Секция резонансного ускорителя заряженных частиц

 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке систем охлаждения ускоряющих секций резонансных ускорителей заряженных частиц. Целью изобретения является снижение температурной неравномерности вдоль секции ускорителя и расширение диапазона режимов работы устройства. Поставленная цель достигается выполнением рубашки охлаждения в виде спиральных каналов 2, 3, 4, 5, со встречным направлением потока жидкого хладагента в соседних каналах. На наружной поверхности охлаждаемого волновода 10 выполнены лунки сферической формы, создающие вихревой характер потока жидкого хладагента, что способствует повышению теплоотдачи от волновода 10 к хладагенту. Система автоматического регулирования 34 осуществляет контроль за температурой с помощью датчика 31 и переключение вентилей 19, 20, 21, 22, 27, 28, 29, 30 в системе циркуляции хладагента. 3 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке систем эффективного охлаждения ускоряющих и группирующих секций резонансных ускорителей заряженных частиц. Целью изобретения является снижение температурной неравномерности вдоль секции ускорителя и расширение диапазона режимов работы секции. На фиг.1 схематично изображена секция резонансного ускорителя заряженных частиц с четырьмя спиральными каналами и регулирующими вентилями; на фиг.2 показан вид с торца секции; на фиг.3 показано сечение А-А на фиг.1. Секция резонансного ускорителя заряженных частиц состоит из рубашки охлаждения с патрубками и волновода. Рубашка охлаждения состоит из корпуса 1 и каналов 2-5, образованных путем введения перемычек 6-9, разделяющих каналы и имеющих вид четырехзаходной спирали (см. фиг.1, 3). Каналы 2-5 охватывают снаружи волновод 10 и соединены на левом торце с патрубками 11-14, а на правом торце - с патрубками 15-18 соответственно. Патрубки 11 и 13, 15 и 17, 12 и 14, 16 и 18, подключенные к соответствующим каналам 2, 4 и 3, 5, соединены между собой попарно и подключены к внешним контурам теплообмена соответственно через регулируемые вентили 19-22 и трубопроводы 23, 24 и 25, 26, соединенные между собой попарно. Трубопроводы с вентилями 27-30 связывают между собой объединенные патрубки 11 и 13, 12 и 14, 15 и 17, 16 и 18 с трубопроводами 25, 26, 24, 23 соответственно по двум мостовым схемам, как показано на фиг.1. В середине и на торцах секции установлены температурные датчики 31-33 для контроля за средней температурой и температурной неравномерностью. Вентили 27-30 связаны с датчиками 31-33 через систему автоматического регулирования (САР) 34. Внешние контуры теплообмена 35 и 36 соединены с патрубками 24, 25 и 23, 26. Устройство работает следующим образом. Пусть в начальный момент времени вентили 19-22 открыты, 27-30 закрыты, а режим работы ускорителя таков, что тепловыделение в волноводе 10 равномерно вдоль его длины. Тогда во всех каналах теплоноситель будет проходить слева направо, а температура будет расти вдоль секции. В соответствии с сигналами с температурных датчиков 31-33 и командами САР 34 вентили, соответствующие, например, каналам 3-5 изменят свое состояние: вентили 19, 21 закроются, а 28, 30 - откроются настолько, что после переходного процесса расход теплоносителя через открытые вентили 20, 22, 28, 30 станет одинаковым и таким, чтобы средняя температура секции была равна заданной. При этом охлаждение в секции станет противоточным и температурная неравномерность уменьшается. При неравномерном тепловыделении состояние этих открытых вентилей, соответствующих прямому (слева направо) и обратному (справа налево) течениям теплоно- сителя в каналах, будет различным в зависимости от средней абсолютной величины и направления градиента тепловыделения. В предельных случаях максимальных значений модуля градиента тепловыделения направление течения теплоносителя во всех каналах может быть одинаковым. При движении теплоносителя по каналам лунки на поверхности волновода являются центрами вихреобразования, что приводит к интенсификации теплообмена между волноводом и теплоносителем в местах расположения лунок, оптимальные