Устройство для шунтирования ускоряющего резонатора

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШУНТИРОВАНА УСКОРЯЩЕГО РЕЗОНАТОРА, содержащее коаксиальную линию, соединенную открытым концом с резонатором, коаксиальный резонатор, внутренним проводником которого является внешний проводник коаксиальной линии поглощающий элемент и коммутирующие элементы , отличающееся тем, что, с целью повьшения шунтирующего действия, коммутирующие элементы установлены между концом внешнего проводника линии-и торцовой стенкой коаксиального резонатора, внутренний проводник коаксиальной линии соединен с этой стенкой, поглощающий элемент размещен между внешним и внутренним проводниками резонатора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК и9 4 H 05 Н 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3687049/24-21 (22) 04.01.84 (46) 07.02.86. Бюл. № 5 (72) В.Г.Кудрявцев, И.И.Сулыгин и Б.К.Шембель (53) 621.384.6(088.8) (56) IEEE Transon Nuclear Science, Vol NS-28, ¹ 3, June 1981, р. 2898.

Авторское свидетельство СССР № 984077, кл. Н 05 Н 7/02, 1981 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШУНТИРОВАНИЯ

УСКОРЯЮЩЕГО РЕЗОНАТОРА, содержащее коаксиальную линию, соединенную от»» .пялщ А крытым концом с резонатором, коаксиальный резонатор, внутренним проводником которого является внешний проводник коаксиальной линии, поглощающий элемент и коммутирующие элементы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения шунтирующего действия, коммутирующие элементы установлены между концом внешнего проводника линии и торцовой стенкой коаксиального резонатора, внутренний проводник коаксиальной линии соединен с этой стенкой, поглощающий элемент размещен между внешним и внутренним проводниками резонатора.

1 163796

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к высокочастотным системам синхротронов, накопителей, использующих ускоряющие резонаторы.

Целью изобретения является повышение шунтирующего действия устройства, что позволит уменьшить вероятность возникновения неустойчивостей, приводящих к потере пучка за счет того, что в устройстве могут быть реализованы более высокие токовые нагрузки.

Устройство схематически изображено на чертеже.

Коаксиальная линия 1 связана свободным концом с ускоряющим резонатором 2 посредством элемента 3 связи петлевого или зондового типа. На другом конце линии включен коаксиальный резонатор 4, внутренним проводником которого является внешний проводник

5 коаксиальной линии 1. Между концом внешнего проводника 5 коаксиальной линии и торцовой стенкой 6 резонатора 4 имеется зазор 7, а внутренний проводник 8 коаксиальной линии соединен своим концом с торцовой стенкой.

Коммутирующие элементы 9 установлены в зазоре 7. Такое включение коммутирующих элементов необходимо, во-первых, для устранения отрицательного влияния на работу устройства их собственной емкости. Емкостное сопротивление зазора скомпенсировано индуктивным сопротивлением короткозамкнутого отрезка коаксиаяа, образующего резонатор. Таким образом, на рабочей частоте сопротивление зазора 7 чисто активное и определяется потерями в резонаторе. Во-вторых, включение коммутирующих элементов 9 в зазоре 7 необходимо для размещения большего их количества и повышения тем самым токонесущей способности коммутатора. Это позволяет повысить степень связи устройства с ускоряющим резонатором, а соответственно и степень его шунтирования. Для размещения большого количества коммутирующих элементов 9 на конце внешнего проводника 5 коаксиальной линии 1 может быть установлен кольцевой диск 10.

Соединение внутреннего проводника 8 коаксиальной линии с торцовой стенкой

6 обеспечивает подключение зазора 7 и коммутирукицих элементов 9 параллельно к концу коаксиальной линии.

5 !

О

При этом обеспечивается либо замыкание коаксиальной линии накоротко через коммутирующие элементы и торцовую стенку, либо нагружение линии на активное сопротивление зазора 7, шунтирующее ускоряющий резонатор 2.

Важно, что шунтирующее действие снимается именно при замкнутом состоянии коммутирующих элементов 9, поскольку в противном случае высокое рабочее ВЧ напряжение на ускоряющем резонаторе 2 формировало бы на коммутирующих элементах пучность напряжения недопустимо большой для них величины (до десятков кВ). Поглощающий элемент 11 помещен внутрь коаксиального резонаТора 4. Он может быть закреплен на короткозамыкающей стенке 12 резонатора или в любом другом месте, но между проводниками 13 и 5 (например, нанесен на эти проводники в виде поглощающего слоя). Такое положение поглощающего элемента

11 позволяет выбрать оптимальное значение добротности коаксиального резонатора 4, необходимое для шунтирования ускоряющего резонатора 2, и. одновременно обеспечить минимальные потери в устройстве после замыкания коммутирующих элементов 9, что особенно существенно при сильной связи с резонатором 2, Выбор размеров поглощающего элемента 11 и расстояния между зазором 7 и элементом 3 связи определяет активную и реактивную составляющие входного сопротивления коаксиальной линии 1 и соответствует условию передачи максимальной активной мощности от источника в нагрузку.

