Циклический ускоритель электронов

 

Союз Советских

Социаянстнческмх

Республнк

<щ78О823 (61) Дополнительное к авт. саид-ву

М Кдз (22) Заявлено 110679 (21) 2777236/18-25 с присоединением заявим М

Н 05 Н 13/00

Государетвеввый квинтет

СС С Р во аелвм язобретеннй в открътшВ (23) Приоритет (53) УДК 621. 384. .6(088.8) Опубликовано 070981, Бюллетень М 33

Дата опубликования описания 070981 (72) Авторы изобретения

В.С.Панасюк, Ю.К. Самошенков и В.В. Саночкин (7! ) Заявитель (54 ) ЦИКЛИЧЕСКИЙ УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в качестве генератора синхро тронного излучения, Известен циклический ускоритель электронов 1j, содержащий соленоид, внутри которого расположен цилиндрический объемный резонатор и катод, выполненный в виде накаливаемой нити, 10 натянутой вдоль оси соленоида. Недостатком конструкции является отсутствие ускорения при малых напряженностях электрического компонента (Евц)

СВЧ-поля,в резонаторе. При малых

Ев„ эмиттируемые термокатодом электройы вновь попадают на него на первом же обороте цикла ускорения. Указанный недостаток устраняется в другой конструкции ускорителя (2), в котором захват частиц в режим ускорения осуществляется из приосевой плазмы,образуемой B результате ионизации остаточного газа s камере ускорителя пучком быстрых электронов, инжектируе" мых внешним источником электронов.

Однако в режим ускорения в этом случае захватываются не только тепловые электроны образуемой в результате ионизации плазмы, но и быстрые электроны инжектируемого пучка. Быстрые

2 электроны, концентрация которых значительна, выпадают на первых же оборотах из режима ускорения из-за наличия значительных осевых скоростей, снижая тем самым эффективность ускорителя как rio конечной интенсивности пучка, так и по заканчиваемой в резонатор СВЧ-мощности..

Наиболее близким по конструкции к предлагаемому является устройство (3), содержащее соленоид, внутренняя полость которого содержит диэлектрическую вакуумную камеру и образует цилиндрический резонатор. Инжекция частиц в . скоритель осуществляется внешним плазменным источником. Отсут" ствие. в инжектируемой источником плазМе электронов с большими продольйыми скоростями позволяет получить число .ускоренных частиц 5 ° 10 имп при концентрации плазмы в центре ускорительной камеры в момент захвата ил109см" . Используемый в конструкции ускорителя источник позволяет формировать в центральной области ускорительной камеры плазму с значительна большей концентрацией (и 10мсьГ ) .

Однако дальнейшее увеличение интенсивности ускорителя путем повышения интенсивности источника не достигает780823 ся, дело в том, что инжектируемая плазма при своем движении от источни- ка к области захвата ускорителя быстро рекомбинирует. По этой причине концентрация нейтралов в центральной части ускорителя на много порядков превышает концентрацию плазмы. При включении СВЧ эта нейтральная струя лониэуется, образуя плазму с концентрацией l1 бакр, где и1<р =Шва /4м, (е и

m - заряд и масса электрона, и) частота. При N= 21Z 3 10 сек

n = 10"" см ). При этом резонатор кр расстраивается, напряженность СВЧ-поля в нем резко падает и ускорение обрывается. Однако даже при и<Нкр значительная часть СВЧ-мощности теряется на иониэацию поступающих в камеру нейтралов. Кроме того, регулировка интенсивности ускорителя с помощью плазменного источника крайне затруднительна, так как в отличии от плазмы поступающие в рабочую камеру ускорителя нейтралы уже не удерживаются в поперечном направлении продольным магнитным полем и заполняют весь объем камеры.

Цель изобретения — упрощение регулировки интенсивности ускорителя, снижение потребляемоЙ СВЧ-мощности и увеличение числа ускоренных частиц.

Это достигается тем, что в циклическом ускорителе электронов, содержащем соленоид, внутренняя полость которого содержит диэлектрическую вакуумную камеру и образует цилиндрический резонатор, и внешний источник, формирующий в приосевой области резонатора плазму, на расположенном со сторонй внешнего источника входе диэлектрической камеры установлена соосно с .Резонатором диафрагма с изменяющейся площадью окна, а внешний источник является оптическим.

На чертеже изображена конструктивная схема предлагаемого циклического ускорителя электронов.

