Линейный ускоритель на стоячей волне

 

ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ НА СТОЯЧЕЙ ВОЛНЕ, содержащий генерат фазовращатель, две ускоряющие рез торные секции, состоявше из неско ких ячеек, инжектор и волноводный мост, первое плечо которого через фазовращатель присоединено к генератору , второе и третье подсоединены к ускоряющим секциям, а четвертое - к поглотителю ВЧ-мощности, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения спектральных характеристик ускорителя, поглотитель ВЧ-мощности выполнен в виде секции круглого диафрагмированного волновода с трансформатором типа волны на входе и внутриволноводной нагрузки на выходе, расположенной между инжектором и первой ускоряющей секцией, имеющей в боковых стенках отверстия, лежащие на оси ускорителя, при этом расстояние между центрами последней ячейки первой ускоряющей секции и первой ячейкой второй ускоряющей секций равно е

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С»»Л»»й

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) Н 0 5 Н 9 /О 4 й4са»

)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ"

Н ABTOPCHOMV С ЕТЕЛЬСТ ВУ (21} 3447526/18-21 (22) 03.06.82 (46) 28. 02.84. Бюл. Р 8 (12) В.К. Шилов (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-физический институт (53)-621.384.6(088.8) (56) 1. Завадцев А .A . и др.. Проект

ЛУЭ на стоячей волне с регулируемой энергией для промышленных целей.

Сб. Ускорители, вып. 16, М., Атомиэдат, 1977, с.5-7.

2. Зверев Б.В. и др. Расчет и проектирование малогабаритного ускорителя электронов РЭЛУС-3. Сб. Ускорители, вып. 20, М,, Энергоиэдат. 1981, с.19-21 (прототип) . (54) (57) ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ НА

СТОЯЧЕЙ ВОЛНЕ, содержащий генератор,, фаэовращатель, две ускоряющие реэонаторные секции, состоящие иэ нескольких ячеек, инжектор и волноводный мост, первое плечо которого через фазовращатель присоединено к генератору, второе и третье подсоединены к ускоряющим секциям, а четвертое — к поглотителю ВЧ-мощности, отличающийся тем, что; с целью улучшения спектральных характеристик ускорителя, поглотитель

ВЧ-мощности выполнен в виде секции круглого диафрагмнрованного волновода с трансформатором типа волны на входе и внутриволноводной нагрузки на выходе, расположенной между инжектором и первой ускоряющей секцией, имеющей в боковых стенках отверстия, лежащие на оси.ускорителя, при этом I расстояние между центрами последней ячейки первой ускоряющей секции и первой ячейкой второй ускоряющей секций равно

8 "- (2n+3) A/4 где п =l 2,3...;

3 — длина волны генератора.

1077067

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к ускорителям заряженных частиц со стоячей волной, предназначенных для использования в качестве источников ионизирующего излучения и потоков уско- 5

Ренных частиц в дефектоскопии, радиа.ционной химии и медицине.

Известны ускорители на малые энергии, в которых в качестве генератора используются магнетроны, пи- 10 тающие ускоряющие резонаторные секции (lj .

Недостатком данного устройства является широкий энергетический спектр ускоренных частиц. 15

Наиболее близким к предлагаемоМУ является малогабаритный линейный ускоритель, содержащий генератор, фазовращатель, волновой мост, две ускоряющие реэонаторные секции со- gp стоящие из нескольких ячеек, инжектор, причем первое плечо моста через фаэовращатель присоединено к генератору, второе и третье подключены к ускоряющим секциям, а четвертбе — к поглотителю ВЧ-мощности (2 .

Недостатком известного устройства является широкий энергетический спектр ускоренных частиц из-эа переходного процесса в высокодобротных ускоряющих секциях с Q0 =13000, когда величины ускоряющих полей отличны Ьт номинальных значений, происходит захват в режим ускорения части инжектируемых электронов, которые, обладая энергией меньше требуемой, 35 сильно ухудшают спектральные характеристики ускоряемого пучка.

Цель изобретения. — улучшение спектральных характеристик ускорителя. 40

Указанная цель достигается тем, что в линейном ускорителе на стоячей волне, содержащем генератор, фазовращатель, две ускоряющие резона= торные секции, состоящие из несколь- 45 ких ячеек, инжектор и волноводный мост, первое плечо которого через фазовращатель присоединено к генератору, второе и третье подсоединены к ускоряющим секциям, а четвертое — к поглотителю ВЧ-мощности, поглотитель ВЧ-мощности выполнен в виде секции круглого диафрагмированного волновода с трансформатором типа волны на .входе и внутри волноводиой нагрузки на выходе, расположен- 55 ной между инжектором и первой ускоряющей секцией, имеющей в боковых стенках отверстия, лежащие на оси ускорителя, при этом расстояние между центрами последней ячейки уско- 60 ряющей секции и первой ячейки второй ускоряющей секции равно (2n+3) я /4, где n = 1,2,3,...; длина волны генератора.

