Способ регулировки режима ускорения в многосекционном линейном ускорителе и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к ускорительной технике и позволяет упростить процедуру настройки режима ускоренид, а также повысить точность настройки каждой ускоряющей секции. Устройство содержит возбуждающий генератор 1, импульсные СВЧ-усилители 2,8 и 9, передающие волноводы 3,5, 10 и 11, группирователь 4, фазовращатели 6 и 7, ускоряющие волноводы 12 и 13, первичные преобразователи 16, низкочастотный усилитель 17, частотный фильтр 18 и регистратор 19. Лучок 14 пропускают через группирующую и ускоряющую секции. Секции фокусируют и измеряют токи и энергию пучка 14. В элементах каждой ускоряющей секции посредством первичных преобразователей 16, вьшолненных в .виде пьезоэлектрических преобразователей , закрепленных на наружной поверхности ускоряющих секций через звукопровод, измеряют амплитуду акустических колебаний. При достижении минимального значения этой амплитуды фазирование секции прекращают. 2 с.п. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил. о & (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (И) (59 4 Н 05 Н 9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

12

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3934181/24-21 (22) 04.06. 85 (46) 23.02.87.Бюл. У 7 (72) Ю.В.Капырин и В.В.Петренко (53) 621 384.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 654058, кл. Н 05 Н 7/60, 1977.

Авторское свидетельство СССР

N 364986, кл. Н 05 Н 7/00, 1971. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА

УСКОРЕНИЯ В МНОГОСЕКЦИОННОМ ЛИНЕЙНОМ УСКОРИТЕЛЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к ускорительной технике и позволяет упростить процедуру настройки режима ускорения, а также повысить точность настройки каждой ускоряющей секции.

Устройство содержит возбуждающий генератор 1, импульсные СВЧ-усилители

2,8 и 9, передающие волноводы 3,5, 10 и 11, группирователь 4, фазовращатели б и 7, ускоряющие волноводы

12 и 13, первичные преобразователи

l6, низкочастотный усилитель 17, частотный фильтр 18 и регистратор 19.

Пучок 14 пропускают через группирующую и ускоряющую секции. Секции фокусируют и измеряют токи и энергию пучка 14. В элементах каждой ускоряющей секции посредством первичных преобразователей 16, выполненных в .виде пьезоэлектрических преобразователей, закрепленных на наружной поверхности ускоряющих секций через звукопровод, измеряют амплитуду акустических колебаний. При достижении минимального значения этой амплитуды фазирование секции прекращают.

С:

2 с.п. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1292212 2.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для непрерывного контроля режима ускорения в многосекционных линейных ускорителях и для регулирования этого режима, например для точного формирования каждой ускоряющей секции ускорителя.

Цель изобретения — упрощение процедуры настройки режима ускорения и повышение точности настройки каждой ускоряющей секции при заданных величинах тока и СВЧ-мощности.

Если задана величина тока пучка при данной мощности ускоряющих волн, то приращение энергии пучка в каждом ускоряющем волноводе ускорителя определяется частью энергии пропускаемых через. ускоритель электромагнитных волн, эффективно переданной пучку при его ускорении. Не использованная на ускорение пучка часть энергии

СВЧ-волн поглощается в элементах ускоряющего волновода (диафрагмы, стенки, поглощающая нагрузка), вызывая в последних акустические колебания.

Электромагнитная волна с напряженностью магнитного поля Н = (О,Н,О) и напряженностью электрического поля Е = (Е „,0,0), поглощаясь в элементах ускоряющего волновода, вызывает в них появление вихревых токов с плотностью j = (j „,0,0) = rot H, которые., в свою очередь, вызывают в проводящей среде элементов ускоряющего волновода наличие плотности электродинамических сил Й = (О,О,Й )=

= р р гос Н х Н, где р — магнитная проницаемость проводящей среды, = 4Я 10 Гн/м — магнитная, проницаемость вакуума. B случае СВЧ-поля . электромагнитная волна проникает в проводящую среду лишь на глубину скин-слоя z = О, так что электродинамические силы действуют в тонком скин-слое о, поэтому их можно рассматривать как давление P на поверхность среды:

