Система высокочастотного питания ускорителя заряженных частиц

 

Использование: 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. Сущность изобретения: система высокочастотного питания ускорителя заряженных частиц состоит из задающего генератора 1, быстродействующего фазовращателя 2, усилителя 3 мощности, линий 4 и 5 задержки, соединенных с ВЧ-трактом с помощью циркуляторов 6 и 7 и высокочастотного моста 8. При этом выход усилителя 3 мощности подключен к высокочастотному мосту 8 через циркулятор 9, свободное плечо которого является выходом ВЧ-мощности. К плечу моста 8, смежному с плечом, к которому подключена линия 5 задержки подключен отражательный фазовращатель 10. 1 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 повышение импульсной мощности ускоряющей ВЧ-волны и снижение энергетического разброса частиц ускоренного пучка. Структурная схема высокочастотного питания ускорителя заряженных частиц представлена на чертеже. Система состоит из задающего генератора 1, быстродействующего фазовращателя 2, усилителя 3 мощности, линий 4 и 5 задержки, соединенных с ВЧ-трактом с помощью циркуляторов 6 и 7 и высокочастотного моста 8. При этом выход усилителя 3 мощности подключен к высокочастотному мосту 8 через циркулятор 9, свободное плечо которого является выходом ВЧ-мощности. К плечу моста 8, смежному с плечом, к которому подключена линия 5 задержки, подключен отражательный фазовращатель 10. Система работает следующим образом. В начале ВЧ-импульса волна от задающего генератора 1 проходит через быстродействующий фазовращатель 2 и поступает на вход усилителя 3 мощности, в котором мощность волны увеличивается. Далее она проходит через циркулятор 9 и попадает в плечо моста 8. Здесь она делится на две равные части, одна из которых поступает на отражательный фазовращатель 10 и в дальнейшем теряется, а другая поступает на вход линии 5 задержки с меньшим временем задержки. Фронт волны последовательно проходит эту линию задержки, циркулятор 7, линию 4 задержки и циркулятор 6, после чего попадает на плечо моста 8. Фазировка этой волны и волны с выхода усилителя 3 мощности осуществляется таким образом, чтобы результирующая волна (большая ее часть) с амплитудой, равной 1,21 Е_o, где Е_o амплитуда волны на выходе усилителя 3 мощности, также поступала на вход линии 5 задержки. После повторного заполнения линий 4 и 5 задержки амплитуда суммарной волны на выходе моста 8 составит 1,56 Е_o, a после следующего заполнения 1,81 Е_o. В этот момент с помощью фазовращателя 2 изменяется (на 180^o) фаза колебаний волны на выходе усилителя 3 мощности. В результате суммарная волна с амплитудой 1,81 поступает в плечо моста, в котором расположен отражательный фазовращатель 10, отражается от него и снова попадает на плечо моста 8, где делится на две равные части, одна из которых поступает в плечо с циркулятором 9 и выходит из системы, а другая проходит через циркулятор 6, линию связи, циркулятор 7 и, минуя таким образом линию 4 задержки, попадает на вход линии 5 задержки, время задержки которой меньше времени задержки линии 4 задержки в четыре раза. После трех проходов по кольцу (циркулятор 6, циркулятор 7, линия 5 задержки, мост 8) амплитуда волны на плече моста 8, смежном с плечом, в котором расположен фазовращатель 10, также возрастает в 1,56 раза по сравнению с первоначальной величиной амплитуды волны, отраженной от фазовращателя 10, и составляет 2,82 Е_o. Если теперь с помощью фазовращателя 10 изменить фазу волны, отраженной от него, то результирующая волна с амплитудой, равной 3,28 Е_o, поступит в плечо моста 8, соединенное с циркулятором 9, который выведет эту волну из системы. Мощность этой волны превышает мощность волны на выходе усилителя мощности в 10,7 раз. При этом длительность импульса генератора в четыре раза превышает суммарное время задержки линий задержки. Преимущества заявляемого объекта заключаются в том, что на его выходе формируется импульс ВЧ-мощности прямоугольной формы, превышающий мощность волны на выходе прототипа на 20% при этом в процессе ускорения частиц у них не возникает дополнительного энергетического разброса, обусловленного значительными изменениями мощности внутри ВЧ-импульса прототипа. Это позволяет повысить коэффициент использования пучка примерно в 4 раза.

Формула изобретения

Система высокочастотного питания ускорителя заряженных частиц, содержащая последовательно соединенные задающий генератор, быстродействующий фазовращатель, усилитель мощности и систему накопления энергии высокочастотного поля, отличающаяся тем, что, с целью повышения импульсной мощности ускоряющей высокочастотной волны и уменьшения энергетического спектра ускоренного пучка, система накопления энергии высокочастотного поля содержит первую и вторую линии задержки, три циркулятора, высокочастотный мост и отражательный фазовращатель, при этом к выходу усилителя мощности последовательно подключены один из циркуляторов и первое плечо высокочастотного моста, в третье плечо которого подключен отражательный фазовращатель, между вторым и четвертым плечами высокочастотного моста последовательно включены второй циркулятор, первая линия задержки, третий циркулятор и вторая линия задержки, причем третьи плечи двух последних циркуляторов соединены между собой, время задержки первой линии задержки в три раза больше второй, а третье плечо первого циркулятора является выходом высокочастотной мощности.

РИСУНКИ

Рисунок 1