Ускоряющая система для ускорителя со стоячей волной
УСКОРЯНадЛЯ СИСТЕМА ДЛЯ УСКОРИТЕЛЯ СО СТОЯЧЕЙ ВОЛНОЙ, содержащая ускоряющие ячейки и ячейки связи, расположенные через одну одна за другой , имеющие щели связи в общих стенках , причем к одной из ускоряющих ячеек подсоединен прямоугольный подводящий волновод, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы системы, при глубокой регулировке величины ускоряемого тока заряженных частиц, ячейка , к которой подсоединен прямоугольный подводящий волновод,выполнена в виде закороченного с двух сторон подвижными дроссельными поршнями прямоугольного волновода, с рабочим видом колебаний , две соседние с ней ячейки связи выполнены в виде призмаi тических резонаторов с рабочим видом колебаний Н , при этом ускоряющие (Л ячейки имеют с каждой из ячеек связи по две щели связи в широких стенках волновода, направленных вдоль волновода вблизи его узких стенок и расположенных по одну сторону от плоскости симметрии подводящего волновода , перпендикулярной оси системы.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (д)4 Н 05 Н 7/04
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСИОМУ СЯИДЕ ГЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
: (21) 3505183/18-21 (22) 27. 10.82 (46) 23.01.87. Бюл. У 3 (?1) Московский инженерно-физический институт (72) А.Н.филатов и В.К.Шилов .(53) 621 ° 384.6(088.8) (56) Зверев В.Б., Шилов В.К.Ускоряющая система ускорителя со стоячей волной. РЭЛУС-3. В сб. Ускорители, вып. 20, М.: Энергоиздат, 1981, с. 22-26.
Викулов В.Ф. и др. Разработка, запуск и испытания компактного ЛЦЭ со стоячей волной на энергию 5,5 МэВ и ток 100 мА. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физического эксперимента, вып. 2. Харьков, 1979, с. 3-5. (54)(57) УСКОРЯЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ УСКОРИТЕЛЯ СО СТОЯЧЕЙ ВОЛНОЙ, содержащая ускоряющие ячейки и ячейки связи, расположенные через одну одна за дру„„SU„„1101168 А гой, имеющие щели связи в обших стенках, причем к одной из ускоряющих ячеек подсоединен прямоугольный подводящий волновод, о т л и ч а ю щ а— я с я тем что, с целью повышения эффективности работы системы, при глубокой регулировке величины ускоряемого тока заряженных частиц, ячейка, к которой подсоединен прямоугольный подводящий волновод,выполнена в виде закороченного с двух сторон подвижными дроссельными поршнями прямоугольного волновода, с рабочим видом колебаний Hg» две соседние с ней ячейки связи выполнены в виде призматических резонаторов с рабочим видом Я колебаний Н, при этом ускоряющие ячейки имеют с каждой из ячеек связи по две щели связи в широких стенках волновода, направленных вдоль волновода вблизи его узких стенок и рас- а положенных по одну сторону от плоскости симметрии подводящего волновода, перпендикулярной оси системы.
Ю
Ьии4
Максимальный набор энергии электронами для ускоряющей системы, работающей в режиме стоячей волны, мож45 .но определить по формуле
12 где W=W — — — ——
T33F. F 2NR@
Р о — приведенная энергия, — приведенный ток," коэффициент связи резонаторной секции с подводящим волноводом без Аагрузки током
1 110116
Изобретение относится к ускорительной технике и может найти применение в тех областях науки и техники, где требуются малогабаритные мощные источники потоков заряженных частиц или ионизирующих излучений.
Известны одно- и двухсекционные бипериодические ускоряющие сиСтемы, содержащие ускоряющие. ячейки и ячейки связи, работающие в режиме стоя- 10 .чей волны. Такие ускоряющие системы, компактны, просты в обслуживании и обладают высоким темпом набора энергии.
Однако их возможности ограничены, 15 так как на них невозможно осуществить глубокую перестройку величины ускоряемого тока заряженных частиц .при относительном сохранении других параметров ускоренного пучка. 20
Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является ускоряющая система для ускорителя со стоячей волной, содержащая ускоряю25 щие,ячейки и ячейки связи, расположенные через одну одна за другой и имеющие щели связи в общих стенках, причем к одной из ускоряющих ячеек подсоединен прямоугольный подводящий
30 волновод.
Недостатком системы является уменьшение энергии ускоряемых час гиц при регулировке тока ускорителя.
Целью изобретения является повышение эффективности работы системы при 35 глубокой регулировке величины ускоря- емого тока заряженных частиц.
Указанная цель достигается тем, что в известной ускоряющей системе, 40 для ускорителя со стоячей волной, содержащей ускоряющие ячейки и ячейки связи, расположенных через одну одна за другой и имеющих щели связи в общих стенках, причем к одной из ускоряющих ячеек подсоединен прямоугольный подводящий волновод эта ! ячейка выполнена в виде закороченного с двух сторон подвижными дроссельными поршнями прямоугольного вол- 50 новода с рабочим видом колебаний
Н», две соседние с ней ячейки связи вййолнены в виде призматических резонаторов с рабочим видом колебаний
Нф з при sTQM ускоряющие ааеАКН 55 имеют с каждой из ячеек связи по две щели связи в широких стенках волновода, направленных вдоль волновода
Вблизи его узких стенок и расположенных по одну сторону от плоскости симметрии подводящего волновода, перпендикулярной оси системы.
