Линейный ускоритель заряженных частиц

 

Использование: относится к ускорительной технике, в частности к сильноточным ускорителям заряженных частиц с малой длительностью импульса тока. Сущность изобретения: ускоритель состоит из задающего генератора 1, быстродействующего фазовращателя 2, усилителя 3 высокочастотной мощности, высокочастотного моста 4, к которому подключены накопительные резонаторы 5 и 6, высокочастотный мост 7, фазовращатель 8, третий высокочастотный мост 9, линия 10 задержки, четвертый высокочастотный мост 11 и ускоряющая секция 12. К свободным плечам мостов 7 и 11 подключены согласованные нагрузки 13. 2 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к сильноточным ускорителям заряженных частиц с малой длительностью импульса тока, предназначенных для использования в радиационной химии, активационном анализе, фундаментальных исследованиях физики высоких энергий и др. Целью изобретения является уменьшение ширины энергетического спектра пучка ускоренных частиц. Структурная схема линейного ускорителя заряженных частиц приведена на фиг. 1. Ускоритель состоит из задающего генератора 1, быстродействующего фазовращателя 2, усилителя 3 высокочастотной мощности, высокочастотного моста 4, к которому подключены накопительные резонаторы 5 и 6, к выходу моста 4 последовательно подключены высокочастотный мост 7, быстродействующий фазовращатель 8, третий высокочастотный мост 9, линия 10 задержки, четвертый высокочастотный мост 11 и ускоряющая секция 12. К свободным плечам мостов 7 и 11 подключены согласованные нагрузки 13. На фиг. 2 приведены графики изменения электрического поля в различных точках схемы. Работает ускоритель следующим образом. В первой части ВЧ-импульса усилителя 3 мощности происходит накопление энергии поля ВЧ-волны в резонаторах 5 и 6, при этом поле Е_в на выходе моста 4 изменяется в соответствии с графиком на фиг.2. В этом промежутке времени мосты 7 и 9 и быстродействующий фазовращатель 8 обеспечивают передачу всей ВЧ-мощности на вход линии 10 задержки. Амплитуда волны на выходе линии задержки Е_л.з. изменяется так же, как и Е_в, но имеет сдвиг во времени на величину задержки линии задержки t_з. Поле в канале прямой передачи между мостами 9 и 11 Е_п в то время отсутствует. При этом на вход ускоряющей секции поступает волна Е_у.с., амплитуда которой в раз меньше амплитуды волны Е_л.з.. После окончания периода накопления энергии в момент времени t_ф c помощью быстродействующего фазовращателя 2 происходит инвертирование фазы волны на выходе усилителя 3 мощности. При этом длительность переходного процесса t_п при инвертировании фазы выбирается равной времени задержки t_з, а параметры накопительных резонаторов подбираются так, чтобы длительность выходного импульса превышала t_п в два раза. В этом случае через время t_п=t_з от момента t_ф1, когда амплитуда волны на выходе моста 4 Е₈ достигает максимума, с помощью быстродействующего фазовращателя 8, время изменения фазы которого значительно меньше времени t_п, изменяется направление движения волны и она, минуя линию 10 задержки, поступает на мост 11. К этому времени к выходу линии задержки подходит фронт волны, соответствующий моменту времени t_ф, которая также поступает на мост 11. На мосте 11 волны Е_л.з. и Е_п складываются, образуя волну E_у.с., изменения амплитуды которой в значительной степени компенсируются. При этом также возрастает средняя амплитуда ВЧ-волны в течение ВЧ-импульса на входе ускоряющей секции. При использовании накопительных резонаторов с собственной добротностью (60 80)10³ при коэффициенте связи с ВЧ-трактом 9 11 и длительности выходного импульса 0,4 мкс (полагаем, что длительность импульса ВЧ-генератора достаточна для заполнения резонаторов) получим изменение амплитуды волны в течение импульса около 40% В то же время, при использовании предлагаемого устройства изменения амплитуды ускоряющей волны удается снизить до 5 8% (при той же длительности выходного импульса). Кроме того, средняя мощность ВЧ-волны в этом импульсе возрастает на 10 15% Точные величины изменения амплитуды волны и повышение средней мощности зависят от длительности переходного процесса при изменении фазы волны, падающей на резонаторы. При этом меньшая величина изменения амплитуды волны соответствует также меньшей величине возрастания средней мощности. Таким образом, заявляемый объект имеет преимущества перед прототипом, так как в типичном случае при одной и той же длительности ВЧ-импульса на входе ускоряющей секции изменения амплитуды ВЧ-волны и, следовательно, ширина энергического спектра составляет около 40% для прототипа и около 60% для заявляемого объекта.

Формула изобретения

Линейный ускоритель заряженных частиц, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, быстродействующий фазовращатель, усилитель высокочастотной мощности, первый высокочастотный мост, к двум смежным плечам которого подключены накопительные резонаторы, и ускоряющую секцию, отличающийся тем, что, с целью уменьшения ширины энергетического спектра пучка ускоренных частиц, в него дополнительно введена последовательная цепь из второго высокочастотного моста, быстродействующего фазовращателя, третьего высокочастотного моста, линии задержки и четвертого высокочастотного моста, подключенная своим входом к выходу первого высокочастотного моста, а выходом - к ускоряющей секции, при этом к второму плечу второго высокочастотного моста и четвертому плечу четвертого высокочастотного моста подключены согласованные нагрузки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2