Ускоритель высокоскоростных твердых частиц

Авторы патента:

H05H5/00 - Ускорители на постоянном напряжении; моноимпульсные ускорители (H05H 3/06 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2534227:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)

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

Известен ускоритель высокоскоростных твердых частиц, основанный на ускоряющей системе Слоуна-Лоуренса, состоящий из инжектора, линейного ускорителя, генератора Ван-де-Граафа, цилиндрических электродов, каждый последующий из которых имеет больший по сравнению с предыдущим продольный размер, генератора высоковольтного синусоидального напряжения постоянной частоты и мишени (D.B. Becker, J.F. Friichtenicht. Measurement and interpretation of the luminous efficiencies of iron and copper simulated micrometeors. / Nuclear science, 1965, №6).

Наиболее близким является линейный ускоритель для моделирования микрометеоритов, состоящий из инжектора, индукционных датчиков, усилителей, линейного ускорителя, источника фиксированного высокого напряжения, цилиндрических электродов, селектора скоростей, селектора удельных зарядов, генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блока сопряжения, электронно-вычислительной машины, усилителя пачки импульсов переменной длительности, каскадного генератора и мишени (Патент RU №2205525, МПК Н05Н 5/00, бюл. №15, опубл. 27.05.2003)

Однако он обладает рядом недостатков:

- Сложная и не надежная схема электродинамической части ускорителя.

- Невозможность повысить напряжение ускоряющей секции электродинамического ускорителя, из-за конструктивных особенностей и ограничений, наложенных на ключевые элементы усилителя пачки импульсов.

- Недостаточная конечная скорость пылевых частиц.

Поставлена задача разработать ускоритель, свободный от указанных недостатков, при сохранении широкого диапазона ускоряемых частиц.

Поставленная задача решается тем, что в ускорителе, содержащем инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, мишень, согласно изобретению добавлена камера высокого давления, наполненная гексафторидом серы, в пространстве которой установлены цилиндрические электроды, а вакуумный ускорительный тракт, по которому с ускорением движутся частицы, отделен диэлектрической стенкой камеры, введены блок формирования девиации частоты, высокочастотный конвертор, повышающий импульсный трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выходом высокочастотного конвертора, управляющий вход которого подключен к блоку формирования девиации частоты, вторичная обмотка повышающего импульсного трансформатора соединена с цилиндрическими электродами.

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

Устройство содержит инжектор 1, индукционные датчики 2, усилители 3, линейный ускоритель 4, источник фиксированного высокого напряжения 5, цилиндрические электроды 6, селектор скоростей 7, селектор удельных зарядов 8, блок формирования девиации частоты 9, блок сопряжения 10, электронно-вычислительную машину 11, высокочастотный конвертор 12, повышающий импульсный трансформатор 13, мишень 14, камеру высокого давления 15. Каждый из индукционных датчиков 2 соединен с входом соответствующего усилителя 3, выход первого усилителя 3 соединен с первым входом селектора удельных зарядов 8, выход второго усилителя 3 соединен с входом селектора скоростей 7 и вторым входом селектора удельных зарядов 8, выход селектора скоростей 7 и выход селектора удельных зарядов 8 соединены с входами блока формирования девиации частоты 9, выход блока девиации частоты 9 соединен с управляющим входом высокочастотного конвертора 12, выходы которого соединены с первичной обмоткой повышающего импульсного трансформатора 13, вторичная обмотка повышающего импульсного трансформатора соединена с цилиндрическими электродами 6, расположенными в камере высокого давления 15, выход третьего усилителя 3 соединен с входом блока сопряжения 10, который соединен с электронно-вычислительной машиной 11 и блоком формирования девиации частоты 9.

