Ускорительная трубка

 

Союз Советскик

Социалист ические

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<п650251

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, саид-ву (22} Заявлено 11. 03. 76 (21) 2326102/25 (51)М. Кл. сприсоедииеиием заявок

2326105/25 (23) Приоритет—

Н 05 Н 5/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и отирытий

Опубликовано 300781. Бюллетень Йо 28

Дата опубликования описания 3007.81 (53) УДК 621,384.6 (088.8) (72) Авторы изобретения

E.А,Абрамян и Г.Д.Кулешов (71) Заявитель

Институт высоких температур AH СССР (54 ) УСКОРИТЕЛЬНАЯ ТРУБКА

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц и может быть использовано при разработке электронных и ионных ускорителей.

Известны ускорительные трубки, предназначенные для ускорения ионных и электронных пучков, и содержащие источник заряженных частиц, секционированный изолятор и электроды с отверстиями для прохождения частиц.

Изолирующие кольца, входящие в состав секционированногo изолятора, имеют характерную высоту порядка

5-40 мм и рабочее напряжение 2540 кВ/см, лимитируемое поверхностными пробоями по вакуумной стороне изолятора.

Из-за малой напряженности электрического поля размеры трубок на напряжение 1ИВ получаются большими.

Известна также ускорительная трубка, содержащая источник заряженных частиц, секционированный изолятор и электроды с отверстиями для прохождения потока частиц. В такой конструк25 ции высота изоляционных колец составляет 5 мм, рабочее напряжение каждого кольца 20 кВ, при превышении которого возникают пробои трубки из-за развития многоступенчатых лавинных ЗО процессов по вакуумной стороне колец, воз".èêHîíåíèÿ этих процессов обусловлены большой осевой протяженностью кольца и наличием достаточно высокой разности потенциалов между соседними электрадамк. Длина трубки поэтому оказывается большой, а напряженность ускоряющего электрического поля, первеанс к соответственно величина потока ускоряемых частиц — малыми.

Цель изобретения — уменьшение размеров трубки, увеличение ускоряемых токов к повышение электрической прочности конструкции.

Эта цель достигается тем, что изолятор и электроды выполнены в вкде набора чередующкхся тонких диэлектрических пленок и металлических фольг с шагом чередования в пределах

10 -1 мм.

В такой конструкции шаг секционированкя сокращается до такой степени что ликвидируются условия появления поверхностных пробоев, связанных с эффектом полного напряжения, т.е. до толщин микронного диапазона. При этом изолирующие прослойки выполняются в виде тонких пленок, расположенных между электродамк, клк диэлектрические покрытия могут быть нанесены на

650251 поверхность электродов, которые изготавлинаются из тонкой фольги для сокращения общей длины трубки. Для получения больших абсолютных значений токов целесообразно выполнять мно1о параллельных каналов, а для увеличЕнкя плотности потока частиц и его фокусировки каналы могут быть сходящимися в направлении движения частиц.

Улучшения параметров предлагаемой ускорительной трубки достигают также, изготовлением электродов из ферромагнитного материала, намагничиванием кх нормально к поверхности и созданием в пролетном канале магнитных полей, образующих вдоль канала магнитофокусирующий канал. В этом случае соседние электроды могутбыть намаг-, ничены во встречных направлениях.

Возможен вариант, когда из ферромагнктного материала изготовлена только часть электродов, например, каждый 5-й кли каждый 10-й, с тем, чтобы обеспечить оптимальное расстояние между соседними магнитными линзами.

Прк изготовлении электродов из ферромагнитного материала, намагниченного нормально поверхности, с периодическим чередованием направления намагниченности обеспечивается создание в области ускорения пучка зоны знакопеременной магнитной фокусировки, повышается плотность пучка и уменьшаются потери ускоряемых частиц на электродах трубки.

Магниты также устанавлинают на торцах трубки, обеспечивая н области движения ускоряемых частиц продольное магнитное поле, при этом один из полюсов магнита должен иметь отверс- ткя для выхода частиц, соосные .с отверстиями н электродах. Возможен и другой вариант — использование электромагнита и замыкание обратного магнитного потока вне объема, заполненного электрически прочной средой.

Магнитные поля в канале, помимо фокусировки пучка ускоряемых частиц, затрудняют также распространение случайных электронов, родившихся на стенках канала, чем снижают эффект полного напряжения и увеличивают электрическую прочность трубки.

Упрощение конструкции ускорительной трубки достигается при изготовлении изолирующих пленок из ди— электрического материала с объемной проводимостью. В этом случае пленки одновременно выполняют функцию ре. зистинного делителя, обеспечивающего принудительное распределение потенциала по электродам трубки.

На фи-.1 изображена ускорительная трубка, разрез, на фиг.2 приведен фрагмент трубки с изображением распределения магнитного поля н канале трубки прк использовании намагниченных электродов, на фиг.3 — - продольный разрез ускорительной трубки с

1О

20 многими сходящимися пролетными кана- лами, на фиг.4 — продольный разрез ускорительной трубки, на торцах которой установлены постоянные магниты.