размеры которых и плотность размещения подобраны опытным путем и удовлетворяют условиям D_л = (0,1 - 0,3) h_л = 0,3D_л, где D_л - диаметр лунок, м; h_л - глубина лунок, м; D - эквивалентный гидродинамический диаметр канала, м. Характерные параметры устройства даны в следующей таблице. Отношение приростов коэффициента гидросопротивления ζ/ζ_o и интенсивности теплообмена α/α_o в щелевых каналах, стенки которых формованы лунками с острыми кромками, в зависимости от отношения высоты лунок к их диаметру h_л/D_л при плотности лунок f = 70% для развитого турбу- лентного режима течения теплоносителя. Измерения проведены в диапазоне h_л = (0,1- - 0,5)D_л. При h_л > 0,3D_л становятся чересчур большими гидравлические потери. При h_л < 0,1D_л эффект интенсификации мал. Поэтому оптимален диапазон h_л = (0,1-0,3). Такое устройство охлаждения позволяет осуществлять плавный переход от одних термостатированных режимов охлаждения волновода с данными значениями общего расхода теплоносителя и соотношения значений расхода в прямом и встречном направлениях к другим термостатированным режимам при той же средней температуре волновода в соответствии с различными значениями величины тепловыделения, модуля и направления его градиента при различных режимах работы ускорителя. В отличие от известного устройства охлаждение волновода осуществляется многими каналами, имеющими вид много- заходной спирали, все витки которой имеют непосредственный тепловой контакт с охлаждаемой поверхностью волновода, на которую нанесены интенсификаторы тепло- обмена - лунки, а изменение режима охлаждения осуществляется регулируемыми вентилями, что позволяет организовать противоточное охлаждение с любым соотношением расхода теплоносителя в каналах с прямым и встречным течением теплоносителя. Таким образом, использование возможностей противоточной многоканальной регулируемой схемы охлаждения совместно с интенсификаторами теплообмена - лунками, нанесенными на поверхность волновода, позволяет уменьшить температурную неравномерность не только для двух или трех фиксированных распределений тепловыделения, но и любых других режимах работы ускорителя. Особое преимущество предлагаемое изобретение может иметь в прецизионных уcкорителях и сильноточных универсальных ускорителях многоцелевого назначения, работающих в режимах запасенной энергии, одиночных сгустков, переходном и стационарном режимах. Применение такого устройства для охлаждения снижает поперечный и продольный фазовый объем пучка, повышает его среднюю энергию в широком диапазоне значений параметров пучка и поэтому может быть использовано для ускорителей, работающих в составе лазеров на свободных электронах, где требуется прецизионное качество пучка и, следовательно, температурная неравномерность волновода не хуже десятых долей градуса.

Формула изобретения

СЕКЦИЯ РЕЗОНАНСНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащая корпус и волновод, выполненные в виде участков коаксиальных трубопроводов, и рубашку охлаждения, расположенную между волноводом и корпусом, входной и выходной патрубки которой соединены системой напорных и сливных трубопроводов в гидравлический мост, отличающаяся тем, что, с целью снижения температурной неравномерности вдоль секции ускорителя и расширения диапазона режимов работы устройства, между волноводом и корпусом установлены перемычки, выполненные в виде многозаходных спиралей и разделяющие межтрубное пространство на ряд спиральных каналов охлаждения, разделенных на две группы, при этом каналы каждой из группы соединены между собой на входе и выходе входными и выходными патрубками, каждая из групп каналов включена в гидравлический мост, содержащий регулируемые вентили и подключенный к теплообменному контуру, при этом на внутренней поверхности каналов нанесены сферические лунки с переменной по длине секции плотностью при выполнении следующих условий: D₁ = (0,1 - 0,3)D, h_л = 0,3D_л, где D - эквивалентный гидродинамический диаметр канала, м; h_л - глубина лунок, м;
D_л - диаметр лунок, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000        

---