Устройство работает следующим образом. Инжектор 1 генерирует заряженные частицы в заданном диапазоне масс с частотой порядка 1 Гц. Заряженная частица последовательно проходит первый индукционный датчик 2, линейный ускоритель 4, второй индукционный датчик 2, цилиндрические электроды 6, расположенные в камере высокого давления, третий индукционный датчик 2 и попадает на мишень 14. Первая пара индукционных датчиков 2 и линейный ускоритель 4 предназначены для определения параметров частицы (удельного заряда Q/m и начальной скорости V₀). Пролетая внутри индукционного датчика, частица наводит на него потенциал обратного заряду частице знаку. Так как датчик изготовлен из металла, то его поверхность эквипотенциальна, а значит, не имеет значения, с какой части снимать напряжение. По поступающим с индукционных датчиков сигналам, селектор скоростей 7 и селектор удельных зарядов 8 формируют на своих выходах цифровой код начальной скорости частицы и код ее удельного заряда. В селекторе скоростей 7 измеряются временные интервалы пролета частицей центров датчиков для первого и второго индукционных датчиков 2. Измеренные временные интервалы прямо пропорциональны скорости движения частицы. Пройдя через линейный ускоритель 4, частица получает приращение скорости. Аналогично первому датчику работает второй. По цифровым данным полученных с селектора скоростей 7 и селектора удельного заряда 8 блок формирователя девиации частоты 9 генерирует в течение непродолжительного промежутка времени управляющий сигнал с увеличивающейся во времени частотой, этот сигнал напрямую управляет силовыми каскадами высокочастотного конвертора 12, в плечи которого включена первичная обмотка повышающего импульсного трансформатора 13. На вторичной обмотке трансформатора генерируется высокое напряжение, близкое по форме к управляющему сигналу блока формирователя девиации частоты 9 и той же частоты. Уровень полученного импульсного напряжения может быть любым и ограничивается только напряжением пробоя между цилиндрическими электродами 6, для повышения пробойного напряжения цилиндрические электроды изолированы от вакуумной камеры, в которой происходит ускорение пылевых заряженных частиц и помещены в диэлектрическую камеру высокого давления 15, в которую под давлением закачен гексафторид серы. Высокое импульсное напряжение с трансформатора создает ускоряющее поле между каждой парой электродов 6. Данное поле меняется во времени синхронно с перемещением частицы в ускоряющем тракте. Параметры частоты управляющего сигнала выбираются из ряда данных, заранее заложенных в блок формирования девиации частоты 9 с ЭВМ 11. Третий индукционный датчик 2 подключен к блоку сопряжения 10 и служит для получения выходных данных о скорости частицы. Затем уже ускоренная частица попадает на мишень 14 и весь процесс повторяется. ЭВМ 11 производит статистику эксперимента и динамическое управление ускорителем.

Применение предложенного технического решения позволяет увеличить выходную скорость заряженных пылевых частиц, снизить сложность и стоимость ускорителя, при этом сохранив широкий рабочий диапазон ускоряемых частиц. Увеличение скорости происходит благодаря возможности значительно повысить напряжение, прикладываемое к каждой паре цилиндрических электродов, при этом из схемы убраны высоковольтные коммутаторы, являющиеся не надежными, дорогостоящими и сложными в управлении элементами конструкции, а формирование импульсного ускоряющего напряжения происходит в низковольтной части схемы и только потом трансформируется в высокое напряжение, посредством повышающего импульсного трансформатора. Надежность установки повышается благодаря помещению электродов в элегазовую среду, что снижает вероятность пробоя, а обслуживание ускорителя становится более безопасным для персонала, так как убрана одна из высоковольтных цепей постоянного тока.

Ускоритель высокоскоростных твердых частиц, содержащий инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, мишень, и отличающийся тем, что дополнительно установлена диэлектрическая камера высокого давления, наполненная гексафторидом серы, в которой соосно ей установлены цилиндрические электроды, введены блок формирования девиации частоты, высокочастотный конвертор, повышающий импульсный трансформатор, входы блока формирования девиации частоты соединены с выходами селектора скоростей и селектора удельных зарядов, выход блока формирования девиации частоты подключен к управляющему входу высокочастотного конвертора, в плечи которого включена первичная обмотка повышающего импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к цилиндрическим электродам.

Изобретение относится к способам регистрации аномальной дисперсии неоднородного протяженного плазменного столба и может быть использовано в спектроскопии в неоднородных газовых и плазменных средах, в лазерной спектроскопии и в спектральном анализе газообразных веществ.

Инжектор заряженных пылевых частиц // 2532688

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано в качестве инжектора пылевых частиц для последующей ускорительной системы. Инжектор заряженных пылевых частиц, содержащий корпус, зарядный электрод, зарядную камеру, внешний составной электрод зарядной камеры, иглу (или набор игл), бункерную камеру.

