Линейный индукционный ускоритель (лиу) с устройством для измерения тока пучка

 

ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКдаОННЫЙ УСКО РИТЕЛЬ (Л1У) С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ИЗМЕ РЕНИЯ ТОКА ПУЧКА, содержащий индук торы ускоряющих секций, первичные обмотки которых подключены к импуль ным модуляторам, магнитоиндукционны датчики, блок преобразования сигнала и регистрирующий прибор, о т л и чающийся тем. Что, с целью увеличения темпа ускорения и уменьшения потерь транспортируемого пучка , в качестве магнитоиндукционного датчика использован индуктор ускоряющей секции, в первичную обмотку которого дополнительно включен датчик тока, а блок преобразования сигнала выполнен в виде схемы эквивалента ЛИУ, состЬящей из импульсного модулятора , трансформатора-.эквивалента индуктора и генератора тока, схемл сравнения и усилителя, при этом первичная и вторичная обмотки трансформатора-эквивалента индуктора снабже№1 датчиками тока и подключены, соответственно , к импульсному модулятору и генератору тока, а схема сравнения подключена первым входом к выходу датчика тока первичной обмотки трансформатора-эквивалента индуктора и выходом через усилитель к управляющему входу генератора тока, при этом блок преобразования сигнала соединен с датчиком тока первичной обмотки индуктора ускоряющей секции через второй вход cxei« i сравнения, а с регистрирующим прибором через выход датчика тока вторичной обмотки трансформатора-экйивалента индуктора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН(19) (И) (594 Н 05 Н 9 00

®СЕО)@эн, 13 " ц @3 Я ij ц (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСИОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3478510/18-21 (22) 28. 07. 82 (46) 23.03.87. Бюп. У 11 (72) M.È. Демский и А.Н. Попов (53) 621.384.6 (088.8) (56) Avery R.Т., Falten S.À., Hartwig. F..0. Non-1п егсер 1пЕ monitor

of beam current and position. lEEE

Trans.Nucl.Sci. 1971, v. 18, 1Ф 3, р. 920.

Иоскалев В.А., Сергеев Г.И., Шестаков В.Г. Измерение параметров .

II пучков заряженных частиц. М., Атомиздат", 1980, с. 12. (54)(57) ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ (ЛИУ) С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА ПУЧКА, содержащий индукторы ускоряющих секций, первичные обмотки которых подключены к импульсным модуляторам, магнитоиндукционные датчики, блок преобразования сигнала и регистрирующий прибор, о т л ич ающий ся тем, что, сцелью увеличения темпа ускорения и уменьшения потерь транспортируемого пучка, в качестве магнитоиндукц датчика использован индуктор ускоряющей секции, в первичную обмотку которого дополнительно включен датчик тока, а блок преобразования сигнала выполнен в виде схемы эквивалента

ЛИУ, состоящей из импульсного модулятора, трансформатора-.эквивалента индуктора и генератора тока, схемы сравнения и усилителя, при этом первичная и вторичная обмотки трансформатора-эквивалента индуктора снабжены датчиками тока и подключены, соответственно, к импульсному модулятору и генератору тока, а схема сравнения подключена первым входом к выходу датчика тока первичной обмотки а

® трансформатора-эквивалента индуктора и выходом через усилитель к управляющему входу генератора тока, при этом блок преобразования сигнала сое- % динен с датчиком тока первичной обг мотки индуктора ускоряющей секции через второй вход схемы сравнения, а с регистрирующим прибором через выход датчика тока вторичной обмотки трансформатора-эквивалента индуктора.

72783

1 l0

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к линейным индукционным ускорителям (ЛИУ).

Известно устройство для измерения тока пучка, содержащее датчик противотока в виде низкоомного шунта, включенного в разрыв частицепривода, и регистрирующий прибор. Магнитное поле пучка наводит в стенках частицепровода электрический ток, который при определенных условиях становится весьма близким по форме и амплитуде к току пучка. С датчика противотока снимается сигнал, пропорциональный величине этого тока, и подается на регистрирующий прибор.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции достаточно узкого вакуумноплотного разрыва частицепровода.. Кроме того, установка датчика приводит к увеличению длины частицепровода и нарушению однородности продольного магнитного поля, создаваемого системами магнитной фокусировки и удержания пучка, что снижает темп ускорения и увеличивает потери транспортируемого пучка.

