Устройство для выпуска пучка заряженных частиц из ускорителя в газовый объем

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПУСКА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЗ УСКОРИТЕЛЯ В ГАЗОВЫЙ ОБЪЕМ, содержащее вакуумную камеру, установленный на ней клапан в виде диска с вьшускным отверстием на периферии, уплотняющие элементы диска, механизм привода диска во вращение и блок синхронизации , электрически связанный с блоком управления пучком заряженных час.тиц, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения надежности устройства при.вьшуске мощныхпучков заряженных частиц миллисекундного диапазона, на периферии диска в области выпускного отверстия выполнено углубление в виде кольцевого сектора , ограниченного выступами, величина которых составляет 0,05-0,5 толщины уплотняющих элементов, механизм привода диска выполнен в виде пружин и снабжен двумя механизмами взвода и спуска пружин, расположенными симметрично относительно оси диска и вьтускного отверстия, кинематически и электрически связанными с блоком синхронизации,. причём диск, механизмы взвода и спуска пружин расположены в корпусе, снабженном системой откачки. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что механизмы взвода и спуска пружин содержат упорные рычаги, расположенные на корпусе и взаимодействующие с фиксаторами, укрепленными на периФ ферии диска, причем фиксаторы взаимоСЛ действуют с пальцем, расположенным о на винтовой поступательной паре. Од ф

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

В

° Гг>"; 1„ !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ б

j в: ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3007955/18-21 (22) 17.10.80 (46) 15.12.86. Бюл. у 46 (7!) Институт высоких температур

АН СССР . (72) Е.А.Абрамян, В.M.Короткий, Г.Д.Кулешов, А.А.Курков, Ю.Н.Стародубцев и В,Е.Яковлев (53) 621.3 .032.269.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР !

) 217548,! кл. H 05-H 7/10, 1968.

Авторское свидетельство СССР

В 403370, кл. Н 05 И 7/00, 1972. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПУСКА

ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЗ УСКОРИТЕЛЯ В ГАЗОВЫЙ ОБЬЕМ, содержащее ваку-! умную камеру, установленный на ней клапан в виде диска с выпускным отверстием на периферии, .уплотняющие элементы диска, механизм привода диска во вращение и блок синхронизации, электрически связанный с блоком управления пучком заряженных частиц, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения надежности устройства при.выпуске мощных пучков

69) 01) (б1) Н 05 Н 5/02 Н 05 Н 7/00 заряженных частиц миллисекундного диапазона, на периферии диска в области выпускного отверстия выполнено углубление в виде кольцевого сектора, ограниченного выступами, величина которых составляет 0,05-0,5 толщины уплотняющих элементов, механизм привода диска выполнен в виде пружин и снабжен двумя механизмами взвода и спуска пружин, расположенными симметрично относительно оси диска и выпускного отверстия, кинематически и электрически связанными с блоком синхронизации,. причем диск, механизмы взвода и спуска пружин расположены в корпусе, снабжен- Е ном системой откачки.

2. Устройство по п. 1, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что механизмы взвода и спуска пружин содержат упорные рычаги, расположенные на корпусе и взаимодействующие с фиксаторами, укрепленными на периферии диска, причем фиксаторы взаимодействуют с пальцем, расположенным на винтовой поступательной паре.

1 950169

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к устройству для выпуска пучка заряженных частиц из ускорителя в газовый объем, и может быть лспользовано в импульсных ускорителях электронов для выпуска в атмосферу электронного пучка с энергией сотни кэБ, длитель6 ностью 10 -10 с и периодом между импульсами порядка долей секунды и f0 более.

Известно устройство для выпуска. пучка электронов из ускорителя в атмосферу, содержащее полый конусный барабан, укрепленный консольно па конце ускорительной трубки с возможностью вращения и снабженный в донной части кольцевыми окнами, затянутыми электроннопроницаемой фольгой.

Такая конструкция устройства по- 20 зволяет осуществить выпуск концентрированного пучка электронов с энергией в сотни кэБ и мощностью порядка десяти кэБ, Дальнейшее повышение мощности выпущенного в атмосферу пучка ограничивается"энергией электронов и допустимой пло.-ностью тока на фольгу, скоростью вращения барабана и диаметром его донной части. Указанные ЗО ограничетпля вызваны недостаточной механической прочностью фольги в условиях ее облучения концентриро- . ванным пучком электронов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для выпуска пучка заряженных частиц из ускорителя в газовый объем, содержащее. вакуумную камеру, установленньй на ней клаган в виде Щ диска с выпускным отверстием на пе-. риферии„ уплотняющие элементы диска, механизм привода диска во вращение. и блок синхронизации, электрически связанный с блоком ут1равления ny--Ico:1 зь рялинных частиц, Недостатком известного устройства является сравнительно малая надежносTb уплотняющет о элемента Bспедст 50

