Ускоряющая трубка электростатического ускорителя

 

Использование: в ускорительной технике, преимущественно в электростатических ускорителях. Сущность изобретения: ускоряющая трубка содержит не менее шести секций, образованных тремя или более соосными осесимметричными изолирующими кольцами, вакуумно-плотно соединенными с металлическими электродами, центральные части которых, предназначенные для формирования ускоряющего поля, выполнены в виде плоской электродной вставки с отверстием для прохождения пучка заряженных частиц и расположены взаимно параллельно таким образом, что линия, перпендикулярная поверхностям вставок, и оптическая ось трубки образуют угол в интервале 7 - 15^o, постоянный в пределах секции. Между секциями, перпендикулярно оптической оси, установлен плоский электрод с центральным отверстием, а каждая последующая секция повернута в одном и том же направлении по азимуту вокруг оси на угол в пределах 89 - 91^o относительно предыдущей. В ускоряющей трубке происходит более эффективное подавление разрядных процессов в ускорительном канале при существенном, по оценке не менее, чем в 3 раза, снижении максимальной энергии вторичных частиц, что повышает электрическую прочность трубки и надежность эксплуатации ускорителя. 3 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике, преимущественно к электростатическим ускорителям.

Известны ускоряющие трубки электростатических ускорителей, в которых для подавления разрядных процессов используется электрическое поле, формируемое электродами, наклонными к оптической оси, причем каждый электрод повернут по азимуту на некоторый небольшой, постоянный по отношению к предыдущему электроду, угол [1] Силовые линии поля в таких трубках образуют пространственные спирали. Для удержания ускоряемого пучка вблизи оптической оси направление азимутального поворота электродов по крайней мере один раз изменяется на противоположное. Удаление низкоэнергетичных вторичных частиц (электронов и ионов) из ускорительного канала обеспечивается поперечной составляющей спирального поля.

Однако азимутальная составляющая поля, внося соответствующую компоненту в импульс вторичных частиц, замедляет их уход из ускорительного канала и, следовательно, снижает эффективность подавления разрядных процессов.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой конструкции является ускоряющая трубка, в которой несколько взаимно параллельных наклонных электродов образуют элемент с постоянным по величине и направлению наклонным электрическим полем [2] Поперечная составляющая наклонного поля эффективно удаляет низкоэнергетичные частицы из канала. Для компенсации поперечного импульса, приобретаемого заряженными частицами ускоряемого пучка, элементы наклонного поля располагаются таким образом, чтобы его составляющая, перпендикулярная оси трубки, при переходе от элемента к элементу изменяла свое направление на противоположное.

Однако вторичные частицы, появившиеся вблизи границы между соседними элементами, могут набрать значительную энергию, поскольку поле, изменив свое направление, возвращает их к оптической оси. Присутствие высокоэнергетичной компоненты в спектре вторичных в целом снижает электрическую прочность трубки.

Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков, а именно на повышение электрической прочности ускоряющей трубки с наклонными электродами за счет более эффективного удаления вторичных частиц и ограничения их максимальной энергии.

Сущность изобретения заключается в следующем. В ускоряющей трубке, содержащей не менее шести секций, которые образованы тремя или более осесимметричными изолирующими кольцами, вакуумно-плотно соединенными с металлическими электродами, центральные части электродов, предназначенные для формирования ускоряющего поля, выполнены в виде плоской электродной вставки с отверстием для прохождения пучка заряженных частиц. Вставки расположены таким образом, что линия, перпендикулярная их поверхностям и оптическая ось трубки образуют угол в интервале 7 15^o, постоянный в пределах секции. Между секциями перпендикулярно оптической оси установлен плоский электрод с центральным отверстием, а каждая последующая секция повернута в одном и том же направлении по азимуту вокруг оси на угол в пределах 89 91^o относительно предыдущей. Таким образом при переходе от секции к секции обеспечивается поворот на 90^o поперечной составляющей ускоряющего электростатического поля, которое в пределах отдельной секции остается постоянным по величине и направлению.

На фиг. 1 изображены секции ускоряющей трубки (А, Б). (1) изолирующее кольцо; (2) металлический электрод; (3) наклонная электродная вставка; (4) плоский электрод, разделяющий секции; на фиг.2 схема расположения электродов и проекции расчетной траектории осевой частицы пучка на координатной плоскости XOZ и YOZ в заявляемой ускоряющей трубке, вариант конструкции которой разработан для перезарядного ускорителя ЭГП-15; на фиг.3 - эффективность подавления вторичных частиц в заявляемой конструкции.

Техническим результатом заявляемой ускоряющей трубки по сравнению с трубкой-прототипом является более эффективное подавление разрядных процессов в ускорительном канале при существенном ( по оценкам не менее, чем в 3 раза) снижении максимальной энергии в энергетическом спектре вторичных частиц, что, в свою очередь, повышает электрическую прочность трубки и позволит надежно эксплуатировать ускоритель при более высоком напряжении.

Пример. В качестве примера рассмотрим вариант конструкции ускоряющей трубки, разработанной для перезарядного ускорителя ЭГП-15 (фиг.2). Трубка с изолирующей длиной 4,6 м состоит из 184 изоляторов и 185 электродов, образующих 8 секций с наклонным полем. Угол между плоскостью наклонной электродной вставки и перпендикуляром к оси трубки равен 10^o, диаметр апертуры ускорительного канала 40 мм. Геометрия секций (номера плоских электродов, разделяющих секции, указаны на фиг.2) обеспечивает транспортировку пучка с минимальными потерями и его выход в конце трубки на оптическую ось. На фиг.3а в цилиндрических координатах показана расчетная зависимость отклонения r низкоэнергетичного электрона, появившегося на образующей ускорительного канала заявляемой трубки вблизи границы между секциями, как функция продольной координаты Z. На фиг.3б приведены траектории электронов в трубке-прототипе, у которой поперечный размер апертуры канала также составляет 40 мм, а угол наклона электродов 10^o. Предполагается, что после пересечения образующей канала вторичные частицы, набрав максимальную энергию, задерживаются электродами трубки. Сравнение максимального пробега вторичных электронов, которому пропорциональна набранная ими энергия, указывает на преимущество заявляемой конструкции.

Формула изобретения

Ускоряющая трубка электростатического ускорителя, содержащая не менее шести секций, образованных тремя или более соосными осесимметричными изолирующими кольцами, вакуумно-плотно соединенными с металлическими электродами, центральные части которых, предназначенные для формирования ускоряющего поля, выполнены в виде плоской электронной вставки с отверстием для прохождения пучка заряженных частиц и расположены взаимно параллельно так, что линия, перпендикулярная поверхностям вставок, и оптическая ось трубки образуют угол 7 15^o, постоянный в пределах секции, при этом между секциями перпендикулярно оптической оси установлен плоский электрод с центральным отверстием, отличающаяся тем, что каждая последующая секция повернута в одном и том же направлении по азимуту вокруг оси на угол 89 - 91^o относительно предыдущей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3