Циклический ускоритель высокоскоростных твердых частиц

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Сущность изобретения: в ускорителе высокоскоростных твердых частиц, содержащем высоковольтный источник питания, тороидальные дефлекторы, высоковольтный усилитель и перестраиваемый генератор, в промежутках между тороидальными дефлекторами установлены индукционные датчики и попарно соединенные цилиндрические электроды, подключенные к выходам высоковольтного усилителя, входы которого подключены к выходу генератора с изменяющимися во времени частотой и длительностью импульсов в пачке, работающего под управлением ЭВМ, подключенной к нему через блок сопряжения, на который также подаются сигналы с выходных усилителей сигналов индукционных датчиков и селектора скоростей. Предлагаемый ускоритель позволяет существенно увеличить диапазон ускоряемых частиц так, как система управления на основе ЭВМ изменяет управляющий сигнал в зависимости от удельного заряда и скорости частицы, а применение для ускорения динамических ускорителей увеличивает диапазон материалов ускоряемых частиц. 1 ил.

 

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц.

Известен ускоритель высокоскоростных твердых частиц, содержащий инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блок сопряжения, высоковольтный усилитель, каскадный генератор, ЭВМ и мишень (Патент РФ №2205525 Ускоритель высокоскоростных пылевых частиц. // Семкин Н.Д., Пияков А.В., Воронов К.Е., Помельников Р.А.).

Наиболее близким аналогом является ускоритель высокоскоростных твердых частиц, использующий для ускорения давление лазерного луча, состоящий из аргонного лазера, призм, обеспечивающих отражение луча, цилиндрических электродов, тороидальных дефлекторов, высоковольтного источника питания, высоковольтного усилителя и перестраиваемого генератора (А.Pozwolski. A compact laser-driven accelerator or macroparticles. / Laser and Particle Beams, 2001, 19).

Однако приведенный ускоритель обладает рядом недостатков:

- во избежание нагрева и разрушения частицы она должна изготавливаться из прозрачного материала;

- ускоритель обладает узким динамическим диапазоном ускоряемых частиц, что обусловлено тем, что данная система не позволяет ускорять частицы в широком диапазоне масс без предварительной перенастройки управляющей аппаратуры. Это связано с тем, что частицы одной массы могут в одном и том же инжекторе получать разный заряд. Так как проходя ускоряющий промежуток частица приобретает приращение кинетической энергии E·q_ч, a соответственно и скорости, равное , где имеет место нелинейная зависимость приращения скорости от удельного заряда частицы. В прототипе амплитуда пачки управляющих импульсов является нелинейной функцией удельного заряда частицы. Поэтому частицы должны быть жестко калиброваны иначе наступит рассинхронизация ускорения и частицы не будут ускоряться.

Поставлена задача - разработать ускоритель с более широким диапазоном ускоряемых частиц.

Поставленная задача достигается тем, что в циклическом ускорителе высокоскоростных твердых частиц, содержащем высоковольтный источник питания, тороидальные дефлекторы, высоковольтный усилитель и перестраиваемый генератор, согласно изобретению в промежутках между тороидальными дефлекторами установлены индукционные датчики и попарно соединенные цилиндрические электроды, подключенные к выходам высоковольтного усилителя, входы которого подключены к выходу генератора с изменяющимися во времени частотой и длительностью импульсов в пачке, работающего под управлением ЭВМ, подключенной к нему через блок сопряжения, другие входы блока сопряжения подключены к выходам выходных усилителей сигналов индукционных датчиков и селектора скоростей.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид ускорителя совместно с обслуживающей аппаратурой.

Устройство содержит тороидальные дефлекторы 1, расположенные по углам квадрата и подключенные к выходу высоковольтного усилителя 2, входы которого подключены к выходам высоковольтного источника питания 3 и генератора измеряемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 4, электродинамические ускоряющие секции, состоящие из цилиндрических электродов 5, расположенных в ребрах квадрата, соединенных так, что электроды с нечетными номерами подключены к одному, а с четными номерами к другому выходу высоковольтного усилителя 2, индукционные датчики 6, расположенные вначале и в конце ускоряющих секций, подключенные ко входам усилителей 7, выходы которых подключены ко входам сумматора 8, выход которого подключен ко входу блока сопряжения 9, ЭВМ 10, входы которого подключены к выходам блока сопряжения 9, а выходы к его входам

Устройство работает следующим образом. Частица с известным удельным зарядом попадает в электродинамический ускоритель через отверстие в первом тороидальном дефлекторе 1. Затем частица проходит через индукционные датчики 6. В ЭВМ 10 происходит вычисление ее скорости. На основе известной скорости и удельного заряда ЭВМ через блок сопряжения 9 подается управляющий сигнал на генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке 4, который через высоковольтный усилитель 2 подключен к попарно соединенным цилиндрическим электродам 5. Когда частица проходит промежуток между электродами к нему под действием управляющего сигнала, прикладывается ускоряющий потенциал. Покинув ускоряющий тракт, частица проходит индукционные датчики для измерения ее скорости. В зависимости от измеренной скорости на внешнюю пластину тороидального дефлектора 1 через высоковольтный усилитель с генератора 4 подается сигнал определенной амплитуды и длительности, внутренняя пластина дефлектора заземлена. Под действием поля в дефлекторе происходит поворот частицы на 90° и она попадает в следующую секцию ускорителя. Затем вышеописанный цикл ускорения повторяется до достижения необходимого ускорения. По окончанию ускорения напряжение с тороидальных дефлекторов снимается и частица выводится из ускоряющего тракта через отверстие в тороидальном дефлекторе. Результирующее ускорение является функцией ускоряющего напряжения электродинамичеких трубок.

Циклический ускоритель высокоскоростных твердых частиц, содержащий высоковольтный источник питания, тороидальные дефлекторы, высоковольтный усилитель и перестраиваемый генератор, отличающийся тем, что в промежутках между тороидальными дефлекторами установлены электродинамические ускоряющие секции, состоящие из цилиндрических электродов, при этом электроды с четными и нечетными номерами подключены к разным выходам высоковольтного усилителя, дополнительно введены индукционные датчики, сумматор, блок сопряжения и усилители, при этом датчики подключены ко входам усилителей, выходы которых подключены ко входам сумматора, выход которого подключен ко входу блока сопряжения, входы которого подключены к выходу ЭВМ.