-ие инте1.сивного истирания его рабочей поверхности о поверхность вращакяцегося длска клапана при линейных скоростях более 10 м/с, характерных для выпуска. из ускорителя миллисекун- 55 дных пучков заряженных частиц. При этом известное устройство характеризуется значительным натеканием газа в вакуумный объем ускорителя вследствие постепенного снижения уплотняющих усилий прокладки на диск, à ограничение по скорости вращения диска увеличивает минимальное время откры— 2 тия клапана до 10 с и более,. что, в свою очередь, приводит к значительному натеканию газа в вакуумную камеру через отверстие в диске, Целью изобретения является повышение надежности устройства при выпуске мощных пучков заряженчых частиц миллисекундного диапазона за счет уменьшения натекання газа в вакуумную камеру ускорителя.

Поставленная це.Ib достигается тем, что в устройсгво для выпуска заряженных частиц из ускорителя в газовый объем, содержащее вакуумну1о камеру, установленньтл на ней клапан в виде диска с выпускным отверстием на периферии, уплотня:ощие элементы диска, механизм привода во вращение и блок синхронизации, электрически свя1 занныи с блоком управления пучком заряженных частиц, на периферии диска в области выпускного отверстия выполнено углубление в виде кольцевого сектора, ограниченного выступами, величина которых составляет 0,050,5 толщины уплотняющих элементов диска, механизм привода диска вытьэлнен в ниде пружин и снабжен двумя механизмами взвода и спуска пружин,расположенными симме т рично о тн о си тель но оси дтлска и выпускного отверстия, кинематически и элек" рически связанпыми с блоком синхронизации, причем диск, механизмы взвода и стуска пружин расположены в корпусе, снабженном системой откачки„

1(роме того, механизмы взвода и спуска пружин содержат упорные рычаги, расположенные на корпусе и вза1лмодействующие с фиксаторами, закре— пленпымн по периферии диска, причем фиксаторы взаиь1од<-йствуют с пальцем, расположенным на винтовой поступательной паре.

Данная ступенчатая форма рабочей поверх1.-ости диска в виде сектора с выступами по краям и величиной выступов, составляющей 0,05-0,5 толщины уплотняющего элемента, необходима дпя уменьшения уптотняющего усилия прокладок на диск в момент его рабочего перемещения с максимальной скоростью. Нижний предел указачного отношешля характерен для прокладок с вь1сокой жесткость.; {твердая резина, з 950 фторопласт). Верхний предел отношения характерен для мягких прокладок (вакуумная, силиконовая резина).

Для указанных материалов в этом диапазоне отношения уплотняющие усилия могут быть значительно (на 30-907.) снижены без разгерметизации клапана во время работы.

Такое выполнение устройства позволяет в десятки и сотни раз умень" 1О шить истирание скользящего вакуумного уплотнения при высокой надежности и скорости срабатывания клапана, достигающей долей миллисекунды и при помощи сравнительно простой конструкции устройства выпускать в газовый объем мощные пучки электронав миллисекундного диапазона с энергией порядка сотен кзВ при концентрации энергии более 100 .кВт/мм . Creepy †2á ет отметить;.,что предложенное устройство может быть также использовано при выпуске из вакуумного объема ь мпульсных пучков иных заряженных частиц (пОзитронОВр иОнОВ) и мощных пуч 5 ков квантов лазерного излучения е указанной; плотностью энергии

На фиг. 1 изображено поперечное сечение и блок-схема устройства; на фиг. 2 - его быстродействующий клапан в разрезе, на фиг, 3 — развертка рабочих поверхностей клапана.

Ускоритель 1 содержит ускорительную трубку 2, размещенную внутри газонаполненного корпуса 3, вакуумную камеру 4 для транспортировки элект- 35 ронного пучка и устройство 5 для его фокусировки. По оси ускорителя на корпус вакуумной камеры 4 установлен быстродействующий клапан 6, содержащий подвижный диск 7 с отверсти40 ем 8 для выпуска пучка из вакуумной камеры 4 ускорителя. Клапан содержит пружинный механизм привода, включающий две противоположно расположенные вдоль диаметральной линии диска 7 пружины 9, закрепленные концами на его периферии и корпусе 10 клапана устройства. Усилия растяжения пружин составляют сотни кГ. Вдоль оси ускорителя по обе стороны диска 7 вокруг отверстия 8 (в открытом состоянии клапана) размещены кольцевые прокладки 11 для герметизации диска при . его рабочем перемещении и в периоды между выпусками пучка электронов;

Механизм фиксации диска 7 содержит фиксирующие пальцы 12 на периферии диска симметрично относительно

