Ускоряющая структура
Использование: изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения - увеличение частотного разделения рабочего и соседних видов колебаний; уменьшение стоимости изготовления и упрощение настройки. Сущность изобретения: в ускоряющую структуру, содержащую линейную цепочку связанных четвертьволновых резонаторов 1 и волноврдный мост 2, первое плечо которого предназначено для подключения ВЧ-генератора, второе и третье плечи Изобретение относится к ускорительной технике, конкретно к технике высокочастотных ускорителей заряженных частицу может быть использовано при создании ускорителей заряженных частиц с большим темпом ускорения. В ускорителях заряженных частиц используются различные типы ускоряющих структур, например бипериодические ускоряющие структуры и ускоряющая структура кольцо, в которых длина ускоряющего резонатора равна /2, где/ - относительная скорость ускоряемых частиц в данном резонаторе. А - рабочая длина волны. Одсвязаны отверстиями в общих стенках с двумя ускоряющими резонаторами, между которыми расположено 2 К ускоряющих резонаторов, где К 0,1,2,.... а к четвертому плечу присоединена согласованная нагрузка 3, введен призматический резонатор 4, ребра длиной а которого параллельны ocnk ускоряющих резонаторов. В общиххтенках крайних ускоряющих резонаторов и призматического резонатора по его поверхности с размерами.а и b выполнены отверстия связи, при этом общее число ускоряющих резонаторов N и размеры а и b выбраны согласно выражениям , b(2/A)2- - (m/a), где n 1, 2, 3, .... m 21+1-n - натуральное число, I - 1, 2, 3,... Д - рабочая длина волны. Благодаря такому выполне- . нию частотное разделение увеличивается в 2пЯо+11 раз, что позволяет соответственно увеличить длину структуры. Отсутствие внешних цилиндрических резонаторов связи позволяет сократить поперечные размеры , стоимость изготовления и упростить процесс настройки. 1 ил. ел С нако темп ускорения в этих структурах ограничен электрической прочностью ускоряющих резонаторов. Коэффициент перенапряжения в них Кп 4,5...4,8 для ускоряющего зазора, соответствующего максимуму шунтового. сопротивления Z. Коэффициент перенапряжения можно уменьшить, увеличив длину ускоряющего зазора. Однако при этом уменьшится Z изза уменьшения коэффициента пролетного времени Т. Из известных высокочастотных ускоряющих структур наиболее близкой по технической сущности является двойная vi о ел ел о ел
СОК)3 СОВЕTСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
В Е ДОМ СТВО. С С С Р (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4810883/21 (22) 06,04,90 (46) 15.02.93. Бюл. М 6 (71) Московский радиотехнический институт
АН СССР (72) В.Л,Бухарин, А.А.Заводцев и В,В.Рузин (56) Завэдцев А.А., Зверев Б.B. Новые ускоряющие системы для ЛУЭ со стоячей волной. — Письма в ЖТФ, 1981. т.7, в,21, с.1332-1335.
Патент Франции N 2384418, кл, Н 05 Н 9/04, 7/02, 1980. (54) УСКОРЯЮЩАЯ СТРУКТУРА (57) Использование; изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения — увеличение частотного разделения рабочего и соседних видов колебаний; уменьшение стоимости-изготовления и упрощение настройки. Сущность изобретения; в ускоряющую структуру, содержащую линейную цепочку связанных четвертьволновых резонаторов 1 и волноводный мост 2, первое плечо которого предназначено для подключения В4-генератора, второе и третье плечи
Изобретение относится к ускорительной технике, конкретно к технике высокочастотных ускорителей заряженных частиц и может быть использовано при создании ускорителей заряженных частиц с большим темпом ускорения.