В случае, если собственная реактивная составляющая элемента 3 связи мала, укаэанное расстояние равно примерно четверти длины волны рабочего колебания для связи петлевого типа и половине длины волны для связн зондового типа (при этом и тот и другой типы связи обеспечивают трансфор1 мацию низкого сопротивления в сечении зазора ускоряющего резонатора 2).

В общем случае это расстояние несколько отличается от указанных и соответствует условию резонанса на рабочей частоте входного импеданса коаксиальной линии 1 и реактивной составляющей элемента 3 связи при разомкнутых коммутирующих элементах

9. При такой настройке нагруженная добротность резонатора 2 минимальна, В качестве элемента, поглощающе1163796

ro ВЧ мощность, может быть выбран феррит, например, в форме колец, закрепленных на короткозамыкающей стенке 12 резонатора или на его внутреннем проводнике. В устройстве могут использоваться коммутирующие элементы различных типов, например, ВЧ магнитоуправляемые контакты (герконы) или полупроводниковые коммутирующие элементы -р-i-n диоды. Устройство должно быть снабжено соответствующей системой управления, которая в совокупности с коммутирующими элементами должна удовлетворять требованиям по быстродействию. В случае использования герконов на внешний проводник 13 коаксиального резонатора 4 может быть установлен соленоид, создающий продольное магнитное поле и управляемый импульсами тока. Если использованы полупроводниковые элементы, должна быть предусмотрена развязка по постоянному току между проводником 5 и стенкой 6. Развязка может обеспечиваться, например, с помощью емкости большой величины, включенной в разрыв короткоэамыкающей стенки 12 резонатора 4.

В данном устройстве шунтирование ускоряющего резонатора обеспечивается за счет связи с низкодобротным коаксиальным резонатором через трансформирующий отрезок линии. При этом высокое (по сравнению с волновым сопротивлением линии) сопротивление зазора коаксиального резонатора трансформируется линией в существенно более низкое сопротивление, нагружающее ускоряющий резонатор, нежели в.известном устройстве. В результате резонатор оказывается зашунтирован низким сопротивлением, и пучок не может развить на нем большого напряжения. Собственная емкость ключа в его разомкнутом состоянии является элементом резонансного контура, ее шунтирующее действие не сказывается так как она компенсируется на рабочей частоте индуктивным входным сопротивлением отрезка коаксиала, образующего резонатор. Поэтому в данном устройстве возможно значительное увеличение количества параллельно включенных коммутирующих элементов, что дает возможность повысить токонесущую способность ключа и уменьшить потери мощности в нем без снижения шунтирующего действия устройства.

При необходимости диаметр внешнего

45 проводника коаксиальной линии вблизи зазора может быть увеличен, например, с помощью кольцевого диска, установленного на конце этого проводника, что позволяет разместить в зазоре существенно большее количество коммутирующих элементов. Размещение коммутирующих элементов в плоском зазоре осуществляется конструктивно более просто, нежели между проводниками коаксиальной линии.

Устройство работает следующим образом.

Если ВЧ мощность в ускоряющий резонатор не.подается и пучок взаимодействует с холостым резонатором, то коммутирующие элементы 9 устройства разомкнуты. В этом состоянии устройство обеспечивает сильное шунтирование ускоряющего резонатора и малый импеданс его связи с пучком.

Мощность, отдаваемая пучком на рабочей частоте в зашунтированный резонатор, рассеивается главным образом в поглощающем элементе 11 устройства.

При этом на зазоре 7 коаксиального резонатора имеет место пучность ВЧ напряжения, которое наводится пучком.

Это напряжение может составлять не- сколько сот вольт, и коммутирующие элементы 9 должны быть рассчитаны на такое напряжение. Перед тем как в ускоряющий резонатор подается мощность от ВЧ генератора, коммутирующие элементы закорачивают зазор 7 коаксиального резонатора. 4. При этом шунтирующее действие устройства снимается, так как устройство выводится из резонанса и отсекается его низкодобротная часть. ЭДС, наведенная в элементе 3 связи, отдает в устройство ,незначительную долю мощности, которая рассеивается в проводниках 5, 8 коаксиальной линии 1 и коммутирующих элементах 9.

Таким образом, данное устройство позволяет получить большую степень шунтирования ускоряющего резонатора, нежели. известное устройство, что особенно важно при работе с высокоинтенсивным пучком ускорителя. При этом собственная емкость ключа не снижает шунтирующего действия устройства, что позволяет повысить. токонесущую способность ключа и снизить потери мощности в нем. Получить требуемую токонесущую способность ключа путем увеличения количества коммути1163796

Корректор М.Самборская

Заказ 654/1 Тираж 767

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППЛ "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 рукщих элементов в заявляемом устройстве конструктивно проще, нежели в известном. Поскольку устройство может быть рассчитано на более, высокие токовые нагрузки, возможно дополРедактор П.Горькова Техред A.Áàáèíåö нительное повышение степени шунтирования резонатора за счет увеличения размеров элемента связи. Рабочее напряжение на ускоряющем резонаторе может быть также более высоким.