На чертеже изображен предлагаеьий ускоритель.

Ускоритель содержит ВЧ-генератор 1, фазовращатель 2, волноводный мост 3, ускоряющие резонаторные секции 4, секцию круглого диафрагмированного волновода (КДВ) 5, которая, в свою очередь, содержит трансформатор б типа волны и внутриволноводную нагрузку 7, а также инжектор 8.

Плечи высокочастотного моста нумерованы по порядку от плеча, по которому подводится мощность от генератора 1, против часовой стрелки °

Ускоритель работает следующим образом.

ВЧ-мощность от генератора 1 через

Фаэовращатель 2, волноводный мост 3, делящий ее на две равные части, поступает на вход резонаторных секций 4. В первый момент вся мощность от секций 4 отражается и идет в

КДВ 5, который имеет трансформа тор б типа волны и внутриволноводную нагрузку 7, в которой поглощается прошедшая мощность. Затем вели чина мощности, поступающая в резонаторные секции 4, нарастает по закону р Ц1- е "М/Q„, )у где Р„ - установившееся значением

Я q - нагруженная добротность; ио = 2" o i — рабочая частота; а мощность, идущая в ЕДВ 5, будет убывать до нуля с такой же постоян- . ной времени. Таким образом, во время переходного процесса установления ускоряющих олей в резонаторных секциях 4 как и на заднем фронте огибаю" щей . ВЧ-импульса в КДВ 5 существует электромагнитное поле, причем величину напряженности электрического поля на оси КДВ 5 можно оценить по формуле

Р .о где ь - изменение резонансной частоты при введении возмущающего телами

Р гр — групповая скорость; h — длина волны генератора;

P — ВЧ-мощность;

L - — длина КДВ; а, — коэффициент, определяеьый методом возмущения в резонаторе, поля в котором поддаются точному аналитическому расчету.

Инжектируемые инжектором 8 элект-. роны имеют относительную скорость, вычисляемую по формуле;

1077067

- >о= K1) >

2R„,ý ð.L .

"Ьх

Составитель С.Шитов

Редактор Ю.Ковач . Техред С.Легеэа Корректор О. Ти гор

Заказ 774/54 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 где М» — кинетическая энергия электтронау во - масса покоя электрона, в районе 0,4.

Для того, чтобы взаимодействие электронов с бегущей в КДВ 5 волной было более интенсивным, pq волновода также делается равным 0,4.

Тогда в первый момент времени при типичных значениях параметров для .ускорителей такого класса» Р «1МВт, 10

% = 10 см, 4 /Я 0,038 {» - толщи- . на диафрагмы КДВ) и получаем

Е Зб.кВ/см..При пролете из ин.жектора 8 через КДВ 5 в резонаторную секцию 4 иижектируемые электро- 15 ны будут в результате взаимодействия с электромагнитным полем (магнитным или электрическим либо тем и другим вместе) отклоняться от оси ускорителя и выпадать из процесса ускорения. Происходит отсечка основной массы электронов, которые в прототипе и базовом объекте, ускоряясь в неоптимальных значениях для полей в секциях 4,. т,е. на переднем и зад- 25 нем фронтах огибающей ВЧ-импульса, сильно ухудшают спектральные характеристики установки. Для того,. чтобы ускоряющие секции 4 с учетом нагрузки током, имели критическую связь с подводящими волноводами, их нужно в режиме без нагрузки током настраи.вать на .связь

k . <, †.эффективное шунтовое сопротивление)

1 - длина ускоряющей секции;

" — величина ускоряемого тбка, ((з».-- величина входной мощности ВЧ-мощности, Для большинства используе»ых установок, например для прототипа и базового объекта, pq — 1,5-2,т.е. нужно реализовать такой режим работы, чтобы при отражении от резонатор ных секций, соответствующем этому коэффициенту, связи в КДВ 5, были такие поля, что часть электронов проходила s ускоряющие секции, тогда система в установившемся режиме будет работать в режиме критической связи, Для приведенных значений в КДВ 5 составит величину -2е10", т.е. время заполнения КДВ ВЧ-мощностью на несколько порядков меньше времени переходного процесса в высокодобротных резонаторных секциях 4, Таким образом, отсечка электронов с неоптимальными параметрами будет происходить весьма эффективно. Для того, чтобы ускорение электронов в секциях 4 происходило в оптимальном режиме, расстояние между центрами последней ускоряющей ячейки первой и первой ускоряющей ячейки второй секции выбирается равным

3=(и+1) ф/2 + g/4 -(2o +3) /4, что позволяет сохранить синхронизм между ускоряемыми сгустками1 и ВЧ-по- лем, так как при таком подключении моста поля во второй секции опережают на у1/2 поля в первой секции, Предлагаемая система позволяет на порядок улучшить спектральные характеристики. ускорителей по сравнению с прототипом и базовым объектом.