-В

P =I й.с1г. о

В случае импульсных режимов электромагнитных волн изменения этого давления возбуждают акустические- колебания в элементах ускоряющего волновода, а спектр этих колебаний содержит низкочастотные составляющие, частоты которых определяются акустическими свойствами элементов уско5

f0

30 ряющего волновода и параметрами

СВЧ-импульсов. Чем меньше амплитуда этих акустических колебаний, тем меньше не использованная на ускорение пучка часть энергии электромагнитных ускоряющих волн, т.е, тем большее приращение энергии получает пучок в ускоряющем волноводе, Это обстоятельствб используется для контроля режима ускорения, который считается оптимальным при минимуме амплитуды акустических колебаний элементов, ускоряющих пучок волноводов.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг,2 — пьезоэлектрический преобразователь; на фиг.3— характерные спектры акустических сигналов в поглощающей нагрузке ускоряющего волновода в зависимости от частоты посылок импульсов тока пучка ускоряемых частиц; на фиг. 4 то же, в зависимости от длительности импульсов тока пучка ускоренных частиц; на фиг.5 — характерная зависимость амплитуды акустического ! сигнала в зависимости от угла фазовой расстройки ускоряющего водновода, изменяемого посредством фазовращателя от О до 27.

Устройство (фиг. 1) содержит возбуждающий генер атор 1, соединенный с первым импульсным СВЧ-усилителем

2, волны от которого через передающий волновод 3 подаются в группирователь 4 и в другой передающий волновод 5, а из него через фазовращатели б и 7 — на импульсные СВЧ-усилители 8 и 9, соединенные передающими волноводами 1О и 11 с соответствующими ускоряющими волноводами 12 и 13, в которых происходит ускорение пучка 14, причем волноводы 12 и 13 и группирователь 4 соединены элементом 15, последовательно соединенные пьезоэлектрический преобразователь 16, механически прикрепленный снаружи данного и-ускоряющего волновода, низкочастотный усилитель 17, частотный фильтр 18, выход которого соединен с первым входом регистратора 19,второй вход которого соединен с и-фазовращателем.

В конструкции первичного преобразователя (фиг.2) на элементах ускоряющих волноводов снаружи устанав3 12922 ливают пьезоэлектрические преобразователи, содержащие латунный акустический канал 20 (время распространения звукового сигнала порядка 5 х х 10 с) с матрицей для пьезокерамического диска 21, фиксируемого с помощью прижимающего электрода 22,изолированного от экранирующего корпуса преобразователя 23 посредством направляющего полиэтиленового цилинд- 10 ра 24 и полиэтиленового уплотнителя

25. Прижимающий электрод имеет изолированный от корпуса электрический вывод через разъем 26. Акустические колебания элементов ускоряющего вол- 15 новода по звукопроводу достигают пьезокерамического диска 21 и, деформируя его, создают на обкладках диска обусловленный прямым пьезоэффектом сигнал, который после усиле- 20 ния низкочастотным усилителем 17 (К = 40 дБ) через полосовой фильтр

18 (полоса пропускания 20 кГц) фиксируется на регистрирующем прибрре (например, двухкоординатный потенциометр), Характерные частоты собственных колебаний элементов ускоряющего волновода определяют с помощью анализатора спектра (0,4 — 600 кГц) ° Изучают изменения спектральных составляющих сигналов в зависимости от режимов ускорения пучка (фиг.3 и 4) в широком диапазоне токов пучка (10 — 1,5 А) и длительностей им- 35 пульсов тока (3 ° 10 — 5 10 с).

Проверяют возможность контроля оптимального режима ускорения по минимуму сигнала на регистраторе (фиг.5) в диапазоне частот посылок импуль- 40 сов тока 5 — 900 Гц, Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Импульс электромагнитных волн от возбуждающего генератора 1 поступает на импульсный СВЧ-усилитель 2, далее — по передающему волноводу 3 в группирователь 4. Часть электромагнитных волн по передающему волноводу 5 через фазовращатели 6 и 7 поступает на другие импульсные СВЧусилители 8 и 9 соответственно, а от них — передающим волноводам 1О и 11 и в ускоряющие волноводы 12 и

