Ускоритель пучков заряженных частиц

 

Изобретение относится к ускорителям пучков заряженных частиц, в частности электронов, и может быть использовано в физике, химии и медицине. В ускорителе пучков заряженных частиц, включающем металлическую оболочку, внутри которой размещен слой диэлектрического материала, и вакуумный канал для пролета электронов, выполненный вдоль центральной оси симметрии металлической оболочки, внутри металлической оболочки дополнительно размещен слой сегнетоэлектрического материала; слой сегнетоэлектрического материала может быть размещен между металлической оболочкой и слоем диэлектрического материала; слой сегнетоэлектрического материала может быть размещен внутри слоя диэлектрического материала. Технический результат - обеспечивается управляемость параметрами ускорителя и появляется возможность регулировать синфазность пучка заряженных частиц и ускоряющей их волны. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ускорителям пучков заряженных частиц, в частности электронов, и может быть использовано в физике, химии и медицине.

Известен ускоритель пучков заряженных частиц, включающий металлическую оболочку, внутри которой размещен слой диэлектрического материала в виде стержня. Между металлической оболочкой и диэлектрическим материалом, а также вдоль центральной оси симметрии внутри диэлектрического материала имеются вакуумные каналы для пролета пучков заряженных частиц, см. Rhon Kerning и др. “ANNULAR BEAM DRIVEN HIGH GRADIENT ACCELERATORS”, сборник материалов конференции “Proceeding Beam 1988, 7^th International Conference High-Power Particle Beams, pp.864-869” (копия ссылки прилагается).

Недостатком этого ускорителя является то, что сгусток заряженных частиц неустойчив и после короткого пролета осаждается на стенках оболочки.

Известен также ускоритель пучков заряженных частиц, включающий металлическую оболочку, внутри которой размещен слой диэлектрического материала, и вакуумный канал, выполненный вдоль центральной оси симметрии металлической оболочки, см. W. Gai и др. Experimental Demonstration of Wake-Field Effects in Dielectric Structures, PHYSICAL REVIEW LETTERS, vol.61, N 24, pp.2756-2758, 12.12.1988 (копия ссылки прилагается).

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Его недостатком является неуправляемость параметрами ускорителя; вследствие несинфазности пучка заряженных частиц и ускоряющей волны снижается эффективность ускорения.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи обеспечения управляемости параметрами ускорителя и, соответственно, возможности регулировки синфазности.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в ускорителе пучков заряженных частиц, включающем металлическую оболочку, внутри которой размещен слой диэлектрического материала, и вакуумный канал для пролета электронов, выполненный вдоль центральной оси симметрии металлической оболочки, внутри металлической оболочки дополнительно размещен слой сегнетоэлектрического материала; слой сегнетоэлектрического материала может быть размещен между металлической оболочкой и слоем диэлектрического материала; слой сегнетоэлектрического материала может быть размещен внутри слоя диэлектрического материала.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Благодаря реализация отличительных признаков изобретения объект приобретает весьма важное новое свойство: появляется возможность регулировать синфазность пучка заряженных частиц и ускоряющей их волны. Заявителю неизвестны какие-либо источники информации, в которых были бы сведения о наличии в ускорителях пучков заряженных частиц дополнительного слоя сегнетоэлектрического материала и обеспечении тем самым возможности управления параметрами ускорителя.

Это обстоятельство позволяет, по мнению заявителя, сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - поперечный разрез ускорителя; слой сегнетоэлектрического материала размещен между металлической оболочкой и диэлектриком;

на фиг.2. - поперечный разрез ускорителя; слой сегнетоэлектрического материала размещен внутри слоя диэлектрического материала.

Ускоритель пучков заряженных частиц включает металлическую оболочку 1, внутри которой размещен слой 2 диэлектрического материала и вакуумный канал 3, выполненный вдоль центральной оси симметрии металлической оболочки 1. В качестве диэлектрического материала могут использоваться высокочастотные керамические материалы с диэлектрической проницаемостью от 4 до 45. Основу этих диэлектриков составляют оксидные системы - соединения и твердые растворы, такие как кардиерит (2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂) с ε≈4.7, корунд (Аl₂О₃) с ε≈9.7, титанаты магния и кальция системы MgO-CaO-TiO₂ с ε от 14 до 20, а также твердые растворы титаната кальция-алюминатов редкоземельных элементов СаТiO₃-LnAlO₃ (Ln-La, Nd)c ε от 38 до 45. Особенностью этого класса диэлектрических материалов является их весьма малые диэлектрические потери в диапазоне СВЧ.

Внутри металлической оболочки 1 дополнительно размещен слой 4 сегнетоэлектрического материала; он может быть размещен между металлической оболочкой 1 и слоем 2 диэлектрического материала (фиг.1) или внутри этого слоя (фиг.2). Сегнетоэлектрический материал в конкретном примере представляет собой твердый раствор титанатов бария и стронция (Ba, Sr)Tio₃ с добавками оксидов и соединений различных элементов. Диэлектрическая проницаемость лежит в пределах от 200 до 600, a tg δ в диапазоне 10...35 ГГц составляет величину 0.004...0.006. При этом управляемость ε электрическим полем лежит в пределах (5-15)%. При указанных выше параметрах высокочастотной керамики и сегнетоэлектрического материала управляемость ускорительной структуры составит в зависимости от толщины управляющего сегнетоэлектрического слоя и конкретного значения диэлектрической проницаемости.

Устройство работает следующим образом. В ускоритель из инжектора известного типа подают сильноточный пучок заряженных частиц низких энергий, в конкретном примере, электронов с энергией 15-50 МэВ, длительностью импульса 10-40 не и зарядом 10-100 нК. Этот пучок возбуждает внутри ускорителя высокочастотную электромагнитную волну с частотой 10-35 ГГц. Затем в ускоритель подают слаботочный пучок электронов высоких энергий (более 100 МэВ), длительностью импульса 10-40 не и зарядом менее 0,1 нК. Электроны слаботочного пучка ускоряются в поле высокочастотной электромагнитной волны и возбуждают сильноточные пучки электронов. Для обеспечения синфазности слаботочного пучка электронов и высокочастотной электромагнитной волны создают постоянное электрическое поле в слое 4 сегнетоэлектрического материала; это осуществляют в конкретном примере путем подачи на него через нанесенные на него металлические контакты (на чертежах не показаны) постоянного электрического напряжения. Напряженность постоянного электрического поля составляет от 1 до 10 В/мкм. Меняя значение этого параметра можно изменять диэлектрическую проницаемость сегнетоэлектрического материала и таким образом подстраивать частоту и, соответственно, фазовую скорость электромагнитной волны относительно скорости пучка электронов.

Для реализации изобретения использованы известные материалы и технические средства, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “промышленная применимость”.

Формула изобретения

1. Ускоритель пучков заряженных частиц, включающий металлическую оболочку, внутри которой размещен слой диэлектрического материала, и вакуумный канал для пролета электронов, выполненный вдоль центральной оси симметрии металлической оболочки, отличающийся тем, что внутри металлической оболочки дополнительно размещен слой сегнетоэлектрического материала.

2. Ускоритель пучков заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что слой сегнетоэлектрического материала размещен между металлической оболочкой и слоем диэлектрического материала.

3. Ускоритель пучков заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что слой сегнетоэлектрического материала размещен внутри слоя диэлектрического материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2