В ускорителях заряженных частиц используются различные типы ускоряющих структур, например бипериодические ускоряющие структуры и ускоряющая структура
"кольцо", в которых длина ускоряющего резонатора равна Pk /2, гдеP — относительная скорость ускоряемых частиц в данном резонаторе. А — рабочая длина волны, Од„SU „, 17955б5 А1
2п /(n+11 ряз, что позволяет соответственно увеличить длину структуры. Отсутствие внешних цилиндрических резонаторов связи позволяет сократить поперечные размеры, стоимость изготовления и упростить процесс настройки. 1 ил, юЪ нако темп ускорения в этих структурах ограничен электрической прочностью ускоряющих резонаторов. Коэффициент перенапряжения в них Kn = 4,5.;.4,8 для ускоряющего зазора, соответствующего максимуму шунтового сопротивления 2. Коэффициент перенапряжения можно уменьшить, увеличив длину ускоряющего зазора. Однако при этом уменьшится 2 изза . умен ьш ения коэффициента и ролетн ого времени Т. Из известных высокочастотных ускоряющих структур наиболее близкой по технической сущности является двойная 1795565 20 ственно, а к четвертому плечу присоединена согласованная нагрузка, Эта структура имеет близко6 значение 2 с бипериодическими структурами и структурой "кольцо" и меньшее значение Кл = 1,34. т.е, в 3,5„.3,7 раз больший темп ускорения. Однако, эта ускоряющая структура обладает рядом недостатков. В этой структуре, содержащей 2п+2 ускоряющих резонаторов, возбуждается 2n+1 видов колебаний, и частотное разделение рабочего и соседних видов колебаний Л f = — —, где К вЂ” коэффициент связи x1 4п структуры, f — рабочая частота. При достаточно большой длине ускоряющей секции Л f 35 окажется недопустимо MBIlblM. Особенно HP. желательно уменьшение Af при питании ускоряющей секции от магнетронного автоколебательного генератора. Наличие внешних цилиндрических резонаторов связи 40 определяет большой поперечный размер структуры, из которого следует ее большая масса, э также большие масса и мощность питания фокусирующего соленоида, в который вставляется ускоряющая структура. 45 Кроме этого наличие внешних цилиндрических резонаторов связи приводит к большой стоимости изготовления ускоряющей системы и сложной настройке структуры. Целью изобретения является увеличе- 50 ние частотного разделения рабочего и соседних видов колебаний, уменьшение поперечного размера, уменьшение стоимости изготовления и упрощение настройки ускоряющей структуры, Поставленная цель достигается тем, что в ускоряющей структуре, содержащей уско-. ряющие резонаторы длинвй Р3, /4 каждый, где j1 — относительная скорость ускоряебипериодическая ускоряющая структура с питанием через волноводный мост, выбранная зэ прототип. Эта ускоряющая структура состоит из ускоряющих резонаторов длиной /3А/4 каждый, расположенных на одной 5 оси. Соседние нечетные ускоряющие резонаторы связаны друг с другом через цилиндрический резонатор связи с помощью отверстий в общих стенках. Аналогично связаны и соседние четные ускоряющие резонаторы. Та.,им образом, нечетные и четные ускоряющие резонаторы со своими резонаторами связи образуют две бипериодические ускоряющие структуры. Питание структуры -высокочастотной мощностью 15 осуществляется через волноводный мост, причем по первому плечу подводится ВЧмощность, второе и третье плечи соединены с нечетным и четным резонаторами соответмых частиц в данном ускоряющем резонаторе, 1 — рабочая длина волны, расположенные на одной оси, и волноводный мост, первое плечо которого предназначено для подачи высокочастотной мощности в ускоряющую структуру; второе и третье плечи связаны отверстиями в общих стенках с двумя ускоряющими резонаторами, между которыми расположено четное число ускоряющих резонаторов, а к четвертому плечу присоединена согласованная нагрузка, число ускоряющих резонаторов N нечетно, соседние ускоряющие резонаторы связаны друг с другом отверстиями в общих стенках, крайние ускоряющие резонаторы связаны отверстиями в общих стенках с призматическим резонатором, ширина b u длина а которого связаны соотношением 2 гп 2 2 ь-(() (— ) ), где m — натуральное число такое, что число — (N+2 m-ф — нечетное. 2 На чертеже изображена предлагаемая ускоряющая структура. Ускоряющая структура содержит ускоряющие резонаторы 1, волноводный мост 2, согласованную нагрузку 3 и призматический резонатор 4, Ускоряющая структура работает следующим образом. ВЧ-мощность от генератора вводится в первое плечо моста 2. делится пополам и поступает в ускоряющие резонаторы 1, между которыми расположено четное число ускоряющих резонаторов 1, .