На фиг. 1 изображена ускоряющая система, общий вид, на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1.
Ускоряющая система содержит ускоряющие ячейки 1, ячейки 2 связи обычной формы, расположенные друг за другом, ячейки 3 связи, выполненные в виде призматических резонатоpos, расположенные по обе стороны от ускоряющей ячейки 4, выполненной в виде закороченного с двух сторон подвижными дроссельными поршнями 5, 6 волновода с окном 7 ввода ВЧ-мощности в систему, щели 8, 9 связи и прямоугольный подводящий волновод 10, присоединенный к ячейке 4.
Ускоряющая система работает следу-. ющим образом.
ВЧ-мощность, проходя через подводящий волновод 10, поступает через окно 7 ввода мощности в ускоряющую, ячейку. 4, в которой .на рабочей частоте возбуждается колебание вида
Н» . Щели 8 связи, призматические ячейки 3 связи с видом колебаний
Нф, щели 9 связи, цилиндрические ячейки 2 связи и цилиндрические ускоряющие ячейки 1 с рабочим видом колебаний, аналогичным Ео„,, позволяют возбудить всю ускоряющую систему в режиме стоячеи волны на —У
2 виде колебаний. При этом ВЧ-поле будет присутствовать только в ускоряющих ячейках 1,4, а в ячейках 2,3 связи оно будет практически равно нулю.
68 4
- поршней 5, 6 изменяется и величина коэффициента связи ускоряющей системы с волноводным трактом, причем в случае когда расстояние между центром окна 7 и ближайшим дроссельным поршнем стремится к величине 0,5 от общей длины ячейки 4, величина коэффициента связи стремится к нулю.
Достаточно обеспечить.перемещение дроссельных поршней, при котором величина коэффициента связи меняется ,от максимального значения до единицы, при этом во всех режимах при варьировании величины ускоряемого
:тока сбудет происходить набор ускоряемыми частицами максимально возможной энергии. Количество, форма и рас положение щелей 8 связи позволяет во всех токовых режимах сохранить примерно постоянным соотношение ус оряющих полей в ускоряющей ячейке 4 и соседних с ней ускоряющих ячейках
1, что бывает важно для динамики ускоряемого пучка электронов.
Опытное макетирование показало работоспособность такой ускоряющей системы. Было получено изменение ко,эффициента связи резонаторной секции
:с подводящим волноводом от максималь,ного значения до нуля. По сравнению с прототипом и базовым объектом, в котором максимально возможный прирост энергии получается только для одного значения ускоряемого тока, здесь существенно повышается эффективность процесса ускорения и для других токо вых режимов. При прочих равных условиях, если применять эту систему в . базовом объекте и прототипе в случае нулевой нагрузки током, энергия на выходе установки возрастает на 15Х если же увеличить значение тока ускоряемых заряженных частиц по сравнению с прототипом и базовым объектом, то это увеличение достигнет нескольких десятков и даже сотен процентов.
Такую систему удобно применить в случае рециркуляции пучка, когда нужно обеспечить оптимальный процесс ускорения в двух режимах, отличающихся примерно в два раза по значению ускоряемых токов.
Таким образом, простой, компактный и надежный механизм позволяет существенно увеличить эффективность ускоряющих систем со стоячей волной при использовании их в различных токовых режимах. Это существенно улучшает эксплуатационные характеристики
3 11011 (N+1) — количество резонаторов в структуре
P — - мощность -генерато.р ра," . R — шунтовое сопротив- 5 ление отдельной ячейки;
Т вЂ” коэффициент пролетного времени
I — величина ускоряе- 10 мого тока.
Так в системе для данной нагрузки током существует значение коэффициента связи,при котором величина набора энергйи в ускоряющей системе 15 максимальна
Отсюда. следует, что использование ускоряющих систем с постоянным значением фо в режимах с вариацией величины ускоряемого тока неэффективно, так как при этом происходит потеря части ВЧ-мощности на отражения, которые к тому же затрудняют работу
ВЧ-генератора. В данной же системе перемещение дроссельных поршней 5 6 .произведенное таким образом, что ра- 30 6очая частота ячейки 4, соответствующая Н, = виду колебаний, остается постоянной (что достигается sa счет неравномерного перемещения поршней 5, 6, так как величина возмущения элект- 35 ромагнитных полей, вносимая окном 7 ввода и щелью 9 связи при разных положениях поршней будет разной), позволяет в широких пределах (от максимальной величины, определяемой в кон- 40 кретном случае значением максималь-. ного ускоряемого тока, до нуля) менять величину коэффициента связи ускоряющей системы с волноводом, так. как в этом случае меняется распо- . 45 ложение окна 7 ввода, мощности внутри призматической ускоряющей ячейки 4 и, следовательно, меняются условия возбуждения ВЧ-полей в системе.
При этом размеры окна рассчитаны .из условия обеспечения оптимального для максимального ускоряемого тока. Этот коэффициент соответствует .такому положению дроссельных поршней, 55 когда центра окна 7 расположен примерно на расстоянии 0,25 общей длины резонатора (ячейки 4) от ближайшего дроссельного поршня. При перемещении!
»0»68 6 прототипом, являющимся в то же время базовым объектом. ускорителей такого типа и расширяет сферу их применения по сравнению с
Корректор А. Зимокосов
Редактор С.Титова
Техред Н.Глущенко
Заказ 7740/1 Тираж 801 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
»3035, Москва-, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул. Проектная, 4
