Ускоритель электронов

 

ОПИ.СЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 26 ° 06 ° 80 (21) 2946619/18-21 с присоединением заявки Нов

tз т).М. Кй.з

Н 05 Н 9/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

)$3) УДК 621.384.. 6 (088. 8) Опубликовано 3012.82. Бюллетень М 48

Дата опубликования описания 30. 12. 82 (72) Авторы изобретения

Г.П.Фоменко и A.Ô.Ñàÿïèí

;,1и"

t

Научно-исследовательский институт ядерно физМЙЛ. ".;у,;,,;

Rap (71) Заявитель при Томском политехническом институте им. С.М. (54) УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке высокоэффективных линейных ускорителей, B частности сверхпроводящих ускорителей непрерывного действия.

Известен ускоритель электронов, содержащий выполненную в диде диафрагмирования волновода ускоряющую структуру, расположенную внутри фо кусирующего соленоида (>j.

В известном устройстве ускорение электронов осуществляется полем замедленной в волноводе бегущей волны, а поперечная фокусировка — продольным магнитным полем соленоида.

Однако для известного устройства характерны большие мощности B диафрагмированном волноводе, а также необходимость использования внешних фокусирующих устройств.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сушиости является ускоритель электронов, содержащий электронную пушку и ускоряющую структуру, между которыми расположено устройство кругового сканирования электронного пучка по цнлий рической поверхности, и подсоединенный к ускоряющей структуре узел возбужденйя $23 .

В известном устройстве, ускоряющая волноводная структура выполнена из .коаксиального диафрагмированного .волновода. Трубчатый пучок электронов проходит внутренним и внешним узлами коаксиального волновода. Диафрагмы, имеющие. форму спирали, расположены на поверхности коаксиального волновода и образуют широкие стенки свернутого в спираль волновода прямоугольного поперечного сечения.. центральная линия волновода прямоугольного сечения направлена поперек оси ускорителя. При этом частицы ускоряются полем волны Н типа, .электрическая составляющая которого направлена перпендикулярно к центральной линии волновода и вдоль оси

20 ускорителя

Недостатком известного устройст-. ва. являются ограниченные возможности повышения эффективности, например с помощью перевода ускоряющей структуры в сверхпроводящий режим. Это обусловлено тем, что для обеспечения поперечной устойчивости принципиально необходимо использование внешнего фокусирующего магнитного поля, которое при форсированных режимах выводит материал ускоряющей структуры из

893117 сверхпроводящего состояния. Кроме того, наличие внутренней коаксиальной трубы и диафрагмою приводит к появлению локальных перенапряжений в структуре, что также ограничивает величину ускоряющего, поля. 5

Цель изобретения — повысить эффек-, тивность ускорения путем уменьшения локальных перенапряжений в ускоряющей структуре и обеспечить поперечную устойчивость электронов с помощью 10 ускоряющего оля.

Поставленная цель достигается тем, что в ускорителе электронов, содержащем электронную пушку и ускоряющую . структуру, между которыми расположе- но устройство кругового сканирования электронного пучка по цилиндрической поверхности, и подсоединенный к ус-. коряющей структуре узел возбуждения, ускоряющая структура выполнена в ви- 20 де спирально изогнутого гладкого круглого волновода с пбстоянным поперечным сечением, спирально изогну- тая линия которого совмещена с цилиндрической поверхностью сканирования, 25 а радиус поперечного сечения равен- удвоенному радиусу цилиндрической поверхности сканирования, при этом узел возбуждения выполнен в виде возбудителя волны типа Е„„ . 30 на Фиг.1 дана блок-схема устройства в сверхпроводящем варианте с петлей обратной связин на фиг.2— ускоряющая структура; йа Фиг.3 — раэ реэ А-А на фиг.2 на фиг.4 — paapes 35

Б Б на фиг.2; на фиг.5 — разрез В-В .на фиг.2; на фиг.б - разрез I -Ð на

Фиг ° 2.

Устройство содержит электронную пушку 1, генератор 2 СВЧ-колебаний, сверхпроводящую ускоряющую структуру

3 с петлей 4 обратной связи, устройство 5 возбуждения, систему 6 сканирования.