например ноль. В последнем случае ВЧмощность из второго и третьего плеч моста 2 вводится в соседние ускоряющие резонаторы 1, как показано на рис. 1, Электродинамически ускоряющая структура представляет собой кольцевую цепочку N+1 связанных резонаторов, которая может возЛ буждаться на виде колебаний с двумя видами распределения поля. На первом виде поле отлично от нуля в нечетных ускоряющих резонаторах 1, а в чстных ускоряющих резонаторах 1 и в призматическом резонаторе 4 поле равно нулю. На втором виде поле отлично от нуля в четных ускоряющих резонаторах 1 и в призматическом резонаторе 4, а в нечетных ускоряющих резонаторах 1 поле равно нулю. ВЧ-мощность, поступающая 3 ускоряющие резонаторы 1 через второе и третье плечи моста 2, возбуждает одновременно оба вида распределения поля, работающие на виде колебаний Л и сдвинутые друг относительно друга по 1795565 20 35 40 фазе на. . Сдвиг по фазе нэ обеспеЛ К чивается мостом 2. Таким образом, во всех ускоряющих резонаторах 1 имеется ускоряющее поле, сдвинутое от резонатора к резаЛ натору по фазе на, что обеспечивает синхронизм ускорения заряженных частиц с относительной скоростью Р и периодом структуры /3Л /4. Призматический резонатор возбуждается на.виде колебаний H>om-Резонансная длина волны на этом виде колебаний равна Л= 2 (-,, +(—,)Отсюда получается приведенное соотношение для вычисления b и а. Число ускоряющих резонаторов нечетно, т,е. N =- 2n+1, где n = 1, 2, 3, .... Если и четно, то крайние ускоряю цие резонаторы возбуждаются синфазно, и для реализации возможности Л возбуждения — вида колебаний m долж7 но быть нечетно. Если и нечетна, то крайние ускоряющие резонаторы возбуждаются противофазно, и m должно быть четным. В обоих случаях m+n должно быть нечетным или число — (N+2m-1) должно быть нечет1 2 ным. Предлагаемая структура, содержащая 2n+1 ускоряющих резонаторов. возбуждается на и+2 видах колебаний, и частотное разделение рабочего и соседних видов колебаний Л f — - . При одинаковой Л f nkf Гп .можно сделать ускоряющую секцию на базе Формула изобретения Ускоряющая структура, содержащая линейную цепочку связанных ускоряющих резонаторов длиной / Л /4 каждый, где А рабочая длина волны, м; P — относительная скорость ускоряемых частиц в данном ускоряющем резонаторе, и валноводный мост с первым плечом для входа высокочастотной мощности, второе и третье плечи которого связаны отверстиями в общих стенках с двумя ускоряющими резонаторами, между которыми расположены 2К ускоряющих резонаторов, где К = О, 1, 2, ..., а к четвертому плечу присоединена согласованная нагрузка, отличающаяся тем, что, с целью увеличения частотного разделения рабочего предлагаемой структуры в 2n/(n+1) большей длины, чем нэ базе прототипа, Предлагаемое конструктивное решение по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества. Предлагаемая структура имеет в 2n/(и+1) большее частотное разделение видов колебаний, что позволяет сделать ускоряющую секцию в 2n/(и+1) раз большейдлины. Отсутствие внешних цилиндрических резонаторов связи позволяет существенно сократить поперечный размер ускоряющей структуры, сократить стоимость изготовления и упростить процесс настройки, т.к. предлагаемая ускоряющая структура состоит только из ускоряющих резонаторов и одного призматического резонатора. Примером конкретной реализации может служить ускоряющая секция линейного ускорителя электронов с 8 = 1, работающего на частоте 2,9 ГГц, длиной 1 м. В прототипе и предлагаемой структуре число ускоряющих резонаторов равно 38 и 37, диаметры структур равны 170 и 120 мм, число возбуждающихся видав колебаний равно 37 и 20, частотное разделение рабочего и соседних видов колебаний при коэффициенте связи К = 0,03 равно 3,7 и 6,9 МГц соответственно, Призматический резонатор имеет следующие параметры: а = 1000 мм, Ь = 66 мм, m = 11. Ускоряющие структуры состоят из ускоряющих резонаторов и волноводного моста, к которым в прототипе добавляется 36 внешних цилиндрических резонаторов связи и только один призматический резонатор в предлагаемой структуре, что существенно снижает стоимость ее изготовления и упрощает настройку, и соседних видов колебаний и упрощения настройки, в ускоряющую структуру введен призматический резонатор, ребра длиной а (м) которого параллельны оси ускоряющих резонаторов, в общих стенках крайних ускоряющих резонаторов и призматического резонатора по его поверхности с размерами ребер а и b выполнены дополнительные отверстия связи, при этом общее число ускоряющих резонаторов N и размеры а и Ь выбраны согласно выражениям N = 2n+1, b = ((2/ Л) — (m/а) ), где и = 1, 2, 3, ...; m — натуральное число, причем m = 2l+1-п, l = 1, 2, 3..... 1795565 Составитель B,Áóõàðèí Техред М.Моргентал .. Корректор ll.ÃeðeUjè Редактор В.Федотов Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 436 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
