Высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц

ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ СИСТЕМА РЕЗОНАНСНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ по авт. св. N 674629, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, в короткозамыкающем поршне выполнен прямоугольный резонатор с двумя элементами связи, первый из которых расположен на торцовой поверхности короткозамыкающего поршня, обращенной к амплитрону, второй элемент расположен на противоположной торцовой поверхности короткозамыкающего поршня и электрически соединен с дополнительно введенной согласованной нагрузкой, при этом длина l резонатора выбрана согласно выражению
l= -
где f₀₁ - частота, соответствующая центру первой зоны усиления амплитрона, Гц;
C - скорость света, м/с;
A - размер широкой стенки резонатора, м;
d - толщина стенок короткозамыкающего поршня, м.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при создании высокочастотных систем ускорителей заряженных частиц.
Цель изобретения - повышение надежности.
На фиг. 1 схематически показана высокочастотная система; на фиг. 2 - ее эквивалентная схема; на фиг. 3а и б - две проекции конструкции короткозамыкающего поршня.
Высокочастотная система резонансного ускорителя заряженных частиц (см. фиг. 1) содержит амплитрон 1 с импульсным источником питания, ускоряющий резонатор 2, подключенный к волноводу между выходом амплитрона и согласованной поглощающей нагрузкой 3 в боковую стенку волновода на расстоянии от этой стенки, кратном половине длины волны в волноводе. Короткозамыкающий поршень 4 с выполненным в нем прямоугольным резонатором 5 с двумя элементами связи 6 и 7, расположенными на противоположных торцовых поверхностях, присоединен к входу амплитрона 1 и связан с помощью элемента связи 7 с дополнительной поглощающей нагрузкой 8. Короткозамыкающий поршень 4 (см. фиг. 3) состоит из корпуса 9, в котором выполнен прямоугольный резонатор 5 с двумя элементами связи 6 и 7 с трактом, выполненными в виде диафрагмы в торцовых стенках корпуса, и пружинящих контактов 10, обеспечивающих надежный контакт поршня с широкими стенками волновода. Перемещение поршня вдоль волновода производится с помощью двух штоков 11. Выбор прямоугольной формы резонатора, выполненного в короткозамыкающем поршне, обусловлен высокой собственной добротностью резонаторов такой формы; возможностью легкого получения максимального возможного размера резонатора вдоль направления электрического поля, что способствует повышению электрической прочности устройства, простотой конструкции элементов связи резонатора с трактом. Известно, что резонансные частоты прямоугольных резонаторов определяются из соотношения
f₀= , (1) где С - скорость света в вакууме, м/с;
а, b - размеры резонатора вдоль широкой и узкой стенок волновода соответственно, м;
l - длина резонатора, м;
m, n, p - целые числа, определяющие тип колебаний в резонаторе.
Рабочий тип колебаний в прямоугольных волноводах Н₁₀, следовательно m = 1, n = 0. С целью уменьшения габаритов необходимо выбрать тип колебаний в прямоугольном резонаторе Н₀₁₁ при этом р = 1.
Размеры резонатора связаны с размерами поперечного сечения волновода следующими соотношениями
a = A - 2d
b = B - 2d, где d - толщина стенок поршня (делается минимально возможной). После несложных преобразований из (1) получается условие резонанса на частоте, соответствующей центру диапазона частот первой зоны усилия амплитрона
^l=
Устранение колебаний первой зоны колебаний амплитрона обеспечивает повышение надежности ВЧ-системы. Для более эффективного подавления колебаний частотами первой зоны усиления целесообразно: обеспечить согласование дополнительного резонатора с трактом по резонансной частоте, что достигается при выполнении соотношения
₁ = ₂ +1 , (2) где _{1, 2} - коэффициенты связи по первому и второму элементам связи резонатора, обеспечить совпадение границ диапазона частот первой зоны усиления с полосой пропускания резонатора, что достигается при выполнении соотношения
₁+ ₂+1= Q , (3) где f₁ - частотный диапазон первой зоны усиления амплитрона, Гц;
f_o1 - центральная частота диапазона первой зоны усиления амплитрона, Гц;
Q_o - собственная добротность дополнительного резонатора.