Электронная пушка является источ- 45 ником предварительно ускоренных электронов до энергии 60-800 кэВ . .Система б сканирования луча служит для круговой развертки пучка элект;ронов. Генератор 2 СВЧ-колебания Яв- ляется источником СВЧ-мощности и используется для возбуждения СВЧ-поля в резонаторе системам б сканирования и ускоряющей электромагнитной волны. Ускоряющая волноводная стрфстура 3 (см. Фиг. 2-6) выполнена иэ сверхпроводящего волновода постоянного круглого поперечного сечения. Ус-, коряющий волновод периодически изогнут вдоль оси ускорителя так, что образующая цилиндрической поверхности симметричнбй оси ускорителя является поочередно касательной к центральной линии и поверхности волновода, центральная линия имеет- вид спирали с радиусом, .равным половине 65 радиуса волновода, и симметричной относительно оси ускорителя. При этом траектория электронов периодически проходит в центре и у поверхности волновода. Для того, чтобы электроны в ускоряющий полупериод электромагнитной волны находились в центре волновода, .а в тормозящий — у стенки, необходимо чтобы шаг спирали иг, об раэовайной центральной линией волновода, определялся соотношением чо ш Ьф: ф о где Лэ — длина волны в волноводе;

Чф — Фазовая.скорость ускоряющей волны

Ч вЂ” скорость электронов.

Петля обратной связи выполнена из волновода такого же поперечного сечения, что и ускоряющая волновод= ная структура, и служит для рекуперации энергии электромагнитной волны.

Устройство 5 возбуждения представляет собой направленный ответвитель и служит для возбуждения бегущей волны Е типа в сверхпроводящем резонаторе.

Устройство работает следующим образом.

Вылетая из инжектора, прямолине .— ный поток электронов пролетает зазор резонатора системы развертки, в котором возбуждена волна Е типа.

Вводы этого резонатора питаются от

СВЧ-генератора со сдвигом Фаз на 90 что обеспечивает круговую поляризацию поля. Пучок электронов приходит в пучности вращающегося магнитного поля, приобретает поперечную скорость и в Форме.расширякицейся.спирали движется в пространстве дрейфа. При пролете между коаксиально расположенными электродами системы развертки под действием радиально направленного электрического поля поперечная скорость, уменьшается до нуля и в ускоряющей волноводной структуре невозмущенная ускоряющая полем спираль электронов пучка имеет постояннйй радйус. Взаимодействуя с волной Е,„ типа, распространяющейся по волноводу круглого поперечного сечения, частицы ускоряются продольной составляющей электрического поля. Частицы, проскальзывая по фазе волн, находятся в тормозящий полупериод у стенки волновода, где продольная составляющая минимальна, а в уско- . ряющий полупериод — в центре волновода, Воздействие на частицы в поперечном направлении носит периодичес-, кий характер и описывается уравнением Матье. Это обеспечивает устойчивую траекторию частиц без исполь893117 зования полей внешней фокусирующей системы. Электроны ускоряются в поле бегущей волны, усиленной в результате рекуперации электромагнитной энергии. Это позволяет достигать высокочастотный КПД значений, близких к 100%, так как в установившем" ся режиме мощность генератора затрачивается только на. ускорение частиц и омические потери, которые незначительны при использовании гладкой 10 сверхпроводящей волноводной струк° туры.

Таким образом, использование волновода постоянного поперечного сечения, ускорение частиц несинхронной 15 волной Е типа и круговая развертка пучка позволяют повысить эффективность ускорения по сравнению с прототипом, Формула изобретения

Ускоритель электронов, содержащий электронную пушку и ускоряющую структуру, между которыми расположе- но устройство кругового сканирования электронного пучка по цилиндрической поверхности, и подсоединенный к ускоряющей структуре узел возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности ускорения путем уменьшения локальных перенапряжений в ускоряющей структуре и обеспечения поперечной устойчивости электронов с помощью ускоряющего поля, ускоряющая структу- ра выполнена в виде спирально изогнутого круглого волновода с постоянньм поперечньм сечением, спирально изогнутая центральная линия которого совмещена с .цилиндрической поверхностью сканирования, а радиус поперечного сечения равен удвоенно му радиусу цилиндрической поверхности сканирования, при этом узел возбуждения выполнен и виде возбудителя волны типа К„

° ° .

/ источники информации, принятые во внимание .при экспертизе

1. Вальдиер О.A. Власов A.Ä, и

Шальков А.В. Линейные ускорители.

N., Атомиздат,"1969, с. 19-56.

2. Снедков Б.A. Элементы передатчиков с ускорительньв и электронными пушками. М., Связь, 1978 - прототип.

893117

Фи@

6-b

«вд

A-4

Фмв. 3 я а. 4 Ф ФЬА8

Заказ 10689/13: Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4

Составитель В. Краснопольский

Редактор М.Куэнецова Техред A.Áàáèíåö КорректорО.Билак