Устройство для формирования сильноточных пучков
ОП ИСАЙИ Е
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик ()702549
К АВТОРСКОМУ СВИДИИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.07.77 (21) 2510187/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл. о
Н 05 Н 5,!02
Госудоротооииый комитет ссср по делам иэооретоиий и открытий
Опубликовано 05,12.79. Бюллетень ¹ 45
Дата опубликования описания 15.12.79 (53) УДК 621.384, 6 (088.8), А. Г. Жерлицын, Г. И. Котляревский, В. И. Картин, Ю. П. Усов и Г. П. Фоменко (72 ) Авторы изобретения
Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С. М. Кирова (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ
СИ г(ЪНОТОЧНЫХ ПУЧКОВ о)1 (Зов)
hi (го ) 1, Ь ЕЛ 1
ТП-1
Изобретение относится к технике полу.чения сильноточных релятивистских электронных пучков (РЭП), которым отводится существенная роль в решении проблемы управляемого термоядерного синтеза, генерации мощных импульсов СВЧ-получения, в исследовании импульсной радиационной стс)йкости материалов, объектов и т. д.
Известно устройство, состоящее из источника сильноточного РЭП цепочки резонаторов, в которых происходит дополнительное ускорение электронов пучка (11. Недостатком этого устройства является то, что отношение максимальных энергий электронов на выходе и на входе резонаторов и не превышает двух и, следовательно, эффек.=, тивность автоускорения не велика. Кроме того, на выходе такого устройства формируется электронный пучок с большим энергетическим разбросом.
Для улучшения эффективности автоускореНия необходимо после каждого резонатора убирать низкоэнергетичные электроны (отработанные электроны после взаимодейст. вия пучка с резонатором).
Известно также устройство, содержащее источник электронов, цепочку резонаторов с последовательно уменьшающимся периодом основной волны колебаннй Тл и элементы (фильтры) для удаления )п)зкоэнергетичных электронов (2) . Повышение эффективности автоускорения в этом устройстве происходит за счет удаления из пучка низкоэнергетичных электронов с помощью металлических фольг (фильтров), Недостатком такого устройства является, то, что наряду с «освобожде))пем» пучка от пизкоэнергетичпых частиц происходит и торможение ускоренных частиц. Это снижает эффективность автоускор< ния и ухудцгает
15 моноэнергетичность пучка электронов.
11ель предлагаемого изобретения — увеличение энергии электронов и уменьшение их энергетического разброса.
;1ля этого фильтры между резсгнаторами выполнены в виде отрезков трубы дрейфа и заполнены газом при давлении:
702549 й—
Ру Еи 4}}(гщ) 3 где E n-< — полная энергия электрона пучка, пройденного через резонатор, стоящий перед фильтром;
Т } < †пери основной волны колебаний резонатора стоящего перед фильтром;
mp — масса покоя электрона;
С вЂ” скорость света; бфцу }1 -сечение ионизации воздуха и газа.
В этом случае каждый резонатор обеспечивает торможение электронов вблизи переднего фронта и электронов вблизи заднего фронта. Поэтому на выходе резонаторов низкоэнергетичные электроны будут располагаться в головной части пучка, а ускоренные высокочастотные — в конце пучка. Удаление «отработанных» низкочастотных электронов в предлагаемом устройстве будут происходить между резонаторами за счет неполной зарядовой нейтрализации головной части пучка при транспортировке его в нейтральном газе, что приведет к их рассыпанию под действием сил пространственного заряда улучшить ионоэнергетичность.
Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается удаление низкоэнергетичных «отработанных» электронов практически без торможения ускоренных электройов, что позволит повысить эффективность автоускорения и улучшить ионоэнергетичность электронного пучка. трически его нейтрализуют. Если давление остаточного газа:
Р 0,7 } =} } (Фо 3
7 где tu — время зарядовой ней-- трализации; а Е =moC4 — предельная скорость
М электронов пучка;
Š— полная энергия электронов пучка; пто — масса покоя электро,на;
k}
С вЂ” скорость света;
@ 39) 4}()) — сечение ионизации воздуха и газа выб= рать таким, чтобы зарядовая нейтрализация произошла через момент времени, равный половине длительности пучка (длительности заторможенной части пучка), и, следовательно, полупериоду основной волны колебаний резонатора, т. е. . г Ф Т то под действием сйл электростатического расталкивания произойдет удаление низкоэнергетичных «отработанных» электронов, находящихся в передней части пучка. Последующая часть пучка, включая дополнительно ускоренные электроны, транспортируется в условиях зарядовой нейтрализации без существенных потерь.
На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство. зо
Устройство содержит источник 1 элек-тронного пучка, резонаторы 2, трубы 3 дрейфа.
Устройство работает следующим образом. $$
Под действием этих сил пучок рассыпается, одновременно ионизируя остаточный газ.
Вторичные электроны при этом удаляются под действием электрического поля самого пучка, а оставшиеся вблизи ионы газа элекs$
Сформированный в источнике 1 элект- ронный пучок входит в резонатор 2. Резонатор настроен так, что периЬд Т основной волны колебаний равен длительности сформированного пучка t}(Т = t}). В этом слу- 40 чае электроны йередней части пучка будут терять свою энергию, возбуждая резонатор, а электроны задней части пучка дополнительно ускоряются. Таким образом, на выходе такого резонатора заторможенные
4S низкоэнергетичные электроны будут находиться только в головной части пучка.
После резонатора пучок проходит в трубе 3 дрейфа с остаточным газом. Известно, что на электроны сильноточного пучка действуют силы электростатического растал- so кивания, в g z раз ослабленные силами магнитного стягивания (g — релятивистский фактор).
В последующих резонаторах период основной волны колебаний выбирается равным длительности входящего в них пучка.
В отрезках трубы дрейфа давление газа обеспечивает время зарядовой нейтрализации, равное длительности заторможенной части пучка после прохождения его через резонатор, т. е.: р ОТ Е - й}(ЬМ}
6 где tun 1
Ти -1
t, — длительность заторможенной части пучка, после прохождения его через n — 1 резонатор;
Т }1 q †пери основной волны колебаний резонатора.
В результате транспортировки пучка через цепочку резонаторов с удалением низкоэнергетичных (отработанных) электронов после его прохождения через каждый резонатор отношение максимальных энергий на выходе и на входе системы может достигать значений больше Двух, улучшается ионоэнергетичность дополнительно ускоренного пучка, возрастает эффективность автоускорения.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет дополнительно увеличивать
5 энергию электронов сильноточного РЭП, при чем возможно получение отношения максимальных энергий на выходе и на входе системы больше двух без дополнительных потерь энергии в доускоренных электронах, улучшение ионоэнергетичности дополнительно ускоренного пучка, что существенно расширяет возможности их применения.
Формула изобретения
<о
Устройство для формирования сильноточных пучков, содержащее источник электронов, цепочку резонаторов с последовательно уменьшающимся периодом основной волны колебаний Тп и элементы (фильтры) для удаления низкоэнергетичных электронов, 15 отличающееся тем, что, с целью увеличения энергии электронов и уменьшения их энергетического разброса, фильтры между резо702549
6 наторами выполнены в виде отрезков трубы дрейфа и заполнены газом при давлении: р -
g „-tnt@Ñ+ Тн4 @> (аЯ) где E„, — полная энергия электродов пучка, пройденного через резонатор, стоящий перед фильтром;
Т и-, вЂ,период основной волны колебаний резонатора, стоящего перед фильтром; гно —,масса покоя электрона, С вЂ” скорость света;
Ь!(о@@(оу) - сечение ионизации воздуха и газа.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Fuildman М.,Phys Rev Leffers, ч. 32, р. 92, 1974.
2. Коломенский А. А. Труды IV Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц,1975, т. 1, с, 79.
Составитель Е. Медведев
Редактор Павлов Техред О. Луговая Корректор Г. Назарова
Заказ 76) 2/55 Тираж 944 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