Импульсный ускоритель твердых частиц // 2523666

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Каскадный импульсный ускоритель твердых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, цилиндрические электроды, резисторы делителя, колонны разделительных сопротивлений, высоковольтные конденсаторы, неуправляемые разрядники, управляемые разрядники, систему управления, датчик тока, источник высокого напряжения, шину данных, мишень, согласующее устройство, электронно-вычислительную машину.

Ускорительная нейтронная трубка // 2521050

Заявленное изобретение относится к приборам для ускорения ионов в электростатических полях, конкретно к технике генерации нейтронов при ядерном взаимодействии дейтронов с тритиевыми мишенями.

Ленточный транспортер зарядов для электростатических ускорителей // 2504932

Изобретение относится к высоковольтной ускорительной технике и, в частности, к ленточным транспортерам зарядов электростатических ускорителей. В качестве многослойной тканевой основы транспортировочной ленты используют полиэфирно-хлопковую ткань, слои которой соединяют между собой клеем с высокой адгезией, а плакировочные слои ткани выполняют из резиновой смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука, включающего мел и каолин.

Ускоритель высокоскоростных твердых частиц // 2487505

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

Блок излучателя нейтронов // 2477027

Изобретение относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, и предназначено для использования при разработке нейтронных и рентгеновских генераторов.

Импульсная ускорительная нейтронная трубка // 2467526

Изобретение относится к приборам для ускорения ионов в электростатических полях, конкретно к технике генерации нейтронов при ядерном взаимодействии дейтронов с тритиевыми мишенями.

Импульсная ускорительная трубка // 2467429

Ионный диод для генерации нейтронов // 2461151

Блок излучателя нейтронов // 2541509

Изобретение относится к устройствам импульсных излучателей с получением разовых или многоразовых импульсов нейтронного и рентгеновского излучения. В заявленном блоке излучателя нейтронов нейтронная трубка (8) с металлическим корпусом (9) герметично закреплена на торце корпуса блока схемы питания, имеет с ним тепловой и электрический контакты с возможностью смены нейтронной трубки. При этом нейтронная трубка размещена с зазором между высоковольтным изолятором (16) нейтронной трубки и изолятором блока схемы питания (17), заполненным газообразным диэлектриком (18). Между корпусом нейтронной трубки и мишенью расположено керамическое кольцо с электрическим сопротивлением, равным сопротивлению смещения. Блок схемы питания и нейтронная трубка электрически соединены между собой плавающими контактами. Техническим результатом является увеличение ресурса, повышение интенсивности излучения за счет удаления изоляционных материалов из области вокруг ускоряющего электрода, повышение стабильности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Сильноточный наносекундный ускоритель электронных пучков // 2544845

Изобретение относится к ускорительной технике наносекундного диапазона и предназначено для генерации мощных электронных пучков, используемых в СВЧ приборах, радиационных технологиях и научных исследованиях. Сильноточный наносекундный ускоритель электронных пучков содержит размещенные в одном цилиндрическом корпусе (1) и соединенные последовательно двойную формирующую линию (2) с коаксиальными электродами (7, 8), основной искровой разрядник (3) и обостряющий искровой разрядник (4), вакуумный диод (5) и импульсный зарядный генератор (6) с ферромагнитным сердечником (14) и высоковольтным электродом (19), который соединен с дисковым электродом (9) основного искрового разрядника (3) и коаксиальным электродом (7) двойной формирующей линии (2). При этом объемы, занимаемые зарядным генератором (6) и двойной формирующей линией (2), разделены корпусом основного разрядника (3). Емкостный накопитель зарядного генератора (6) выполнен из параллельно соединенных и соосно расположенных цилиндрических конденсаторов (12). Вторичная обмотка импульсного трансформатора выполнена из четырех секторных обмоток (18), радиально расположенных вокруг ферромагнитного сердечника (14). Технический результат - повышение надежности и ресурса ускорителя. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Инжектор заряженных пылевых частиц // 2551129

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано в качестве инжектора пылевых частиц в стенде для проведения испытаний по воздействию разнонаправленных потоков ускоренных частиц на материалы и элементов конструкции космических аппаратов. Инжектор заряженных пылевых частиц содержит корпус, зарядную камеру, внешний составной электрод зарядной камеры, бункерный электрод, бункерную камеру и пьезоизлучатель. Зарядный электрод имеет эллиптическую форму, на нем установлены два набора углеродистых нитей, направленных в горизонтальном и в вертикальном направлениях, внешний составной электрод содержит два выходных отверстия, направленных в горизонтальной и вертикальной плоскости, в выходных отверстиях инжектора установлены металлические сетки. Технический результат - увеличение выхода заряженных пылевых частиц и обеспечение двух направлений движения потока заряженных пылевых частиц - вертикального и горизонтального. 2 ил.