Наиболее близким по технической сути к изобретению является линейный индукционный ускоритель с устройством для измерения тока пучка, содержащий индукторы ускоряющих секций, первичные обмотки которых подключены к импульсным модуляторам, магнитоиндукционные датчики, блок преобразования сигнала и регистрирующий прибор. Для получения информации о величине и форме тока пучка сигнал с датчика интегрирует в блоке преобразования сигнала и подается на регистрирующий прибор. Чтобы ус-. транить влияние вихревых токов и экраннровку магнитного поля пучка, на участке частицепровода в месте установки датчика делается керамическая вставка.

В ЛИУ магнитоиндукционные датчики (МИД) устанавливаются в промежутках между ускоряющими секциями. При этом длина частицепровода увеличи- . вается на ширине керамической вставки,что приводитк снижениютемпа ускорения. Кроме того, в месте установки МИД нарушается однородность продольного магнитного поля; создаваемого системами магнитной фокусировf0

t5

40 ки и удержания пучка, что увеличивает потери пучка при транспортиров-, ке по тракту ускорения.

Целью изобретения является увеличение темпа ускорения и уменьшения потерь транспортируемого пучка.

Поставленная цель достигается тем, что в линейном индукционном ускорителе с устройством для измерения тока пучка, содержащем индукторы ускоряющих секций, первичные обмотки которых подключены к импульсным модуляторам, магнитоиндукционные датчики, блок преобразования сигнала и регистрирующий прибор, в качестве магнитоиндукционного датчика использован индуктор ускоряющей секции, в первичную обмотку которого дополнительно включен датчик тока, а блок преобразования сигнала выполнен в виде схемы эквивалента

ЛИУ, состоящей из импульсного модулятора, трансформатора-эквивалента индуктора и генератора тока, схемы сравнения и усилителя, при этом первичная и вторичная обмотки трансформатора- эквивалента индуктора снабжены датчиками тока и подключены соответственно к импульсному модулятору и генератору тока, а схема сравнения подключена первым входом к выходу датчика тока первичной обмотки трансформатора-эквивалента индуктора и выходом через усилитель к управляющему входу генератора тока, при этом блок преобразования сигнала соединен с датчиком тока первичной обмотки индуктора ускоряющей секции через второй вход схемы сравнения, а с регистрирующим прибором через выход датчика тока вторичной . обмотки трансформатора-эквивалента индуктора.

Конструкция индуктора ускоряющей секции ЛИУ аналогична конструкции одновиткового МИД и при прохождении пучка заряженных частиц через секцию на первичных обмотках индукторов наводится значительное напряжение, форма импульса которого соответствует продифференцированной форме импульса тока пучка. Ток первичной обмотки индуктора представляет собой сумму тока, наведенного магнитным полем пучка, и собственного тока индуктора (ток намагничивания и ток потерь), величина которого уменьшается при прохождении пучка за счет

10727 того, что магнитное поле пучка размагничивает сердечник, выводя его из нелинейной, близкой к насыщению, области, и, кроме того, падает напряжение на индукторе, Вследствие этого для измерения тока пучка в ЛИУ при использовании в качестве МИД индуктора ускоряющей секции, подключенного к модулятору ускоряющей системы, нужно произвести выделение из тока, 10 первичной обмотки индуктора составляющей, обусловленной действием магнитного поля пучка, и привести ее к первичной обмотке с учетом вышеперечисленных факторов взаимодействия пучка с ускоряющей системой. Эта операция производится в блоке преобразования сигнала предлагаемого устройства путем моделирования процессов взаимодействия пучка с ускоряющей 20 системой ЛИУ на макете ускоряющей система, в котором величины действующих токов и напряжений уменьшены на

2-3 порядка. Таким образом, совокупность ИИД в виде индуктора с датчиком тока в первичной обмоткЕ и предлагаемого блока преобразования сигнала позволяет выполнить функцию измерения параметров пучка заряженных частиц и одновременно его ускорение. 3О

При этом сохраняется темп ускорения и однородность магнитного фокусирующего поля.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для изме35 рения тока пучка заряженных частиц в линейном индукционном ускорителе.

Устройство состоит из индуктора

1 ускоряющей секции с датчиком 2 тока (низкоомный шунт, трансформатор тока) в первичной обмотке, подклю ченным к суммирующему входу схемы

3 сравнений, вычитающий вход кото-.

Рой подключен к датчику 4 тока пер- 45 вичной обмотки трансформатора-эквивалента 5 индуктора, входящего в состав схемы-эквивалента ускоряющей системы ЛИУ, состоящей из импульс-. ного модулятора 6 (транзисторный ключ с накопителем в виде емкости или формирующей линии), нагруженного на трансформатор-эквивалент 5 индуктора (трансформатор, имеющий ту же индуктивность обмоток, то же 5 сопротивление потерь и работающий в той же области кривой намагничивания, что и реальный индуктор), вторичная обмотка которого соедине83 4 на с генератором 7 тока. Выход схе- мы 3 сравнения подключен через, усилитель 8 к управляющему входу генератора тока. Регистрирующий прибор

9 соединен с выходом датчика 10 тока, который установлен во вторичную обмотку трансформатора-эквивалента 5 инпуктора. Индуктор 1 подключен к модулятору ll ускоряющей системы ЛИУ.

