания при профилактических осмотрах и при ревизиях. Особенно возрастают сложность ЛИУ и его обслуживание при увеличении диаметра ускоряющей системы ЛИУ, что является потребностью настоящего времени в связи с необходимостью повышать мощность и энергосодержание ускоряемых пучков, а соответственно увеличивать энергоемкость ЛИУ. Наличие толстых торцовых фланцев увеличивает осевую протяженность ЛИУ, ухудшает однородность магнитного поля в области ускорения из-за возбуждения во фланцах вихревых токов, уменьшает среднюю напряженность электрического ускоряющего поля по длине ЛИУ, что в совокупности снижает эффективность проводки пучка из-за возмущения траекторий частиц и потерь их. Целью изобретения является повышение эффективности ускорителя путем упрощения его конструкции и обслуживания, а также улучшение проводки пучка заряженных частиц. Данная цель достигается тем, что в ЛИУ, содержащем между электропроводящими торцовыми фланцами серию размещенных вдоль оси ускорителя индукторов с трубчатыми изоляторами, причем в каждом индукторе электроды выполнены в виде дисков и образуют тороидальные камеры, в одной из которых проложены коммуникации к коммутатору индуктора, ускоритель снабжен герметичным для всей серии индукторов кожухом, на внутренней поверхности которого в каждом промежутке между дисковыми электродами тороидальной камеры для коммуникаций размещены съемные контакты, электрически соединенные с кожухом и с дисковыми электродами, а каждый диск образует кольцевую щель с внутренней поверхностью кожуха. Кроме того, кожух выполнен с выемками на его внутренней поверхности против полости каждой тороидальной камеры для коммуникаций, причем между дисковыми электродами каждой из этих камер размещен упругий электрический контакт в выемке трубчатого изолятора. На чертеже показан вариант ЛИУ, причем для упрощения изображено только два индуктора. В общем металлическом герметичном кожухе 1 размещены вдоль оси 0-0 индукторы, каждый из которых содержит тонкие дисковые электроды 2,3,4 и 5 (электроды обозначены только для левого по чертежу индуктора), причем электроды 2, 3 и 5 образуют кольцевые щели с внутренней поверхностью кожуха. Электроды 2 и 5 являются одновременно электродами смежных с данным индуктором индукторов. Электроды 2 и 3 образуют тороидальную камеру, в которой проложены кабельные и газовые коммуникации к основанию 6 коммутатора 7 индуктора (коммуникации не показаны). Пространство между электродами 3 и 5 и соответственно между электродами 2 и 3 заполнено диэлектрической средой, например очищенной водой. В кольцевых пазах типа "ласточкин хвост" на внутренней поверхности кожуха 1 установлены с шагом по окружности съемные металлические контакты 8, концевая часть каждого из которых в пазу выполнена тоже в виде ласточкина хвоста. Контакты можно свободно перемещать по окружности паза. Для введения концевой части контакта в паз в нем в одном или в нескольких местах выполнены расширения. Фиксирование положения контакта в пазу обеспечивается ввертыванием винта 9 до упора его торца с кожухом. Диски 2 и 3 крепятся к каждому контакту посредством винта 10, имеющего шлицы с обоих краев. Диск 2 имеет отверстия для прохода винтов, а к диску 3 приварены гайки 11 со скругленной поверхностью. Область ускорения 12 ЛИУ отделена трубчатыми изоляторами 13, в кольцевой выемке каждого из которых между электродами 2 и 3 установлен упругий электрический контакт 14, например, в виде тонкого металлического профилированного кольца. На краях кожуха герметично установлены торцовые фланцы (на чертеже не показаны). В других вариантах ЛИУ съемные контакты 8 могут иметь иную форму, крепиться винтами в резьбовые отверстия в стенках кожуха 1 и др. Работает ЛИУ следующим образом. По газовым коммуникациям подается в коммутаторы 7 изолирующая среда. От внешнего источника тока (чаще всего в качестве такового используется генератор умножения напряжения по методу Аркадьева Маркса) заряжаются до рабочей разности потенциалов емкости между высоковольтным электродом 4 и электродами 3 и 5 в каждом индукторе (источник не показан). По кабельным коммуникациям передается импульс управляющего напряжения к коммутаторам 7, при срабатывании которых индукторы создают в области ускорения 12 электрическое поле. Это поле ускоряет инжектированные в область ускорения заряженные частицы, например электроны. Так как дисковые электроды 2, 3 и 5 выполняется тонкими, то это уменьшает массу и осевую протяженность ЛИУ, повышая среднее электрическое поле в области 12 на длине блока, и увеличивает однородность продольного магнитного поля в области 12, в совокупности эти факторы повышают эффективность проводки пучка (соленоид, создающий магнитное поле, на чертеже не показан). Для разборки ЛИУ достаточно снять один торцовый фланец блока, например правый по рисунку, и далее последовательно снять все дисковые электроды, предварительно откачав жидкий диэлектрик. Для демонтажа диска 3 необходимо отвернуть винты 10, которые имеют шлицы с обоих концов. Если необходимо снять диск 2, то надо вытолкнуть винты 10 из отверстий в контактах 8, ослабить винты 9 и вынуть из паза контакты 8, перемещая их по пазу к уширению в нем. Затем также разбирается следующий индуктор. Так как диски выполнены из тонкого металла и установлены свободно с кольцевой щелью относительно кожуха 1, то повышается оперативность демонтажа и последующего монтажа. Проведены испытания опытного образца ЛИУ из двух индукторов, работающих при напряжении зарядки их емкостей до 500 кВ. ЛИУ был выполнен подобно показанному на чертеже. Все дисковые электроды изготавливались из нержавеющей стали толщиной 2 мм, внешний диаметр ЛИУ составлял 2000 мм. В качестве изоляции в индукторах применялась очищенная вода. Испытания подтвердили все изложенные преимущества ЛИУ по сравнению с прототипом. Таким образом, предложенное техническое решение ЛИУ по сравнению с прототипом согласно описанию ЛИУ и его работы, а также результатам испытания опытного образца обладает повышенной эффективностью в связи с более простой конструкцией и более простым и менее трудоемким обслуживанием, а также из-за улучшенной проводки пучка с меньшими возмущениями траекторий и меньшими потерями частиц.

Формула изобретения

1. ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ, содержащий между электропроводящими торцовыми фланцами серию размещенных вдоль оси ускорителя индукторов с трубчатыми изоляторами, при этом в каждом индукторе электроды выполнены в виде дисков и образуют тороидальные камеры, в одной из которых проложены коммуникации к коммутатору индуктора, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности ускорителя и улучшения проводки пучка заряженных частиц, ускоритель снабжен герметичным для всей серии индукторов кожухом, на внутренней поверхности которого в каждом промежутке между дисковыми электродами тороидальной камеры для коммуникаций размещены съемные контакты, электрически соединенные с кожухом и с дисковыми электродами, а каждый диск образует кольцевую щель с внутренней поверхностью кожуха. 2. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что кожух выполнен с выемками на его внутренней поверхности против полости каждой тороидальной камеры для коммуникаций, причем между дисковыми электродами каждой из этих камер размещен упругий электрический контакт в выемке трубчатого изолятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1