Ускорительная трубка содержит источник 1 заряженных частиц, электроды 2 из проводящего материала, чередующиеся с изоляционными пленками 3. Отверстия в электродах и изоляции образуют канал 4 для ускорения частиц. Электрическая прочность по ннешней стороне трубки обеспечивается помещением ее в объем, заполненный качестненной изолирующей средой, например сжатым газом. Известно, что размер 0 желательно делать по крайней мере в 2-3 раза большим, чем размер

При этом поверхность изоляции может бытЬ развита. Магнитное поле 5 обеспечивает фокусировку потока частиц.

В ускорительной трубке с фокусировкой заряженных частиц постоянным продольным магнитным полем полюса б и 7 магнита расположена на торцах ускорительной трубки, причем полюс б имеет отверстия для выхода ускоренных заряженных частиц, а магнитное

Й ле 5, создаваемое полюсами б и 7, правлено вдоль каналов 4.

В конструкции, показанной на фиг.4, источники 1 заряженных частиц могут быть размещены между полюсами магнитов, величина магнитного поля подбирается так, чтобы удержинать поток ускоренных частиц, не допуская попадания его на электроды 2.

Необходимо, чтобы направление магнитного поля 5 строго совпадало с осями каналов 4. Вблизи отверстий в полюсе б магнитное поле несколько искажает40.ся, область искаженного магнитного поля имеет вдоль каналов 4 длину., равную двум-трем диаметрам выходных отверстий. Для уменьшения вероятности ускорения вторичных частиц вдоль

4 канала диаметр отверстий в электродах

2 может увеличиваться от полюса 7 к полюсу б.

Для замыкания магнитного потока используются |„ :åððoìàãíèòíûå элементы

8, разделенные изоляционными прокладками 9. Внутри ускорительной трубки и в трубе 10 имеется вакуум, снаружи ускорительной трубки — электрически прочная среда, например газ под давлением. Таким образом, детали 8 и 9 расположены в электрически прочной среде.

Предлагаемая трубка работает следующим образом.

Включают источник 1 заряженных

Щ частиц, подается высокое напряжение на электроды 2, поток ускоренных частиц, ускоряясь под действием электрического поля в канале 4 (одном или нескольких), набирает, удерживаясь

Я от распыления магнитным полем 5 (в

650251 случае если оно присутствует), кинетическую энергию, соответствующую разности потенциалов на трубке, и через выходные отверстия выводится в трубу 10.

Электроды 2 могут быть выполнены из фольги или тонкого металла, например титана. В качестве изоляционных пленок 3 используются электроизоляционные материалы типа лавсана, майлара и др. Другой вариант — это нанесение изоляционных покрытий непосредtO ственно на электроды 2. Могут быть использованы металлизованные по поверхности изоляционные пленки. Диаметры отверстий в изоляционных плен-. ках 3 вдоль канала 4 несколько боль- с ше отверстий в электродах 2.

Электроды 2 имеют снаружи выводы для подсоединения к делителю, обеспечивающему равномерный разнос потенциала вдоль трубки. 20

Возможен вариант изготовления изоляционных пленок 3 из материалов с объемной электрической проводимостью, например из электропроводящего полиэтилена. В этом случае нет необ- з5 ходимости использовать делитель. Вакуумное уплотнение набора электродов

2 и изоляционных пленок может быть осуществлено, в частности, созданием давления вдоль ускорительной трубки.

Предлагаемая конструкция ускорительной трубки с принудительным заданием электрического потенциала через 0,001-1 мм и применение тонкопленочной качественной изоляции делают возможным получение электрических градиентов вплоть до 100-10000 KB/см.

Это позволяет иметь высокие первеансы и большие плот:;ости ускоряемых токов. Наиболее слабым местом является электрическая прочность вдоль канала. Целесообразно уменьшить диаметры отверстий до минимальных (0,10,5 мм) и для получения больших абсолютных токов создать много параллельных каналов.

В качестве примера приведем проектные параметры трубки для ускорения электронов, сконструированной по предлагаемой схеме, длина трубки

10 см, диаметр 200 мм, ускоряющее напряжение 1-2 NB, полный ток 104А, длительность импульсов тока 100 мкс и более. Трубка имеет несколько тысяч каналов диаметром 1 ьм.

Формула изобретения ускорительная трубка, содержащая источник заряженных частиц, секционированный изолятор и электроды с отверстиями для прохождения потока частиц, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения размеров трубки, увеличения ускоряемых токой и повышения электрической прочности конструкции, изолятор и электроды выполнены в виде набора чередующихся тонких диэлектрических пленок и металлических фольг с шагом чередования в пределах 10 — 1 мм.

650251

Составитель В.Клевцов

Редактор Н.Ахмедова Техред N. Рейвес КорректорЕ. Рошко

Заказ 5790/41 Тираж 889 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4