Она содержит соленоид-резонатор 1, диэлектрическую вакуумную камеру 2, диафрагму 3, оптический источник 4 и вакуумный насос 5.

Устройство работает следующим образом.

Вакуумный насос 5 откачивает внутреннюю полость диэлектрической вакуумной камеры 2 до рабочего давления.

Включается оптический источник 4, .,и поток фотонов h$ площадь сечения которого определяется площадью изменянхдегося окна диафрагмы 3, распространяется в приосевой области соленоида-резонатора 1. В.результате фотоионизации в приосевой области ускорителя формируется плазменный шнур.

Через соленоид-резонатор 1 пропускается электрический ток, создающий во внутренней полости соленоида-резона тора магнитное поле пробочной конфигурации с заданным законом нарастания. Закачивается СВЧ-мощность во внутреннюю полость соленоида-резонатора, настроенного на волну Н н1

При этом электроны захватываются из приосевой плазмы и ускоряются до конечных энергий.

Очевидно, что„ изменяя давление остаточного газа в диэлектрической вакуумной камере, можно получать плазму с той или иной концентрацией.

Напри .ер, при давлении Р 5 х

-ь х 10 мм рт.ст. и 1003 ионизации можно получить плазму с концентрацией и и 10 см Г Возможность получекр ния в предложенном устройстве благодаря использованию оптического источника плазмы с тепловыми электронами и с концентрацией более высокой, чем в известном устройстве, без нарушения высокочастотных свойств резонатора

20 (10 n < 10 1) позволяет увеличить число захваченных и ускоренных до конечных энергий частиц.

Кроме того, в йредложениой конструкции ускори-.еля достигается снижер5 иие потребляемой СВЧ вЂ мощнос в отличие от извеСтной, где значительная ее часть расходовалась на ионизацию поступающих от источника нейтралов.

Очевидно также, что управлять концентрацией плазмы, а следовательно. и интенсивностью ускорителя, можно не только изменением давления в рабочей камере ускорителя, но и самим оптическим источником, путем изменения режима егб питания. Оптический источник должен давать Фотоны с энергией не меньшей порога ионизацни остаточного газа (и ) «г 5 эВ) . CneKTpBJfh ное Распределение оптического излучения источников, работающлх в диапа40 зоне длин Boлн ультрафиолета (вакуумного ультрафиолета),, а также их ин-. тенсивность сильно зависят от режима их работы. По этой причине плавную регулировку интенсивности оптического излучения в интересующем нас . спектральйом интервале осуществить сложно. Установка на входе диэлектрической вакуумной камеры диафрагмы с изменякс4ейся площадью окна значительно упрощает регулировку поступающего в камеру оптического излучения, а следова.ельне, поперечного размера области захвата и интенсивности ускорителя.

Что касается выбора оптического источника, то плотность фотонов п,Э, ;необходимую для получ ния плазмы с той или иной концентрацией, можно определить из выражения где no - пЛотность остаточного газа, 01 - сечение фотоиоиизации, - время ионизации.

780823

Формула изобретения

Составитель Л.Икоев

Редактор С. Катаманина Техред A. Ач КорректорiC. Шекмар

Заказ 6771/бб Тираж 889 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Е-35, Ра1 шская иаб., д. 4/5

1 IL 4i ° »»

Филиал ППП "Патент", r, Ужгор@Д» ул. ЙрОВ3стиая, 4

Циклический ускоритель электронов, содержащий соленоид, внутренняя полость которого содержит диэлектрическую вакуумную камеру и образует цилиндрический резонатор, и внешний источник, формирующий в приосевой области резонатора плазму, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения регулировки интенсивности ускорителя, снижения потребляемой

СВЧ-мощности и увеличения числа ускоренных частиц, на расположенном со стороны внешнего источника входе диэлектрической вакуумной камеры установлена соосно с резонатором диафрагма с изменяющейся площадью окна, а внешний источник является оптичес ким.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 310620, кл. H 05 Н 13/00, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 419191, кл. H 05 Н 13/00, 1972.

3. Великанов С.П., Квочка В,И., Па О насюк В.С. Саночкин B.Â., Спектор Я.М.i

Степанов Б.М., Терешкин Ю.И. и

Хромченко В.В. Электронный синхротрон на энергию 50 МэВ с циклотронным предускорением, "Атомная энергия", 41, вып. 2, с. 113, 1976.