Резонансный ускоритель пылевых частиц // 2551652

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Резонансный ускоритель пылевых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, мишень. Соосно инжектору установлены сквозной изолятор, экранирующий электрод, автогенератор и резонансный трансформатор, состоящий из диэлектрической трубы, первичной и вторичной обмотки и конического каркаса первичной обмотки. Технический результат - повышение скоростей и расширение диапазона ускоряемых частиц, повышение надежности и упрощение конструкции. 1 ил.

Линейный индукционный ускоритель // 2583039

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для создания пучков заряженных частиц наносекундной длительности с высокой частотой следования импульсов. Линейный индукционный ускоритель содержит индукционную систему 1 в виде набора ферромагнитных сердечников, охваченных витками намагничивания 2, которые объединены в два общих вывода, центральный электрод 3, расположенный по оси индукционной системы 1, один конец электрода 3 заземлен на корпус ускорителя, а второй связан с защитным экраном 5, одинарную формирующую линию 6, заземленный и потенциальный электроды которой соединены с выходом магнитного импульсного генератора 7, состоящего из последовательных контуров сжатия, каждый из которых образован конденсатором и дросселем насыщения, один из общих выводов витков намагничивания индукционной системы 1 подсоединен к потенциальному электроду формирующей линии 6, а между вторым общим выводом витков намагничивания индукционной системы 1 и заземленным электродом одинарной формирующей линии 6 включена обмотка магнитного коммутатора 8, между защитным экраном 5 и выходным фланцем 9 ускорителя расположен цилиндрический вакуумный изолятор 10, на изоляторе 10 размещена однослойная обмотка размагничивания 11, подсоединенная одним выводом к клемме 12 импульсного источника размагничивания. На изоляторе 10 размещена дополнительная обмотка 13, индуктивно связанная с обмоткой размагничивания 11, один вывод дополнительной обмотки 13 соединен с защитным экраном 5, другой подсоединен к обмотке размагничивания 11 и точка соединения обмоток 11, 13 подключена электрическим проводником 14 к центральному электроду 3, на котором у защитного экрана 5 размещены ферромагнитные сердечники 15 дополнительного дросселя насыщения. Контур, образованный дополнительной обмоткой 13, проводником 14, частью центрального электрода 16 и защитным экраном 5, охватывает сечение сердечников 15 дополнительного дросселя насыщения и является его короткозамкнутой обмоткой. Технический результат - повышение эффективности ускорителя за счет уменьшении длительности фронта импульса тока пучка ускорителя. 1 ил.

Устройство для исследования физических явлений при высокоскоростном ударе // 2592060

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Устройство для исследования физических явлений при высокоскоростном ударе состоит из ускорительного тракта, содержащего инжектор, индукционные датчики, линейный ускоритель, мишень, согласно изобретению в ускорительный тракт введены соосно расположенные квадруполь, установленный за индукционными датчиками, и блок разряда частиц, сетки заземления, расположенные на входе и выходе блока разряда частиц после линейного ускорителя, приемник ионов, установленный перед мишенью, дополнительно введен второй ускорительный тракт, расположенный под углом от 1° до 10° к первому ускорительному тракту, состоящий из инжектора, индукционных датчиков, линейного ускорителя, мишени, квадруполя, блока разряда частиц, сетки заземления, приемника ионов, а также дополнительно в устройство введен измерительный блок, соединенный с блоком датчиков, приемниками ионов обоих усилительных трактов и блоком сбора информации, а также веден блок управляющих сигналов, соединенный с индукционными датчиками, квадруполями, линейными ускорителями, блоками разряда частиц обоих усилительных трактов и блоком сбора информации. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет возможности исследовать физические эффекты при встречном столкновении высокоскоростных частиц. 1 ил.