13. Электромагнитная волна в ускоряющем волноводе, отдав часть своей энергии на ускорение пучка 14, пог12 лощается в элементах этого волновода и вызывает в них акустические колебания, амплитуда которых измеряется пьезоэлектрическим преобразователем

16, сигнал от которого после усиления низкочастотным усилителем 17 через полосовой фильтр 18 поступает на регистратор 19. Минимального сигнала от пьезоэлектрического преобразователя 16 добиваются, изменяя (при заданных значениях тока пучка, мощности возбуждения и СВЧ-усиления) режим фазовращателя 6 (для случая расположения преобразователя 16 на ускоряющем волноводе 12, т,е, для случая контроля режима ускорения пучка в ускоряющем волноводе 12), а непрерывный контроль оптимального режима ускорения, т.е. контроль максимальной части энергии, отдаваемой пучку в ускоряющем волноводе, сводится к контролю минимума - сигнала на регистраторе 19.

Для измерения амплитуды акустических колебаний пьезоэлектрический преобразователь прикрепляется снаружи ускоряющего пучок волновода. Для контроля режима ускорения конт1 олируют минимум амплитуды сигнала с датчика, а не измеряют ток и энергию пучка, периодически помещая датчик под пучок, кроме того, нет необходимости в отклонении пучка и прерывании процесса сильноточного ускорения.

Таким образом, существует принципиальная воэможность широкого использования предлагаемого способа и реализующего его устройства для быстрого контроля режима ускорения в мноroсекционных линейных ускорителях, контроля и выявления критических моментов в работе ускоряющих волноводов, например высокочастот-. ных пробоев, ухудшения свойств поглощающих нагрузок задолго до аварийного выхода этих волноводов из строя. Это позволяет увеличить срок службы ускоряющих волноводов sa счет своевременной диагностики состояния элементов этих дорогостоящих устройств с помощью предлагаемого устройства (увеличение в процессе эксплуатации амплитуды акустических колебаний в элементах ускоряющих волноводов при прочих равных условиях ускорения пучка указывает на снижение эффективности работы ускоряющих волноводов, на уменьшение части энер5 129 гии, передаваемой ускоряемому в них пучку) .

Способ позволяет оперативно оценивать режим ускорения во время непрерывной работы ускорителя в широком диапазоне токов пучка, длительностей и частот посылок импульсов тока пучка. Тот факт, что скорость распространения звуковых волн много меньше скорости распространения электромагнитных колебаний, а также .использование в устройстве частотных фильтров, делают устройство, реализующее предлагаемый способ, помехоустойчивым.

Формула изобретения

1. Способ регулировки режима ускорения в многосекционном линейном ускорителе, заключающийся в пропускании пучка через группирующую и ус коряющую секции, фазировании этих секций и последующем измере нии тока и энергии пучка, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения и повышения точнос2212 6 ти способа при заданных величинах тока и СВЧ-мощности, измеряют амплитуду акустических колебаний в элементах каждой ускоряющей секции и при достижении минимального значения этой амплитуды фазирование секции прекращают.

2. Устройство для регулирования режима ускорения в многосекционном

10 линейном ускорителе, содержащее набор первичных преобразователей, выходы которых соединены с входами блока регистрации, входы которого соединены с управляющими входами фазовращателей, установленных в каналах ВЧ питания секций, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, первичные преобразователи выполнены в виде пьезоэлектрических преобразователей и установлены на наружной поверхности элементов ускоряющих секций. .3. Устройство по п.2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что крепление пьезоэлектрических преобразователей к элементам ускоряющих секций осуществлено через звукопровод.

12922l2

Яяшпеиьнпсаь июфлоР mora 5 ИКФ

Ир8

200

160 ж 50 Ю 70 t: lg

Фаад

Кее8

0 к ц и,м

80 120 1О 200 (кГц

Фиг.Ф

4g 80 120 1

Дпашмюооъ импульса/ тяга-55 1Р с

Япитжнпам ампулзиФ там-у/КФ

1292212

Аиопиау3а сигныа, тпн,е8

F=5 j

60 720 1ВО ЯО И7 И7 120

Уиг.5

Составитель E. Громов

Техред Л.Сердюкова

Редактор И.Дербак

Корректор С.Шекмар

Заказ 2ф9/59 Тираж 802 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная, 4