На суммирующий вход схемы 3 сравнения подается сигнал с датчика 2, а на вычитающий вход — сигнал с дат" чика 4 тока. В схеме 3 сравнения происходит алгебраическое вычитание сигналов и на выходе образуется сигнал ошибки, который, усиливаясь усилителем 8, управляет величиной тока генератора 7 тока. При отсутствии пучка датчик 2 тока будет измерять собственный ток индуктора 1 ускоряющей секции. Если чувствительность датчиков 2 и 4 тока выбрана с учетом того, сто эквивалентная схема ускоряющей системы ЛИУ представляет собой модель реальной ускоряющей системы, в которой величины токов и напряжений уменьшены на 2-3

1 порядка, сигнал ошибки на выходе схемы 3 сравнения будет равен нулю. При этом ток генератора тока будет отсутствовать и эквивалентная схема будет работать также в режиме холос-, того хода. Появление пучка приводит к увеличению сигнала с датчика 2 тока. Вырабатывается отличный от нуля сигнал ошибки, который, усиливаясь усилителем 8, будет управлять генератором 7 тока, увеличивая его ток, что приведет к увеличению тока первичной обмотки трансформатора-эквивалента 5 индуктора, а с ним и величины сигнала датчика 4 тока, что уменьшит величину сигнапа ошибки. В результате в эквивалентной схеме ускоряющей система ЛИУ будет поддерживаться динамическое равновесие, при котором ток генератора 7 тока будет иметь такую величину, при которой токи индуктора 1 и его эквивалента 5 будут отличаться в соответствующем масштабе на малую величину, тем меньшую, чем больше коэффициент усиления . усилителя 8, то есть ток генератора 7 тока будет мало отличаться от тока реального пучка в том же масштабе. Величина тока эквивалента генератора 7 тока измеряет: Редактор Т. Юрчикова Техред Н.Глущенко . Корректор Л. Патай

Заказ 911/3 Тираж 802 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 10727 ся датчиком 10 тока и регистрируется прибором 9, например осциллографом. Таким образом, предлагаемый блок преобразования сигнала позволяет выделить из сигнала, поступающего с датчика 2 тока, расположенного в первичной обмотке индуктора

1 ускоряющей секции, составляющую„ обусловленную действием магнитного поля ускоряемого пучка заряженных 10 частиц и уже приведенную к величине тока во вторичной обмотке индуктора, то есть току пучка. Измерение тока пучка происходит с учетом изменения собственного тока индуктора. 15

Точность измерения тока пучка в

ЛИУ при использовании предлагаемого устройства будет определяться точностью моделирования токов и напря- 20 жений в макете ускоряющей системы

ЛИУ и степенью выравнивания тока индуктора 1 и его эквивалента 5 в соответствующем масштабе. Увеличивая коэффициент усиления усилителя 8, можно выравнять токи индуктора и его эквивалента в соответствующем масштабе с точностью до нескольких процентов. Более точное выравнивание этих токов можно осуществить при иск пользовании положительной обратной связи с коэффициентом единица между выходом генератора 7 тока и входом

83 6 усилителя 8. Ток пучка обычно значительно превышает ток индуктора ускоряющей секции ЛИУ, что снижает требование к точности его воспроизведения на эквивалентной схеме ускоряющей системы ЛИУ. Так, если ток пучка в два раза превышает ток индуктора и точность моделирования тока индуктора 207, что вполне осу.— ществимо, что погрешность измерения тока пучка, обусловленная неточ-. ностью моделирования, составит 10Х.

Как показали эксперименты по измерению тока пучка в ускорителе ЛИУ- 5/5000 при использовании макета изобретения, величина и форма тока пучка воспроизводится с точностью не хуже !О по сравнению с измерениями цилиндра Фарадея, установленного рядом с индуктором, выполняющим функции магнитоиндукционного датчика.

Магнитное поле, фокусирующее пучок и корректирующее его положение в ЛИУ, создается магнитными катушками, установленными внутри ускоряющих секций и в промежутках между ними. Установка оптимальных режимов фокусирующих и корректирующих элементов осуществляется проще всего и точнее при наличии информации о величине и форме пучка на входе и выходе в каждый блок.