Магнитная система индукционногоускорителя

 

ОП ИСAÍИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнк

Соцнапнстнчвскнк

Республик

61907 l

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИ1ЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид«ву— (51)М. Кл. (22) Заявлено 030277 (21) 2448800/18-25 с присоединением заявки H©â€” (23) ПриоритетН 05 Н 7/04

Госуяарствеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 150381. Бюллетень 89 10

Дата опубликования описания. 150381 (53) УДК б 21, 384. .б (088.8) (72) Авторы изобретения

В.В.Васильев и Э.Г.Фурман

Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте им. С.М.Кирова (71) Заявитель (54) МАГНИТНАЯ СИСТЕМА ИНДУКЦИОННОГО УСКОРИТЕЛЯ

Изобретение относится к области ускорительной техники и предназначено для ускорения электронов вихревым электрическим полем.

Известна магнитная система индукционного усилителя электронов, содержащая магнитопровод,обмотки возбуждения и подмагничивания,подключенные к системе питания. Причем под- 1О магничивание магнитопровода электромагнита осуществляется постоянным током с амплитудным значением, равным, примерно, амплитудному значению переменной составляющей тока, а возбуждение электромагнита осуществляется синусоидальным током (1) .

Такая схема возбуждения электромагнита не приводит к увеличению размаха индукции в стали электромагнита в процессе ускорения частиц,так как значение индукции изменяется, примерно, от нуля до максимально допустимого, но при этом почти вдвое уменьшаются потребляемая установкой мощность и потери в стали электромагнита.

Известна также магнитная система индукционного ускорителя, содержащая магнитопровод, источник постоянного тока и подключенные к содержащей емкостный накопитель импульсной системе питания обмотки возбуждения и обмотку подмагничивания, уложенную на сплошном центральном сердечнике магнитопровода )2 °

Такая схема возбуждения электромагнита приводит к значительному увеличению размаха индукции в стали электромагнита в процессе ускорения частиц, так как центральный сплошной сердечник магнитопровода предварительно подмагничен до максимально допустимого отрицательного значения индукции в нем. Однако эта схема не приводит к уменьшению величины энергии, необходимой для возбуждения электромагнита ускорителя, поскольку индуктивность, включенная в цепь обмотки подмагничивания, представляет собой громоздкий. энергоемкий дроссель.

Цель изобретения — снижение величины энергии, необходимой для возбуждения электромагнита ускорителя.

Это достигается тем, что обмотка подмагничивания включена последовательно и встречно с обмоткой возбуждения, причем общая точка соединения обмоток возбуждения и подмагничнвания через источник постоянного

619071 тока соединена с обкладкой емкостного накопителя, В выполненной таким образом магнитной системе уменьшение магнитного сопротивления центральной части межполюсного пространства за счет замыкания центробежного воздушного за5 зора компенсируется магнитодвижущейсилой обмотки подмагничивания,уложенной на сплошном центральном сердечнике и включенной последовательно и встречно с обмотками возбуждения.

Требуемая пропорциональность, изменения потока н пределах орбиты и поля на орбите (бетатронное отношение 2:l) определяется соотношением магнитодвижущих сил обмоток возбуждения и под- 15 магничивания, а поскольку в течение всего интервала ускорения по обмоткам протекает общий ток, ныполнение требуемой пропорциональности обеспечивается выбором соответствующего коэф- 20 фициента трансформации обмоток возбуждения и подмагничивания. Известно что магнитный поток, пронизывающий центральный галетный блок электромагнита, составляет 70-80% от суммаРного магнитного потока, и запасаемая в центральном воздушном зазоре энергия составляет значительную часть энергии, требуемой для возбуждения электромагнита. Поскольку н предлагаемой магнитной системе замыкание центрального воздушного зазора не требует наличия громоздкого энергоемкого реактора н цепи обмотки подмагничивания, энергия„ требуемая для возбуждения электромагнита, .уменьшается н 1,5-2 раза по сравнению с известными схемами.

На фиг.1 дана схема магнитной системы иидукционного ускорителя; на фиг.2 — его импульсная система пита- 40 ния; на фиг.З вЂ” эпюры изменения магнитных потоков, токов и напряжений в схеме.

Магнитная система индукционного . ускорителя состоит из магнитопронода 45

1 электромагнита ускорителя, обмоток 2 возбуждения, обмотки 3 подмагничинания, вакуумной камеры 4, источника 5 постоянного тока, емкостного накопителя б, управляемых вентилей 7 и 8, коммутирующего конденсатора 9, коммутирующего дросселя 10, коммутирующего диода 11, управляемого вентиля 12 и и,неуправляемых. вентилей

13 и 14.

