Линейный ускоритель заряженных частиц

 

ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий высокочастотньй генератор, п-1 фазовращателей , расположенные соосно инжектор и п ускоряющих секций, имеющих на входе и выходе трансформаторы типа волны, причем первая ускоряющая секция выполнена в виде периодической структуры , период которой увеличивается от входа секции к выходу, а последующие секции имеют постоянный период структуры , отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и темпа ускорения частиц, выход высокочастотного генератора подключен к входному трансформатору типа волны п-й ускоряющей секции, выходной трансформатор типа волны которой подключен к входному трансформатору типа волны (п-1 )-й ускоряющей секции через первьй фазовращатель, а выходы и входы остальных секций соединены соответст (Л венно через 2,3...(п-1)-й фазовращатели . со СП со со фuг.f

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 05 Н 9 02 в чИ%йЮЮЮМС

KF» " -" "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3510231/18-21 (22) 15.11.82 (46) 07.03,88. Бюл. К - 9 (71) Московский инженерно-физический институт (72) И.И.Гозин (53) 621.384.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 728680, кл. Н 05 Н 9/02, 1979.

Левин В.M Николаев В.М. и др.

Линейные ускорители электронов для радиационной технологии. Атомная энергия, т.33, вып,4, с.842, 1972. (54)(57) ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий высокочастотный генератор, и-1 фаэовращателей, расположенные соосно инжектор и и ускоряющих секций, имеющих на входе

„„SU„„119599 A и выходе трансформаторы типа волны, причем первая ускоряющая секция выполнена в виде периодической структуры, период которой увеличивается от входа секции к выходу, а последующйе секции имеют постоянный период структуры, отличающийся тем, что, с целью повьппения КПД и темпа ускорения частиц, выход высокочастотного генератора подключен к входному трансформатору типа волны и-й ускоряющей секции, выходной трансформатор типа волны которой подключен к входному трансформатору типа волны (n-1)-й ускоряющей секции через первый фазовращатель, а выходы и входы ос- 3 тальных секций соединены соответственно через 2,3...(n-1)-й фазовращатели.

1119599

ЗО

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке схем питания

ВЧ-энергией ускоряющих секций линейных ускорителей заряженных частиц, Известен линейный многосекционный ускоритель заряженных частиц с питанием высокочастотной энергией от одного автогенератора и распределением высокочастотной мощности между ускоряющими секциями в заданном отношении. В качестве делителя высокочастотной мощности используется шестиполюсный трансформатор типа волны (ТТВ). Вход ТТВ подключен к высокочастотному генератору, а два выходы— к входам группирующей и ускоряющей секций. Коэффициенты связи выходов шестиполюсногo ТТВ должны быть подобраны так, чтобы мощность делилась между секциями в заданном соотношении.

Коэффициент связи входа ТТВ и его . геометрические размеры подбираются из условий согласования. Настройка такого ТТВ является весьма сложной и трудоемкой задачей, так как трудно провести точный электродинамический расчет, К тому же параллельные схемы высокочастотного питания, по одной из которых выполнен данный ускоритель, имеют один общий недостаток °

Из-за небольших уровней мощности в ускоряющих секциях темп ускорения невысок, что приводит к увеличению длины ускоряющей системы при получении заданной энергии.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является линейный ускоритель заряженных частиц, содержащий высокочастотный генератор, и-I фазовращателей, расположенные соосно инжектор и и ускоряющих секций, имеющих на входе и выходе трансформаторы типа волны, причем первая ускоряющая секция выполнена в виде периодической структуры, период которой увеличивается от входа секции к выходу, а последующие секции имеют постоянный период структуры, Питание ускорителя осуществляется от одного автогенератора, Высокочастотная энергия, проходящая через первую секцию, выходной трансформатор типа волны и волноводнь1й тракт с фазовращателем поступает на входной трансформатор типа волны ускоряющей секции. Для поглощения неиспользованной мощности на конце ускоряющей секции устанавливается поглощающая нагрузка, Известно, что затухание высокочастотной мощности увеличивается при прочих равных условиях с уменьшением фазовой скорости волны. В первой секции — группирователе волноводного типа относительная фазовая скорость волны изменяется, как правило, от значений р,ь=0,4-0,5 в начале секции до p@=1 на ее конце. Значения коэффициентов затухания для волноводов с малыми фазовыми скоростями в несколько раз (3-4) превышают эти значения для волноводов с р =1,0. Таким образом, из-за о носительно больших потерь в группирующей секции, последовательное высокочастотное питание со стороны группирователя, т,е, секции с меньшим значением вф, приводит к неэффективному использованию мощности генератора. Небольшой уровень мощности в ускоряющей секции приводит к потере темпа ускорения, снижению энергии и КПД ускорителя.