169 4 пружин 9 и диаметральной линии, проходящей через ось отверстия 8.фиксирующие пальцы 12 поочередно кинематически связаны с механизмами взвода и спуска. Последние совмещены в винтовой поступательной паре 13 ось винтового механизма 14 которой расположена в плоскости диска 7. Поступательно движущийся палец 15 пары контактирует поочередно с каждым из пальцев- 12 фиксатора диска 7. Указанные элементы быстродействующего клапана устройства размещены в герметизированном корпусе 10. Устройство содержит также упорные рычаги 16 для фиксации привода диска во взведенном положении и быстродействующие микровыключатели 17, соединенные электрически с блоком 18 синхронизации и блоком 19 управления электронным импульсным пучком. Рабочие поверхности с двух сторон диска выполнены в виде кольцевого сектора 20, обработанного по высокому классу чистоты, Сектор в области отверстия имеет углубление, а по краям — выступы 21 с плавным переходом между ними для беспрепятственного движения уплотняющих прокладок 11 вдоль рабочей поверхности. *Величина выступов в описываемой конструкции составляет

0 3 толщины уплотняющего элемента (силиконовая резина). Винтовой механизм 14 взвода и спуска устройства может иметь электрический или ручной привод. Быстродействующий клапан предлагаемого устройства может быть выполнен и без корпуса с системой откачки.

В этом случае несколько увеличивается натекание газа в вакуумный объем. Источник 22 питания ускорителя соединен с катодом 23. Устройство работает следующим образом.

Винтовая пара 13 перемещает поступательно движущийся палец 15, контактирующий с одним из пальцев 12 на диске 7, до крайнего углового положения, измеряемого углом с, указанного на чертеже, при котором пружины 9 растягиваются, а диск 7 фиксируется во взведенном состоянии при помощи одного из упорных рычагов 16.

При дальнейшем. перемещении пальца 12 механизм взвода рычага 16 освобождает палец 12 диска, и под действием пружин диск перемещается в ра5 9501 бочее положение до совмещения с отверстиями в прокладках 11 и диафрагмах. В этот момент или непосредственно перед ним быстродействующие микровыключатели 17 подают сигнал в блок синхронизации 18 на прохожде ниее пучка заряженных частиц в выпускное устройство.

Так как клапан вместе с приводным механизмом размещены в промежуточном 10 корпусе 10 между вакуумной камерой

4 ускорителя 1 и газовым объемом атмосферы, в момент выпуска электронного пучка в контролируемый газовый объем при совмещении выпускного отверстия, клапана и вакуумной камеры, он врывается в нее через отверстия и рассеивается в промежуточном корпусе 10, Последний имеет систему откачки, позволяющую уменьшать количество газа, проходящего в вакуумную камеру 4 ускорителя 1, что увеличивает надежность работы ускорителя вследствие уменьшения отравления накаливаемого катода. По мере пере- я5 крытия тракта пуска диском 7 устройства микровыключатели 17 и блок синхронизации 18 отключают ускоритель

1, при этом диск 7 по инерции продолжает перемещаться в противоположное крайнее положение, где фиксируется упорным рычагом lб в симметричном относительно оси ускорителя 1 угловом. положении во взведенном состоянии. При этом уплотняющие элементы сжимаются набегающим выступам 21 сектора 20 и надежно уплотняют разделяемые диском вакуумный и газовый объ69 6 емы. Циклы спуска и взвода пружинного привода диска повторяются при перемещении пальцев l.5 винтовой пары

13 в противоположном направлении.

Вакуум в объеме ускорителя ухудшается при движении диска клапана в основном только в Molfçíò совпадения отверстий в диафраг.<е вакуумной камеры в диске 7. Износ прокладок 11 при движении диска 7 весьма незначителен вследствие мапого уплотняющего усилия на рабочую поверхность сектора диска в области между высту.-. пами и очень малого пути перемеще" ния сектора относительно прокладок.

Поэтому ресурс прокладок из антифрикционной вакуумной резины в быстродействующем клапане предложенного устройства составляет многие сотни срабатываний, Надежность работы устройства и отсутствие натекания воздуха в газовый объем, таким образом, обеспечиваются в любом из фиксированных угловых положений выпускного отверстия, а также в промежуточных положениях между выступами сектора 20, По сравнению с эксплуатируемыми в настоящее время ускорителями с выпуском развернутого пучка в атмосферу типа Аврора, снабженными выпускным окном, затянутым электроннопроницаемой фольгой, предложенное устройство позволяет значительно уменьшить габариты вакуумной камеры ускорителя и стоимость вакуумной системы, 950169 в

Ягг 1

Составитель А. Сенчихин

Редактор Т.Юрчикова Техред И.Попович Корректор Е.Сирохман

Заказ 6973/2

Тираж 765 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4