На фиг.3 показаны эпюры изменения магнитных потоков, токов и напряжений в.схеме, где 15 — изменение напряжения на емкостном накопителе; 16 — изменение тока обмоток 2 возбуждения;

17 — изменение тока обмоток 3 подмаг- d0 ничивания; 18 — изменение напряжения на коммутирующем конденсаторе 9; 19 изменение напряжения на обмотках 2 возбуждения; 20 - изменение ампервиткон обмоток 2 возбуждения 2; 21 — 65 изменение амперниткон обмотки подмагничивания; 22 — изменение магнитного потока (индукции) в стали электромагнита; 23 — изменение магнитного потока (индукции) в области вакуумной камеры 4.

Схема работает следующим образом.

В исходном состоянии от источника

5 постоянного тока через включенный управляемый вентиль 8 в обмотке 3 подмагничивания протекает постоянный ток. Поскольку в магнитопроводе 1 отсутствуют воздушные зазоры, то для перемагничивания стали требуются незначительные ампервитки, и поле в межполюсном пространстве практически отсутствует, В момент времени t (см. фиг,3) емкостный накопитель б через включенные управляемые вентили 7 и 8 подключается к обмоткам 2 и 3. Коммутирующий конденсатор 9 заряжается от емкостного накопителя б через коммутирующий дроссель 10 и комму- . тирующий диод 11. 3а счет ампервитков обмотки подмагничинания 3 переменный магнитный поток, создаваемый обмотками 2 возбуждения, делится на дне части. Первая часть, пропорциональная ампервиткам обмотки 3, вытесняется из центрального сердечника и замыкается через межполюсный воздушный .зазор (кривая 23). Эта часть переменного магнитного потока является управляющей и удерживает ускоряемые электроны на равновесной орбите.

Другая часть, обратно пропорциональная амперниткам обмотки 3, замыкается через центральный. сердечник. Эта часть переменного магнитного потока создает вихревое электрическое поле, ускоряющее электроны.

Выполнение бетатронного соотношения (значение индукции на равновесной орбите равно удвоенному среднему значению изменения индукции в круге, ограниченном равновесной орбитой) осуществляется путем выбора соответствующего коэффициента трансформации обмоток 2 и 3.

В момент времени tg, после окончания процесса ускорения, включается управляемый вентиль 12, .и под действием напряжения коммутирующего конденсатора 9 управляемые вентили 7 и 8 обесточиваются и ныключаются, а ток обмоток. 2 и 3 замыкается н цепи упранляемого вентиля 12 и коммутирующего конденсатора 9. Конденсатор 9 перезаряжается и в момент времени t3, когда напряжение на нем и на емкостном накопителе б сравнивается, неуправляемые вентили 13 и 14 открываются. При этом ток обмотки 3 падает до нуля, а ток обмотки 2 переходит и цепь неуправляемых вентилей 13 и 14, и емкостный накопитель 6 заряжается с той же полярностью, что и разряжался. Таким образом, энергия, отдаваемая накопителем 6 за время t -t i и магнитное

619071

Формула изобретения д

Фиг. 1

Физ. 2

Составитель Е.Медведев

Техред Ж. Кастелевич Корректор М. демчик

Редактор Л.Гольдина

Заказ 1548/41 Тираж 889

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Филиал ППП Патент, r,Óæãîðîä, ул.Проектная,4 поле электромагнита ускорителя, в течение времени t -« обратно рекупе5 рирует в накопитель

Предлагаемая магнитная система сохраняет преимущество известной схемы— индукция в центральном сердечнике изменяется от максимально допустимого

5 отрицательного значения до максимально допустимого положительного значения.

Магнитная система индукционного ускорителя, содержащая магнитопровод, 45 источник постоянного тока и подключенные к содержащей емкостный накопитель импульсной системе питания обмотки возбуждения и обмотку подмагничивания; уложенную на сплошном центральном сердечнике магнитопровода, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью уменьшения величины энергии, необходимой для возбуждения электромагнита ускорителя, обмотка подмагничивания включена последовательно и встречно с обмотками возбуждения, а обкладка емкостного накопителя через источник постоянного тока соединена с общей точкой обмоток возбуждения и подмагничивания.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 2660673, кл. Н 05 Н 7/04, 1953.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 524477, кл. Н 05 Н 7/04, 1976 °

7 9 «19 11