Целью изобретения является повышение КПД и темпа ускорения частиц.

Поставленная цель достигается тем, что в известном линейном ускорителе заряженных частиц, содержащем высокочастотный генератор, и-1 фазовращателей, расположенные соосно инжектор ускоряющих секций, имеющих на входе и выходе трансформаторы типа волны, причем первая ускоряющая секция выполнена в виде периодической структуры, период которой увеличивается от входа секции к выходу, а последующие секции имеют постоянный пе— риод структуры, выход высокочастотного генератора подключен к входному трансформатору типа волны п-й ускоряющей секции, выходной трансформатор типа волны которой подключен к входному трансформатору типа волны (п— 1)-й ускоряющей секции через первый фазовращатель, а выходы и входы остальных секций соединены соответственно через 2,3... (n-1)-й фазовращатели.

На фиг,1 схематично .изображена конструкция линейного ускорителя заряженных частиц с группирующей и ускоряющей секциями; на фиг.2 — ускоритель, содержащий и секций.

Пинейный ускоритель содержит высокочастотный генератор 1 через волно1119599

Редактор Н,Сильнягина Техред Л.Сердюкова Корректор О.Кравцова

Заказ 996 Тираж 832 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 водный тракт 2, соединенный с трансформаторами 3 типа волны, между которыми расположены ускоряющая секция 4, фазовращатель 5, инжектор 6, первая секция-группирователь 7, пролетный вакуумный канал 8, поглощающую нагрузку 9.

Система питания ускорителя высокочастотной энергией работает следующим об.р аз ом.

Высокочастотная энергия генератора 1 через волноводный тракт 2 и трансформатор 3 типа волны поступает на вход ускоряющей секции 4. Высокочастотная энергия, прошедшая ускоряющую секцию, через выходной трансформатор 3 типа волны, волноводный тракт

2 и фазовращатель 5, а также входной трансформатор 3 типа волны поступает на вход первой секции-группирователя 7.

Такое построение схемы питания ускорителя энергией допускает более эффективное использование мощности генератора, Во-первых, потери в секции с p, =1 значительно меньше, чем в. секции с p<=0,4-0,5, а это значит, что при той же мощности на входе в конце этой секции неиспользованной останется значительно большая часть энергии, которая затем будет использована в другой секции, Во-вторых, на начальном участке секции с

=0,4-0 5 происходит группировка частиц, Частицы скользят относительно фазы электромагнитной волны то приобретая от высокочастотного поля, то отдавая ему свою энергию. Из-за этого темп ускорения невысок, а потери значительны. Обратная картина имеет место в ускоряющей секции с в +=1. Сгруппированные в сгустки частицы ускоряются в максимуме ускоряющего поля, что обеспечивает высокую эффективность ускорения. Поэтому имеет смысл перераспределить высокочастотную энергию между секциями так, чтобы большая ее часть поступала в ускоряющие секции, В-третьих, отказ от деления мощности и переход к новой последовательной схеме питания позволяет поднять темп ускорения.

На фиг.2 представлен вариант линейного ускорителя заряженных частиц, состоящего из и секций, группирующей и и-1 ускоряющих (n-3,4,5). Высокочастотная энергия на вход каждой -й секции (=п-1, п-1,. ° .,1) поступает с выхода (i+1)-й секции, 25

Применение изобретения позволяет повысить темп ускорения, энергию и

КГД ускорителя. Оно может найти широкое применение в линейных ускорителях электронов, разрабатываемых для прикладных целей (особенно ЛУЭ 3-х см диапазона длин волн) и других ускорителях заряженных частиц. Практической ценностью данной схемы является простота реализации. В сравнении с базовым объектом предполагаемый эффект по энергии и КПД оценивается в 35%.