После преобразования (2) и (3) получают следующие соотношения для определения коэффициентов связи прямоугольного резонатора с трактом
₁= Q ₂= ₁-1
Система работает следующим образом.
Ускоряющий резонатор 2 подключается непосредственно или с помощью отрезка волновода, длина которого кратна половине длины волны в волноводе, например в узкую стенку. Расстояние между плоскостью аа' эквивалентного представления параметров резонатора (см. фиг. 2) до сечения ll' кратно нечетному числу четвертой длины волны в передающей линии 1= (2n+1) . Поэтому отражение выходной мощности амплитрона в сечении ll происходит преимущественно на резонансной частоте ускоряющего резонатора. На частотах, отличных от резонансной, отражение в сечении ll уменьшается. На фронте импульса анодного напряжения амплитрона в нем генерируются шумовые колебания с частотами, соответствующими диапазону частот первой зоны усиления. Часть шумовой мощности проходит через выходной трансформатор амплитрона 1 и поглощается в согласованной нагрузке 3. Часть шумовой мощности, отражаясь от выходного трансформатора амплитрона 1, рассогласованного на этих частотах, проходит через замедляющую систему амплитрона от выхода к входу. Колебания с частотами, соответствующими центру частотного диапазона первой зоны усиления, проходят через прямоугольный резонатор 5, выполненный в короткозамыкающем поршне 4, и поглощаются в дополнительной нагрузке 8. От плоскости эквивалентного представления параметров резонатора bb' (см. фиг. 2) нет отражений, что затрудняет возбуждение паразитных низковольтных колебаний. При отклонении частоты от центра диапазона частот первой зоны усиления отражения от плоскости bb' возрастает, однако это компенсируется падением коэффициента усиления амплитрона. Таким образом, возбуждение паразитных колебаний с частотами первой зоны затрудняется; они не достигают значительных амплитуд и легко срываются при увеличении анодного тока амплитрона. За счет этого повышается надежность работы высокочастотной системы. Основная часть мощности с выхода амплитрона, частота которой соответствует резонансной частоте ускоряющего резонатора, проходит в резонатор и используется для ускорения электронов. Согласованная нагрузка 3 поглощает шумовую мощность в процессе возбуждения колебаний. Мощность, отраженная в плоскости ll , проходит через замедляющую систему амплитрона и отражается от плоскости эквивалентного представления параметров резонатора 5, выполненного в короткозамыкающем поршне 4 (см. фиг. 2). На частотах, соответствующих второй (рабочей) зоне усиления, короткозамыкающий поршень 4 с прямоугольным резонатором 5 обеспечивает К_стU = 10-15, что вполне достаточно для устойчивой генерации на резонансной частоте ускоряющего резонатора 2. Короткозамыкающий поршень 4 с резонатором 5 служит и для создания фазовых условий генерации колебаний. Амплитудные условия автоколебаний на частоте ускоряющего резонатора 2 обеспечиваются подбором коэффициента резонатора с волноводом, от которого зависит величина мощности, отраженной в плоскости ll' . Величина коэффициента связи резонатора 2 с волноводом должна выбраться такой, чтобы при нагрузке пучком ускоренных электронов обеспечивалась устойчивость стационарного режима автоколебаний. (56) Авторское свидетельство СССР N 674629, кл. H 05 H 7/02, 1977.
Изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения - повышение надежности. Для этого в предлагаемой высокочастотной системе резонансного ускорителя заряженных частиц, содержащей амплитрон 1, укоряющий резонатор 2, поглощающую нагрузку 3 и короткозамыкающий поршень 4, в короткозамыкающем поршне 4 выполнен прямоугольный резонатор 5 с двумя элементами связи 6 и 7, а также введена дополнительная поглощающая нагрузка 8. Приводится выражение для выбора длины резонатора. Такое выполнение короткозамыкающего поршня позволяет подавить или уменьшить паразитные колебания с частотами первой зоны, что повышает надежность работы системы. 3 ил.