Линейный индукционный ускоритель

Линейный индукционный ускоритель

Реферат

 

(19)SU(11)871717(13)A2(51)  МПК ⁵    _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. Из основного авт.св. N 776531 известен линейный индукционный ускоритель (ЛИУ), содержащий фокусирующую соленоидную систему, подсоединенную к независимому источнику питания, инжектор и приемник заряженных частиц. Фокусирующая соленоидальная система выполнена в виде раздельных соленоидов, расположенных по окружности относительно оси ускорителя, при этом соленоиды соединены между собой параллельно и подключены к общему источнику питания. Недостатком известного устройства является слабая фокусировка пучка в каждом из раздельных соленоидов. Цель изобретения - улучшение фокусировки пучка электронов в каждом из раздельных соленоидальных каналов проводки пучка посредством газовой фокусировки. Эта цель достигается тем, что в линейном индукционном ускорителе полный диэлектрический каркас каждого соленоида выполнен секционированным с кольцевыми зазорами между секциями, а величина зазоров между секциями увеличивается по направлению от инжектора к приемнику пучка. При таком техническом решении ЛИУ откачка из полостей секций остаточного газа и продуктов гажения внутренними поверхностями секций своего раздельного каркаса производится через кольцевые зазоры между секциями с истечением газа в общий вакуумируемый канал. В полости каждой секции разрежение будет выше около кольцевых зазоров, чем разрежение в середине полости по длине секции. При прохождении ускоряемого пучка электронов через полости секций своего раздельного каркаса электроны будут ионизовать остаточный газ, причем большая плотность ионов будет создаваться в областях с меньшим разрежением газа, т.е. около середины полостей каждой секции. Здесь положительные ионы будут способствовать нейтрализации заряда пучка электронов, ослабляя силы кулоновского расталкивания и производя, так называемую, газовую фокусировку. Пучок электронов в соленоиде, подвергаясь периодически воздействию "газовых линз", будет иметь улучшенную фокусировку. Такая фокусировка целесообразна на начальном пути ускорения электронов, когда кинетическая энергия электронов еще довольно мала и потому кулоновское расталкивание велико. Данное техническое решение ЛИУ позволяет уменьшить энергоемкость внешнего источника питания соленоидов, снизить габариты и массу этого источника, упростить его обслуживание за счет возможности уменьшения напряженности и продольного магнитного поля в соленоидах позволяет увеличить импульсный ток пучка электронов при прочих неизменных условиях. Кроме того, уменьшаются требования к производительности и вакуумных насосов, упрощается выполнение вакуумного канала ЛИУ. Секции могут быть расположены с увеличивающимися длинами кольцевых зазоров между торцами смежных секций по направлению от инжектора к приемнику пучка, что позволяет использовать вакуумные насосы меньшей производительности или позволяет упростить вакуумный канал, например выполнять его с меньшим поперечным сечением. На фиг.1 показан ЛИУ; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. В общем вакуумируемом посредством вакуумных насосов канале 1, образованном внутренней поверхностью ускоряющей системы ЛИУ, размещены по окружности относительно оси 0-0 ускорителя раздельные соленоиды 2 и 3, например шесть соленоидов, каркас каждого из которых разделен на секции. Например, каркас соленоида 4 разделен на четыре секции 5-8, на каждой из которых намотана своя катушка. Каркасы всех соленоидов выполнены из диэлектрика, например полиэтилена. Для упрощения чертежа не показаны вакуумные насосы, ускоряющая система из индукторов ЛИУ, проводники соленоидов и их присоединения к источнику питания. Секции размещены с кольцевыми зазорами 9 и 10 между торцами смежных секций, например 5 и 6, 6 и 7. В начале каждого раздельного соленоида размещены инжекторы 11 пучка электронов, а противоположно инжекторам - приемники 12 электронов. Работает ЛИУ следующим образом. Производится откачка вакуумными насосами остаточного газа из общего канала 1 и соответственно откачка остаточного газа и продуктов гажения внутренними поверхностями секций в каждом своем раздельном каркасе, причем истечение газа из полостей секций в вакуумируемый канал 1 происходит через кольцевые зазоры 9 и 10, например. По достижении необходимого среднего по длине каждого каркаса разрежения в его полости возбуждается посредством включения внешнего источника питания соленоидов продольное магнитное поле и посредством ускоряющей системы ускоряющее электрическое поле, инжектируются из инжекторов 11 в полость каркаса каждого соленоида пучки электронов. Электроны, проходя через полость секционированного каркаса, ионизуют остаточный газ в полостях секций, причем большая плотность ионов будет создаваться в областях с большим давлением газа, т.е. около середины по длине каждой секции. Здесь положительные ионы будут нейтрализовать отрицательный объемный заряд пучка электронов, уменьшая силы кулоновского расталкивания и уменьшая радиальное расширение пучка за счет этих сил, т.е. вызывая так называемую газовую фокусировку. Пучок электронов в каждом соленоиде будет в результате этого иметь улучшенную фокусировку, а число попадающих на стенки каркаса электронов будет уменьшено. Кроме того, такая фокусировка позволяет снизить величину напряженности продольного магнитного поля, т.е. уменьшить энергоемкость, а соответственно габариты и массу, упростить обслуживание внешнего источника питания соленоидов, в качестве которого обычно используется энергоемкая конденсаторная батарея. Если не уменьшать напряженность продольного магнитного поля, то возможно увеличение импульсного тока ускоряемого пучка электронов. Величина среднего разрежения в общей полости каркаса соленоида зависит от конкретных электрических и геометрических параметров ЛИУ, в том числе от энергии инжектируемых электронов, амплитуды тока пучка, от величины ускоряющего электрического поля, диаметра пучка, общей энергии ускорения ЛИУ и др. Согласно экспериментальным и теоретическим данным среднее давление остаточного газа должно быть примерно 10^-2 - 10^-4 мм рт.ст. Целесообразно размещать секции с увеличивающимися длинами кольцевых зазоров по направлению от инжектора 11 к приемнику 12 пучка, т.е. выполнять длину зазора 9 больше длины зазора 10, что позволяет лучше фокусировать пучок на начальном пути ускорения электронов, когда кинетическая энергия частиц еще мала и потому из-за кулоновского расталкивания радиальное расширение пучка особенно велико. Дополнительно такое решение позволяет использовать вакуумные насосы с меньшей производительностью и соответственно меньших габаритов и массы, с меньшей потребляемой электрической энергией, а также позволяет упростить вакуумный канал, например выполнять его с меньшим поперечным сечением. Таким образом, данное техническое решение ЛИУ по сравнению с прототипом позволяет улучшить фокусировку пучка электронов в каждом из раздельных соленоидов. Дополнительно увеличивается импульсный ток пучка электронов, упрощается внешний источник питания соленоидов, уменьшаются его масса, габариты и энергоемкость, возможно использование вакуумных насосов с меньшей производительностью, упрощается выполнение общего вакуумируемого канала ЛИУ.

Формула изобретения

1. ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ по авт. св. N 776531, отличающийся тем, что, с целью улучшения фокусировки пучка, полый диэлектрический каркас каждого соленоида выполнен секционированным с кольцевыми зазорами между секциями. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что величина зазоров между секциями увеличивается по направлению от инжектора к приемнику пучка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2