Вакуумный диодный узел сильноточного ускорителя электронов с двойным катодом и механизмом оперативного изменения рабочего тока // 2593387

Изобретение относится к технике ускорителей и может быть использовано при создании сильноточных импульсных ускорителей электронов, в частности вакуумных диодных узлов сильноточных ускорителя электронов с двойным катодом и механизмом оперативного изменения рабочего тока. Технический результат - повышение надежности. Устройство содержит вакуумный корпус с анодной диафрагмой и катододержателем, в котором перед анодной диафрагмой закреплен катод, выполненный в виде рабочего и балластного катодов, установленных на подвижном поршне, а также гидравлическую передачу, содержащую установленный вне вакуумного корпуса задающий механизм, диэлектрическую трубку, установленную в вакуумном корпусе и соединенную входным концом с задающим механизмом с возможностью подачи в нее рабочей жидкости гидравлической передачи, и гибкий шланг. Подвижный поршень снабжен исполнительным механизмом гидравлической передачи, выходной конец диэлектрической трубки закреплен в корпусе катододержателя, гибкий шланг установлен между выходным концом диэлектрической трубки, покрытой слоем электропроводящего материала, и исполнительным механизмом гидравлической передачи с возможностью передачи в него рабочей жидкости, в качестве которой используют электропроводящую жидкость. В месте соединения диэлектрической трубки и шланга обеспечивается гальванический контакт электропроводящей жидкости с высоковольтным корпусом катододержателя, а в месте соединения диэлектрической трубки с заземленным вакуумным корпусом обеспечивается гальванический контакт электропроводящей жидкости с вакуумным корпусом. 1 ил.

Ускоритель высокоскоростных твердых частиц с коррекцией вектора скорости частиц // 2593594

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Ускоритель высокоскоростных твердых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, блок подачи напряжения на электроды, цилиндрические электроды, генератор изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блок сопряжения, электронно-вычислительную машину, усилитель пачки импульсов переменной длительности, каскадный генератор, мишень, согласно изобретению в ускоритель введен блок контроля и селектор координат, при этом блок контроля соединен к селектору координат, который подсоединен к генератору изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке. Технический результат - возможность корректировать вектор скорости частицы в процессе ее полета. 2 ил.

Ускоритель-тандем с вакуумной изоляцией // 2610148

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть применено для получения пучков заряженных частиц для ионной имплантации, нейтронозахватной терапии рака или для обнаружения взрывчатых и наркотических веществ, а также калибровки детекторов слабовзаимодействующих частиц темной материи и других приложений. В заявленном ускорителе-тандеме между трактом транспортировки пучка отрицательных ионов водорода низкой энергии и ускорителем размещены металлическое кольцо, охлаждаемая металлическая диафрагма, покрытая со стороны ускорителя сеткой под отрицательным потенциалом, вакуумный насос, а также на выходе из ускорителя поверхность вакуумного бака покрыта сеткой под отрицательным потенциалом. Техническим результатом является уменьшение паразитных потоков заряженных частиц в ускорительном канале, улучшение устойчивости работы ускорителя к пробоям по полному напряжению и увеличение тока протонного пучка. 3 ил.

Способ ускорения ионов импульсным электронным потоком // 2619081

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц в сильных электрических полях, конкретно к методам коллективного ускорения ионов импульсными электронными потоками. Технический результат - увеличение тока ускоренных дейтронов при сохранении или уменьшении размеров дрейфового пространства. Сущность изобретения заключается в том, что в способе ускорения ионов импульсным электронным потоком, при котором формируют высоковольтный импульс отрицательного напряжения на катоде диода с использованием двухэлектродного разрядника, образуют поток электронов взрывной эмиссии с катода, запирают электронный поток в цилиндрической трубе дрейфа с формированием потенциальной ямы для положительно заряженных частиц, фокусируют излучение импульсного лазера на твердую мишень, образуют сгусток лазерной плазмы, расширяющийся к оси диода, ионизируют электронным потоком нейтральные атомы лазерной плазмы, компенсируют отрицательный объемный заряд внутри потенциальной ямы и ускоряют полученные ионы вдоль трубы дрейфа, часть лазерного излучения, необходимую для стабильного пробоя разрядника, фокусируют на его электрод и через время задержки τз после лазерного импульса возбуждают нарастающий ток в конусообразной спиральной линии, создают с помощью спиральной линии в области потенциальной ямы быстронарастающее азимутально-симметричное магнитное поле, спадающее по величине вдоль трубы дрейфа, и воздействуют им на сгусток электронов и ионов.1 ил.